水電大壩的圍墻限制了河流的流量，并將它們變成了死水池。隨著這些水庫的老化，藻類生物質(zhì)和水生植物等有機(jī)物積累并最終分解和下沉。這種缺氧環(huán)境刺激了甲烷的產(chǎn)生。

然后水庫表面和渦輪機(jī)將甲烷釋放到大氣中。甲烷約占水電大壩排放的溫室氣體的80%，在大壩生命周期的前十年達(dá)到峰值。

甲烷因在大氣中徘徊12 年而臭名昭著，其效力至少是二氧化碳的25 倍。研究人員估計(jì)世界上至少 10% 水電大壩每單位能源排放的溫室氣體與燃煤發(fā)電廠一樣多。在亞馬遜流域，現(xiàn)有的幾座大壩的碳排放量是燃煤發(fā)電廠 的十倍。

盡管如此，巴西亞馬遜和喜馬拉雅山仍積極推動(dòng)建設(shè)新的水電大壩。一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)在 2019 年Nature Communications研究中寫道：“鑒于新水電大壩建設(shè)的預(yù)期熱潮，確定未來的大壩是否會(huì)產(chǎn)生低碳能源至關(guān)重要。 ”

使用人工智能規(guī)劃更可持續(xù)的大壩

為了確定新水電大壩的環(huán)保地點(diǎn)，2019 年團(tuán)隊(duì)利用了來自使用人工智能 (AI) 的復(fù)雜計(jì)算模型的數(shù)據(jù)。他們觀察到巴西(一個(gè)以低地為主的國家)的低地水壩往往擁有較大的水庫區(qū)，從而產(chǎn)生更高的碳強(qiáng)度。與玻利維亞、厄瓜多爾和秘魯?shù)纳絽^(qū)相比，巴西亞馬遜地區(qū)的碳密集型大壩數(shù)量最多。他們發(fā)現(xiàn)，更高的海拔和陡峭的地形使得水力發(fā)電的碳強(qiáng)度更低。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)提出了新的項(xiàng)目，目前至少有 351 站點(diǎn)分布在亞馬遜河上，那里已經(jīng)有 158 個(gè)水電大壩。為了找到最小化這些項(xiàng)目對環(huán)境影響的解決方案，研究人員正在繼續(xù)利用人工智能利用這些數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型。

基于這些他們發(fā)現(xiàn)，不協(xié)調(diào)的水電擴(kuò)張會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)效益的喪失。此外，其他地點(diǎn)的有效大壩布置可以產(chǎn)生四倍的電力。

“人工智能正被華爾街、社交媒體用于各個(gè)領(lǐng)域——為什么不使用人工智能來解決可持續(xù)發(fā)展等嚴(yán)重問題呢?”專家們對此提出了設(shè)想。

研究人員認(rèn)為，在為新項(xiàng)目選擇地點(diǎn)時(shí)，必須考慮整個(gè)亞馬遜流域的各種環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，如河流流量和連通性、溫室氣體排放、魚類多樣性和沉積物運(yùn)輸。

雖然基于這些科學(xué)證據(jù)實(shí)施政策對于建設(shè)可持續(xù)水電大壩至關(guān)重要，研究人員同時(shí)也在尋找通過甲烷提取減少現(xiàn)有項(xiàng)目溫室氣體排放的方法。

提取和使用儲(chǔ)層甲烷

提取湖泊和大壩水庫中積累的甲烷用于能源生產(chǎn)的想法并不新鮮。在東非，充滿鹽水的基伍湖擁有 60 立方公里的甲烷和另外 300 立方公里的水溶解二氧化碳。在盧旺達(dá)的 KivuWatt 發(fā)電廠，使用氣體分離器從湖的深水中提取甲烷，用于發(fā)電。

受到這種可能性的啟發(fā)，波蘭科學(xué)院的地球物理學(xué)家 Maciej Bartosiewicz 和他的同事建議使用稱為沸石的固體礦物吸收劑從儲(chǔ)存層沉積物中分離甲烷。在發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志上的一項(xiàng)研究中，他們設(shè)計(jì)了一種模型機(jī)制來研究沸石和可放置在水庫底部的活性炭。

到目前為止，科學(xué)家們一直無法從湖泊和水庫等淡水體中提取甲烷，因?yàn)檫@種氣體的濃度要低得多。以前使得小量的甲烷提取成本高得多。但 Bartosiewicz 表示，沸石價(jià)格便宜且可廣泛使用，為此提供一種可行的解決方案。

“該系統(tǒng)包含一個(gè)氣化組件，它是一個(gè)盒子里的膜。然后沸石可以在去除二氧化碳后捕獲甲烷，”Bartosiewicz 說。安裝泵送系統(tǒng)可以進(jìn)一步促進(jìn)提取。

盡管如此，從水庫沉積物中提取甲烷并非沒有什么生態(tài)環(huán)境問題。該過程可能會(huì)影響處理沉積物中甲烷的細(xì)菌的生長，從而嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)的生物組成，最終影響食物網(wǎng)的生產(chǎn)力。在底部甲烷含量高的水庫和湖泊中，這些細(xì)菌是微型海洋動(dòng)物的重要食物和能量來源。盡管如此，Bartosiewicz 認(rèn)為，水體系統(tǒng)具有非凡的自我調(diào)節(jié)能力。

“我們需要開發(fā)下一代可再生能源生產(chǎn)解決方案。這是一種可能性，”他說?！安⒎撬兴娝畮於伎梢蕴崛〖淄?。如果我們能從這種甲烷中生產(chǎn)出 5% 的能源，它就會(huì)增加可再生能源的配額。”

目前人工智能在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮的重要性越來越大，專家們努力討論，讓AI發(fā)揮更大的作用。