Wetenschappelijk is nog weinig bekend over de wisselwerking tussen water- en energiesystemen bij extreme weersomstandigheden. Een team van de Universiteit Utrecht onder leiding van Michelle van Vliet gaat deze kennislacune dichten. De onderzoekers ontwikkelen een gedetailleerd water-energie systeemmodel dat wereldwijd toepasbaar is.
Het onderzoeksproject heet B-WEX, de afkorting van ‘Balancing clean Water and Energy provision under changing climate and eXtremes’. Michelle van Vliet, universitair hoofddocent fysische geografie aan de Universiteit Utrecht, heeft hiervoor een ‘starting grant’ van 1,5 miljoen euro gekregen van de European Research Council (ERC). Met deze beurs voor de komende vijf jaar kan zij haar onderzoeksgroep uitbreiden.
Michelle van Vliet
“Wij gaan met vijf onderzoekers bestuderen hoe het wereldwijd zit met de complexe interacties tussen schoon water en energie bij weerextremen, zoals droogtes en hittegolven. Hierin is nu weinig fundamenteel inzicht. Daarnaast onderzoeken we de cascademechanismen, simpel gezegd de dominoprocessen tijdens dergelijke extreme weersomstandigheden. Dit gaan we doen door een integraal model voor het water-energie-systeem te ontwikkelen, dat we voor regio’s wereldwijd op hoge ruimtelijke en temporele resolutie kunnen toepassen. Wat het opstellen van het model extra ingewikkeld maakt, is dat de water- en energiesector nauw met elkaar verbonden zijn. Er zijn dus veel complexe interacties.”
Water- en energiesystemen van elkaar afhankelijk
Van Vliet vertelt dat water- en energiesystemen sterk van elkaar afhankelijk zijn. “Enerzijds is er energie nodig om schoon water te maken, onder meer voor afvalwaterzuivering, ontzilting en pompen. Anderzijds wordt op mondiaal niveau de meeste energie opgewekt door centrales die water nodig hebben: 17 procent door waterkrachtcentrales en 76 procent door thermische centrales die koelwater gebruiken. Ook wordt er water gebruikt voor de productie van biomassa.”
De vraag naar zowel schoon water als energie neemt fors toe door de groeiende wereldbevolking. Tegelijkertijd wordt de balans tussen de vraag en beschikbaarheid van water en energie beïnvloed door klimaatverandering en de toename in weerextremen, zoals droogtes en hittegolven. Verder hebben volgens Van Vliet de transities binnen zowel de energie- als de watersector invloed op deze balans.
'Een volledig inzicht in alle complexe interacties tussen water en energie is dringend nodig'
“Door de transitie naar meer schone energie vanuit waterkracht-, biomassa- en kerncentrales zal de watervraag wereldwijd groeien. Maar de uitbreiding van technologieën om schoon water te leveren of waterschaarste te verminderen, zoals ontzilting en hergebruik van gezuiverd afvalwater, kan juist weer de vraag naar energie voor de watersector laten stijgen. Een volledig inzicht in alle complexe interacties tussen water en energie is daarom dringend nodig. Met name bij extreem weer, omdat dan cascademechanismen kunnen optreden.”
Van Vliet geeft een voorbeeld. “Tijdens droogtes en hittegolven is er tijdelijk minder water beschikbaar, stijgt de watertemperatuur en kan de oppervlaktewaterkwaliteit verslechteren. Dat kan leiden tot waterschaarste voor sectoren, bijvoorbeeld minder koelwater voor energiecentrales waardoor deze tijdelijk minder kunnen produceren. Terwijl de vraag naar energie juist hoog is in warme periodes. Ook zien we dat in verschillende regio’s in de wereld er dan meer water moet worden ontzilt om aan de hogere watervraag te voldoen, wat juist weer meer energie vereist.”
Nieuw model flinke stap vooruit
Het Utrechtse onderzoeksteam houdt bij het ontwikkelen van het nieuwe integrale model voor het water-energie-systeem rekening met de waterbeschikbaarheid, de waterkwaliteit en de watervraag van zowel energiesector als andere sectoren. Van Vliet: “We rekenen de tweezijdige interacties en cascademechnismen door tijdens huidige en toekomstige droogtes en hittegolven in verschillende regio’s wereldwijd. Dat levert een beeld op van hoeveel water er bij weerextremen nodig is voor de energievoorziening, en omgekeerd.”
'Ons nieuwe model kan ook inzicht in specifieke regio's bieden'
Het water-energie systeemmodel kan op wereldschaal worden toegepast, maar is ook verfijnd genoeg om inzicht te bieden in specifieke regio’s. “Daarmee willen we wetenschappelijk een flinke stap vooruit maken ten opzichte van de bestaande integrale modelsystemen die mondiaal worden gehanteerd. Bij het ontwikkelen van ons integrale water-energie systeemmodel streven wij naar het toepassen op hoge ruimtelijke en temporele resolutie, waardoor we in tegenstelling tot de huidige modellen ook de effecten van weerextremen kunnen meenemen. Zo kunnen we de complexe water-energie interacties en cascademechanismen die optreden tijdens weerextremen, beter onderzoeken.”
Routes voor water- en energietransitie
Van Vliet streeft ernaar dat het integrale water-energie systeemmodel over ongeveer vier jaar klaar is. Waarvoor kan dit dan worden gebruikt? “Het model is vooral interessant voor watermanagement en energiebesluitvorming op wat grotere schaal. Wij werken daarom samen met mondiale stakeholders als de Wereldbank, de International Energy Agency en het World Resources Institute. Zij willen het model toepassen voor de ontwikkeling van een water- en een energietransitie die robuust is bij een toename van weerextremen in verschillende regio’s. Daarnaast kijken we met een aantal energiebedrijven naar situaties op regionaal niveau.”
Nadat het model af is, gaat het team van Van Vliet in het kader van B-WEX bekijken welke richtingen er bij de water- en energietransitie kunnen worden ingeslagen om verschillende duurzame ontwikkelingsdoelen te halen. “We willen routes aangeven waarmee het doel van toegang tot schoon water voor iedereen kan worden bereikt zonder dat de energievraag enorm toeneemt. En tegelijkertijd het ontwikkelingsdoel van toegang tot betaalbare en duurzame energie zonder dat de watervraag hierdoor sterk toeneemt. Het gaat erom dat de vraag en beschikbaarheid van zowel schoon water als energie goed in balans blijven, ook bij extreem weer zoals droogtes en hittegolven.”
MEER INFORMATIE
Universiteit Utrecht over de ERC-beurs voor Michelle van Vliet
Bericht ERC over het geven van ‘starting grants’
H2O Actueel: ERC-beurs voor Inge de Graaf (WUR)