This press release is available in German and Italian only.„Fusion Grant“ nennt sich das Forschungsprojekt, an dem Forscher des Thermo-Fluid Dynamics Laboratory der Freien Universität Bozen am NOI Techpark unter der Leitung von Prof. Maurizio Righetti beteiligt sind. Die Erhebungen zur Studie - die auf den Ergebnissen des abgeschlossenen Sediplan-Forschungsprojekts zum Management von Flusssedimenten basiert - starten in den kommenden Wochen. Ziel ist es, Quantität und Qualität der am Boden der Stauseen abgelagerten Sedimente zu bestimmen und zu untersuchen, wie sich deren Management auf das Ökosystem des Wasserlaufs (Mikroorganismen, Flora und Fischfauna) flussabwärts des Staudamms auswirkt. Das gemeinsame Anliegen? Eine zunehmend ökologisch nachhaltige Wasserkraftproduktion.
Maurizio Righetti, Professor in den Masterstudiengängen „Energietechnik“ und „Nachhaltiges Management hydrogeologischer Risiken in Gebirgsregionen", veranschaulicht die konkreten Gründe, die unibz und Alperia veranlasst haben, das Projekt zu starten: „Unser Ziel ist es, die Nutzungsdauer der Stauseen durch eine Verringerung der Sedimentation zu verlängern und gleichzeitig ein gesundes und vielfältiges Flussökosystem zu erhalten, insbesondere während und nach den Sedimentationsmaßnahmen. Die Verlandung von Stauseen ist auch durch den Klimawandel beeinflusst und stellt eine ernsthafte Gefahr für die Energieerzeugung und das stauseebasierte Hochwassermanagement dar.
Sedimentablagerungen und damit verbundene Probleme
Insgesamt verwaltet Alperia 34 Wasserkraftwerke in ganz Südtirol. In den Stauseen, die zur Stromerzeugung mit Wasserkraft gebaut werden, sammeln sich im Laufe der Zeit Sedimente verschiedener Art an: Geschiebe, das der Fluss oder Bach flussaufwärts des Stausees transportiert. Dieses Material ist in zweierlei Hinsicht schädlich für das Stromerzeugungssystem, verringert es doch die Kapazität des Reservoirs und kann zudem Schäden an den Turbinen verursachen. Daher ist ein Management der Sedimente ungemein wichtig, beispielsweise durch die Rückführung in den Wasserlauf zugunsten des Ökosystems.
Projektphasen
Ziel des Projekts ist es, Methoden zu entwickeln, die nicht nur die Überwachung von Sedimentfreisetzungen aus Stauseen ermöglichen, sondern auch deren effektive, ökologisch nachhaltige Gestaltung. In einer ersten Phase erstellen die am Fusion Grant-Projekt beteiligten Forscher digitale bathymetrische GIS-Karten des Stausees. Diese Tieflinienkarten werden vor und nach Freisetzung der Sedimente erstellt, und zeigen somit klar die Veränderungen in der Geschiebemenge an. Die Daten zu den Wasserabflüssen und Sedimenttransporten liefert Alperia über ihre Messstationen: Anhand dieser Informationen können Alperia und unibz mathematische Modelle erstellen, die einer numerischen Simulation der Bodenerosion und der Sedimenttransportprozesse am Stauseegrund dienen.
eDNA als biologischer Tracer
Aufgrund der Datensätze können die besten Entlandungsstrategien in Bezug auf das Ökosystem des Flusses entworfen werden. Um die Auswirkungen der Sedimentfreisetzung in Bächen flussabwärts von Dämmen zu untersuchen, werden die Forscher eDNA-Proben im Wasser des Stausees und flussabwärts nehmen. e-DNA ist Umwelt-DNA, also Fragmente jener DNA, die von Organismen an ihre Umgebung abgegeben und in Umweltproben von Wasser oder Sediment nachgewiesen werden können. Die analysierten Daten werden - unter Verwendung von e-DNA als biologischen Tracer – Aufschluss darüber geben, ob und welche Organismen im Ökosystem vorzufinden sind. Sie zeichnen ein klares Bild der Biodiversität. „Basierend auf den Studienergebnissen kann das Labor Verfahren zur Sedimentfreisetzung vorschlagen, die sowohl die langfristige Lebensdauer eines Staudamms als auch die Minimierung der ökologischen Auswirkungen auf die flussabwärts gelegenen Ökosysteme gewährleisten", schließt Prof. Maurizio Righetti. „Schließlich werden gezielte Maßnahmen zur Verhinderung von Bodenerosion untersucht, um so die Sedimentproduktion an der Quelle zu begrenzen und die Häufigkeit der Freisetzungsvorgänge zu reduzieren, was die ökologische Nachhaltigkeit erhöht."
„Als Wasserkraftbetreiber verfolgen wir im Sedimentmanagement mehrere Ziele: in erster Linie geht es darum die Sicherheit unserer Stauseen, Wasserfassungen und Anlagen zu gewährleisten, indem wir das Sediment vor den Schleusen unserer Stauseen entfernen“, erläutert Georg Premstaller, Verantwortlicher Hydraulik, Umwelt und Simulation von Alperia. „Langfristig geht es energiewirtschaftlich darum, das Stauvolumen unserer Anlagen beizubehalten, um die durch die Energiewende auf erneuerbare Energien noch wertvollere Regelenergie auch in Zukunft durch unsere Stauseen erzeugen zu können. Aus hydraulischer Sicht kann das Zurückhalten und Entnehmen des Sediments in den Stauseen dazu führen, dass die Gewässersohle mit der Zeit erodiert. Um diesem Phänomen vorzubeugen ist es erstrebenswert, das im Stausee abgelagerte Sediment unterhalb der Anlage wieder an das Gewässer zurückzugeben. Jedenfalls geht es darum, die Maßnahmen zur Weiterleitung und zur Entnahme des Sediments möglichst so zu gestalten, dass der Einfluss auf die Umwelt und im spezifischen auf den Gewässerlebensraum begrenzt ist. Im Rahmen des „Fusion Grant“ möchten wir gemeinsam mit der Universität Bozen weitere, vertiefende Grundlagen schaffen, das Sedimentmanagement unserer Anlagen weiter zu verbessern,“ so Premstaller.
Das Zusammenlegen der Kompetenzen der Freien Universität Bozen und Alperia ist für das Erreichen der Forschungsziele entscheidend. Einerseits kann Alperia auf ein engagiertes Forschungsteam, Technologie, Wissen und Infrastruktur im unibz-Labor am NOI Techpark zählen, andererseits wird die Universität Zugang zu Gerätschaften des Unternehmens und den Kenntnissen seiner Techniker erhalten.
vic/04.03.2021
Fusion Grant è il nome del progetto di ricerca che per i prossimi tre anni vedrà impegnato un giovane ricercatore del Laboratorio di Termo-Fluido-Dinamica della Libera Università di Bolzano al NOI, diretto dal prof. Maurizio Righetti. Lo studio – che si basa sui risultati della ricerca (conclusa) Sediplan, incentrata sulla gestione dei sedimenti fluviali – sta partendo in queste settimane. Lo scopo è rilevare la quantità e qualità dei sedimenti che si depositano sul fondo degli invasi e, successivamente, come la loro gestione influenzi l’ecosistema del corso d’acqua (microorganismi, flora e fauna ittica) a valle della diga, nell’ottica di rendere sempre più eco-sostenibile la produzione di energia idro-elettrica.
Maurizio Righetti, docente nel corso di laurea magistrale in Ingegneria energetica e nel master di “Gestione sostenibile del rischio idro-geologico in ambienti montani”, illustra le motivazioni specifiche che hanno spinto unibz e Alperia ad avviare il progetto: “Puntiamo a prolungare la vita utile dei serbatoi riducendo la sedimentazione e a mantenere al contempo gli ecosistemi fluviali sani e diversificati, in particolare durante e dopo le operazioni di rilascio dei sedimenti. La sedimentazione dei serbatoi – influenzata anche dai cambiamenti climatici in atto – rappresenta una seria complicazione non solo per la produzione di energia ma anche per la gestione delle piene demandata ai serbatoi”.
Accumulo dei sedimenti: le problematiche collegate
Gli impianti idroelettrici gestiti da Alperia e dislocati su tutto il territorio dell’Alto Adige sono in totale 34. Negli invasi costruiti per produrre l’energia idroelettrica, con il tempo si accumulano sedimenti di vario genere: detriti trasportati dal fiume o dal torrente a monte del bacino. Tale materiale è deleterio per il sistema di generazione di energia: se da un lato riduce la portata dei bacini artificiali, dall’altro può provocare danni alle turbine. È pertanto essenziale gestire i sedimenti, per esempio restituendoli al corso d’acqua di destinazione in maniera rispettosa dell’integrità degli ecosistemi.
Le fasi del progetto
L’obiettivo finale del progetto è la messa a punto di metodologie che consentano non più il solo monitoraggio dei rilasci di sedimenti dai bacini ma anche la effettiva progettazione ecosostenibile di tali attività di rilascio. In una prima fase i ricercatori impegnati nel progetto Fusion Grant, costruiranno delle mappe batimetriche digitali GIS del serbatoio (che ne rappresentano graficamente la profondità) pre e post rilascio dei sedimenti. La differenza tra queste mappe fornirà la quantità esatta di sedimenti depositati. Alperia fornirà i dati relativi a scarichi di acqua e sedimenti in uscita registrati dalle sue stazioni di monitoraggio: informazioni cruciali per permettere ai modelli matematici utilizzati da Alperia e unibz di effettuare la simulazione numerica dei processi di erosione del suolo e di trasporto dei sedimenti alla scala del bacino.
eDNA come tracciante biologico
Dopo aver ottenuto le informazioni sui tassi di sedimentazione del serbatoio, sarà la volta della progettazione delle migliori strategie di desedimentazione in relazione all’ecosistema fluviale. Per studiare l’impatto del rilascio dei sedimenti nei corsi d’acqua a valle delle dighe, i ricercatori preleveranno campioni di eDNA nell’acqua del bacino e del fiume a valle. L’e-DNA è l’Environmental DNA o DNA ambientale: frammenti di DNA ceduti dagli organismi nell’ambiente in cui vivono e che possono essere rinvenuti in campioni ambientali di acqua o sedimenti. In base all’analisi di questi campioni, utilizzando l’eDNA come tracciante biologico, potranno dedurre la presenza o l’assenza di organismi nell’ecosistema, quindi la variazione della biodiversità. In ultima analisi, potranno definire meglio lo stato di salute di quest’ultimo. “Sulla base dei risultati dello studio, il laboratorio sarà in grado di suggerire degli schemi di rilascio dei sedimenti che assicureranno sia la redditività a lungo termine di una diga che la minimizzazione dell’impatto ecologico sugli ecosistemi fluviali a valle”, conclude Righetti, “infine si studieranno anche misure mirate per prevenire l’erosione del suolo limitando quindi alla fonte la produzione di sedimenti e riducendo la frequenza delle operazioni di rilascio aumentandone la sostenibilità ambientale”.
“Come operatori idroelettrici, perseguiamo diversi obiettivi nella gestione dei sedimenti: in primo luogo, si tratta di garantire la sicurezza dei nostri serbatoi e delle nostre traverse fluviali rimuovendo i sedimenti a monte degli organi di scarico. A lungo termine, dal punto di vista energetico, l’obiettivo è quello di mantenere il volume di utile dei nostri serbatoi in modo che possano continuare a generare l’energia di regolazione che sta diventando ancora più preziosa con l’aumento di impianti di produzione da fonti rinnovabili”, commenta Georg Premstaller, responsabile Ambiente, Idraulica e Modellazione di Alperia, “da un punto di vista idraulico, la ritenzione e la rimozione dei sedimenti possono portare all'erosione del letto del fiume nel tempo. Per prevenire questo fenomeno, il sedimento depositato ritenuto nei serbatoi a valle dell'impianto dovrebbe essere restituito al corso d’acqua. In ogni caso è importante progettare ed eseguire queste misure di trasferimento e rimozione dei sedimenti in modo tale che l’impatto sull’habitat a valle sia mitigato il più possibile. Nell’ambito del progetto “Fusion Grant”, vorremmo creare le basi per migliorare ulteriormente la gestione dei sedimenti dei nostri impianti”.
La collaborazione e le sinergie tra università e Alperia saranno decisive per raggiungere gli obiettivi della ricerca. Da un lato, Alperia potrà beneficiare di un team di ricerca dedicato, della tecnologia, delle conoscenze e delle infrastrutture disponibili nel laboratorio di unibz al NOI Techpark. Dall’altro lato, l’ateneo potrà accedere alle attrezzature della società e alle conoscenze e competenze dei suoi tecnici.
zil/04.03.2021