洋上風力発電は、EU のエネルギー変革の重要な柱の 1 つとみなされています。 EUは、2050年までに北海の洋上風力発電の設置容量を現状ベースの10倍以上に拡大する計画である。しかし、ドイツヘルムホルツ協会の子会社であるヘルムホルツ・ツェントルム・ヘレオンの新たな研究では、この拡大によって海底堆積物の輸送と堆積プロセスが大規模かつ長期にわたり再構築されており、ジャーマン湾などの海域ではすでに明らかな変化が示されていると指摘している。関連する結果は最近、ジャーナル「Communications Earth & Environmental」に掲載されました。
この研究は、波や海流によってかき回される海底堆積物、英仏海峡を通って大西洋から輸入される物質、川によって海に運ばれる堆積物など、北海の粒子状物質がほぼ絶えず動いていることを指摘している。これらの粒子は沈降と再懸濁を繰り返し、最終的には比較的穏やかな水域で細かい泥層に蓄積します。洋上風力タービンは水面や水中に「障害物」を形成し、水域の層状構造を破壊し、広い範囲で流速を弱めることで、土砂の輸送と堆積の空間パターンを変化させます。
ヘルムホルツセンターのチームは、既存の洋上風力発電所が北海全体に堆積物の再分布をもたらし、大量の有機炭素を含む年間最大約150万トンの堆積物を巻き込んでいることを発見した。この堆積物のかなりの部分は海洋動植物の死骸に由来しており、粒子状有機炭素 (POC) が豊富に含まれています。これらの粒子状の有機炭素は海底に沈んだ後、堆積物層に何百年も蓄積される可能性があり、海底が重要な炭素吸収源となり、海洋が二酸化炭素を長期間吸収して貯蔵し、気候変動の影響を遅らせるのに役立ちます。
風力発電所が堆積物と炭素吸収プロセスに及ぼす影響を定量化するために、研究チームは、大気条件、波、流れ、堆積物輸送プロセスをシミュレーションのフレームワークに統合した新しい数値モデルを構築しました。このモデルは、大気と水の動きに対する洋上風力タービンの影響に関する同庁のこれまでの研究に基づいて開発されており、風力発電所のクラスターが堆積動態に及ぼす総合的な影響を地域規模で評価できるようになっている。
「私たちのシミュレーション結果は、洋上風力発電所が今後数十年間拡大し続けるにつれて、この堆積物の再分布の規模は蓄積し続けることを示しています。」論文の筆頭著者であり、ヘルムホルツセンターの沿岸システム分析およびモデリング研究所の Jiayue Chen 氏は次のように述べています。同氏は、この変化が北海の生態系の長期的な運営メカニズムと炭素貯蔵能力に影響を与える可能性があると指摘した。堆積物の再分布の約 52% はドイツ湾で発生しており、この地域は最も大きな影響を受けた地域の 1 つとなっています。
研究者らは次に、ワッデン海などの敏感な沿岸地域に対するこれらの変化の具体的な影響の評価に焦点を当てる予定である。ワッデン海の干潟と島の進化は、海面上昇による形態調整の圧力に耐えるための継続的な堆積物の供給に依存しています。大規模土木施設によって土砂の輸送経路が変更されると、海岸地形の安定性や生態系の構造に重大な影響を与える可能性があります。
同時に、研究チームは、海洋炭素吸収源の機能に対するこれらのプロセスのフィードバック効果についてもさらに調査しています。有機炭素を含む細粒の堆積物が、もともと長期埋没に適した地域から、再撹拌や再石灰化が起こりやすい環境に「輸送」されると、海洋の長期炭素貯蔵効率が変化し、それによって地域的、さらには地球規模の炭素循環に間接的に影響を与える可能性がある。
「北海の堆積物分布と炭素貯留パターンをより深く理解することで、沿岸の安定性、船舶の安全性、ジャーマン湾の生態系機能に対する長期的なリスクをより包括的に評価できるようになります」と陳家悦氏は述べた。同氏は、この研究は洋上風力発電の持続可能な開発に重要な基盤を提供し、政策立案者、企業、業界が将来の風力発電所の用地の選択とレイアウトを計画する際に、環境収容力と生態系への影響をより十分に考慮するのに役立つと強調した。