Windparken op zee verhogen de koolstofopslag in zeebodems

In het kader van de overgang van niet-hernieuwbare (fossiele) naar hernieuwbare energiebronnen neemt het aantal windparken op zee wereldwijd toe. Dit is ook het geval in België, momenteel de vijfde grootste producent van offshore windenergie ter wereld. Een nieuwe offshore windzone, de Prinses Elisabethzone, is ingetekend op het Belgische Marien Ruimtelijk Plan voor de periode 2020-2026. Hiermee zal de oppervlakte gereserveerd voor de nationale offshore windenergieproductie meer dan twee keer zo groot worden (van 238 naar ca 530 km²) en de capaciteit bijna verdubbelen (van 2,26 tot >4,26 Gigawatt). De nieuwe zone valt gedeeltelijk samen met het beschermde zeegebied "Vlaamse Banken", een aangewezen Natura 2000-gebied in het kader van de EU-Habitatrichtlijn.

Dertien jaren van opvolging van de ecologische effecten van windparken in de 1e Belgische offshore windzone toonden aan dat grote hoeveelheden ongewervelde dieren (mosselen, anemonen, kleine kreeftachtigen, enz.) groeien op de turbines, en dat die op hun beurt vissoorten zoals kabeljauw en pladijs aantrekken. De kennis rond de koloniserende soorten en hun effecten op het mariene ecosysteem bleef echter grotendeels beperkt tot het niveau van individuele turbines en windparken.

Het FaCE-It project (Functionele biodiversiteit in sedimenten onderhevig aan verandering: implicaties voor de biogeochemie en voedselwebben in een management context), dat liep over de periode 2015 - 2020, heeft deze kennis sterk uitgebreid.

"In FaCE-It hebben we de effecten van offshore windparken bestudeerd op het functioneren van het mariene ecosysteem. Voor de allereerste keer hebben we ook de effecten van meerdere offshore windparken in meerdere landen op een grote geografische schaal onderzocht. Er werd gebruik gemaakt van een combinatie van gedetailleerde waarnemingen, experimenten en modelsimulaties, met de nadruk op de effecten van windparken op de werking van de zeebodem." legt projectcoördinator Jan Vanaverbeke van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen uit.

De projectpartners presenteren hun bevindingen in twee artikels in Frontiers in Marine Science.

Dieren die windturbines koloniseren filteren voedsel uit de waterkolom, en zorgen daarna voor een toevoer van organisch materiaal naar de zeebodem rond de turbines, zowel in de vorm van hun uitwerpselen als van dode organismen die naar beneden vallen. Maar waar komt dat organisch materiaal precies terecht? Dat kon worden nagegaan via modellen die enerzijds waterstromingen (hydrodynamica, inclusief getijden en golven) en anderzijds het transport van sedimenten beschrijven. Die modellen werden gekoppeld aan kennis over de dynamiek van organische koolstof en minerale deeltjes in de waterkolom en de sedimenten. Die integratie van gegevens toonde duidelijk aan dat de aanwezigheid van offshore windparken leidt tot sterke veranderingen in de afzetting van organische stof op de zeebodem, zowel in als buiten de windparken. Aangezien dit organisch materiaal het voedsel is voor de organismen die de zeebodem bewonen, kan daardoor (een deel van) de voedselketen worden beïnvloed.

Evgeny Ivanov van de Universiteit van Luik licht toe: "Binnen offshore windparken, en in de gebieden eromheen, komt aanzienlijk meer organisch materiaal op de bodem terecht (tot 15%, en plaatselijk zelfs tot 50% meer), vooral in de gebieden die langs de sterkste getijdenstromingen liggen (volgens een NO/ZW-as ten opzichte van de turbines). In de andere richtingen (naar NW en ZO) wordt een afname van de depositie van organisch materiaal voorspeld (tot 10% minder). Meerdere offshore windparken zullen dus leiden tot een mozaïek van gebieden met verhoogde en verlaagde koolstofafzetting op de zeebodem. In de windparken en in een gebied van 5 km rond de turbines is het resulterend plaatje positief (meer organisch materiaal), terwijl de depositie in het omringende gebied tot 30 km verder weg aanzienlijk afneemt."

De verhoogde organische aanrijking resulteert in een grotere koolstofopslag in de zeebodem van een offshore windpark. Emil De Borger, destijds verbonden aan de Universiteit Gent en nu aan het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), berekende om hoeveel koolstof het precies gaat: "Tijdens de levensduur van een offshore windpark (hier gedefinieerd als 20 jaar) wordt tussen 28715 en 48406 ton koolstof opgeslagen in de bovenste 10 cm van de zeebodem in de offshore windparken. Deze koolstof wordt ook wel "blauwe koolstof" genoemd, koolstof die gevangen zit in organische vormen (zoals dieren of planten) en die vervolgens begraven wordt. Wetende dat deze cijfers overeenkomen met 0,014-0,025% van de jaarlijkse broeikasgasemissies in België, kan dit worden beschouwd als een kleine, maar niettemin significante koolstofcompensatie."

Deze koolstofcompensatie komt bovenop de veel grotere hoeveelheid koolstof (CO2) die niet wordt uitgestoten door het gebruik van een hernieuwbare in plaats van een fossiele energiebron. Ter vergelijking: in België zou de CO2-uitstoot tussen 1,04 en 2,86 miljoen ton verminderen door gebruik te maken van door wind opgewekte energie in plaats van een gasturbine (op basis van gegevens uit 2018). Hieraan dragen de geschatte hoeveelheden koolstof die in het sediment zijn opgeslagen nog eens 1 tot 4,6% bij.

Deze bevindingen hebben belangrijke gevolgen voor het ontwerp van de nieuwe offshore windparken in en nabij het mariene beschermde gebied (Marine Protected Area – MPA) van de Vlaamse Banken. Binnen deze MPA bevinden zich waardevolle en bedreigde grindbanken, die een thuis zijn voor zeldzame soorten en beschermd worden door EU-wetgeving. Een toename aan depositie van organisch materiaal zou voor deze zeldzame soorten niet noodzakelijk een positief verhaal betekenen. De keuze van de locatie van de nieuwe offshore windparken zal in veel grotere mate de omvang van het effect op de grindbanken bepalen dan het aantal turbines dat doet, en een zorgvuldige inplanting van de turbines is dus nodig om offshore windparken en grindbanken binnen de MPA van de Vlaamse Banken op een milieuvriendelijke wijze samen te laten gaan.

Met behulp van het in FaCE-It ontwikkelde model werd berekend dat de plaatsing van het nieuwe offshore windmolenpark ten minste 3 km stroomafwaarts van de grindbedden slechts zou resulteren in een matige toename van de depositie van organisch materiaal. Wanneer ervoor zou worden gekozen de offshore windmolenparken stroomopwaarts te situeren, wordt aanbevolen een afstand van 7 km aan te houden. In de richting loodrecht op de getijdenstroming wordt een afstand van 2 tot 4 km geadviseerd.

Ook wordt geïllustreerd dat de natuur geen geopolitieke grenzen kent. De effecten overschrijden landsgrenzen: toekomstige offshore windparken in het naburige Franse deel van de Noordzee zullen het Belgische deel beïnvloeden, terwijl het operationele Belgische offshore windgebied nu al het Nederlandse deel van de Noordzee beïnvloedt.

De verhoogde koolstofopslag in de sedimenten in en rond offshore windparken - en dus het klimaat-regulerende effect - kan van beperkte duur zijn. Als de zeebodem wordt verstoord, kan de opgeslagen koolstof weer vrijkomen in de waterkolom. Dit kan gebeuren als gevolg van bodemverstorende activiteiten zoals sleepnetvisserij (toegestaan buiten een straal van 50 m rond individuele turbines in het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk, maar volledig verboden in België, Nederland en Duitsland tijdens de operationele fase van de windparken, waar het mogelijk weer kan worden toegestaan na de ontmanteling ervan), of wanneer de concessiezones in hun oorspronkelijke staat worden hersteld na de verwachte levensduur van de windturbines (20-25 jaar).

Daarom zijn de FaCE-It-resultaten over koolstofopslag in sedimenten niet alleen nuttig ter ondersteuning van de ruimtelijke planning van offshore windparken, maar kunnen zij ook informatie verschaffen bij de besluitvorming over toekomstige ontmantelingsscenario's en –methoden. Een mogelijk scenario daarbij is gedeeltelijke ontmanteling, waarbij een deel van de onderzeese structuur op zijn plaats blijft, een nieuwe bestemming krijgt of wordt verplaatst.

FaCE-It (Functionele biodiversiteit in sedimenten onderhevig aan verandering: implicaties voor de biogeochemie en voedselwebben in een management context) is een project gefinancierd door het Federaal Wetenschapsbeleid (Belspo), gecoördineerd door het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen (KBIN), en een samenwerking tussen het KBIN, de Onderzoeksgroep Mariene Biologie van de Universiteit Gent, de Vakgroep Astrofysica, Geofysica en Oceanografie van de Universiteit van Luik, het Instituut voor Landbouw-, Visserij- en Voedingsonderzoek (ILVO) en het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ).