Water footprint of the European energy sector in the planetary boundaries context : from fossil-based production to the era of renewables

Abstract

The ongoing energy transition means transforming from fossil-fuel based energy production into renewable and low-carbon energy production. Societies are seeing ever increasing signals of global warming in the form of extreme weather, such as droughts and floods. Water scarcity has already been seen as a root cause for conflicts and expected to be so in the future as well.

The concept of planetary boundaries was introduced in the beginning of 21st century and defines the Earth processes and their limits, within which operations remain on a sustainable level. So far, majority of focus has been directed to climate change, but questions around water have become increasingly self-evident. The energy sector consumes water for different process stages. Especially coal-fired- and nuclear power plants consume water for cooling purposes. Despite evidences about water scarcity and the role of water in the energy sector, there has been only limited amount of studies on the matter.

This study takes an empirical focus to investigate whether the European energy sector operates within planetary boundaries when it comes to water use. Energy transition is taken into account by analysing water withdrawal data from 2015 to 2050. Planetary boundaries have been defined in multiple methods to give comparison on the methodology and concept’s suitability for water-related questions.

Some of the results indicated that the water withdrawal of the European energy sector is currently not on a sustainable level. By 2050 the situation is expected to change, as less water-intensive renewable energy production will scale. The analysis also showed the need for common principles to define water footprint calculations. This is needed to integrate water-related questions closer to decision-making.

Meneillään oleva energiatransitio tarkoittaa siirtymistä fossiilipohjaisesta energian tuotannosta kohti uusiutuvaa- ja vähähiilistä energiantuotantoa. Yhteiskunnat näkevät yhä enemmän merkkejä ilmaston lämpenemisestä sään ääriolosuhteiden kautta (esim. kuivuus ja tulvat). Jo tähän päivään mennessä kuivuuden ja vesiniukkuuden on havaittu olevan konfliktien taustalla, ja kehityksen odotetaan vain kiihtyvän tulevaisuudessa.

Planetaaristen rajojen konsepti esiteltiin 2000-luvun alussa ja sen tarkoituksena on määritellä Maan luonnollisia prosesseja ja niiden rajoja, joita noudattamalla voidaan varmistaa toiminta kestävällä tasolla. Toistaiseksi suurin fokus on ollut ilmastonmuutoksessa, mutta vesiaiheiset kysymykset ovat myös alkaneet nousta esille. Energiasektori käyttää vettä erilaisiin prosessin vaiheisiin. Erityisesti hiili- ja ydinvoimalaitokset tarvitsevat paljon vettä jäähdytystarkoituksiin. Huolimatta selvistä merkeistä veden niukkuuden suhteen, veden roolia energiasektorilla on toistaiseksi tutkittu vain vähän.

Tämä lopputyö tarkastelee empiirisesti Euroopan energiasektorin veden käyttöä ja suhdetta planetaarisiin rajoihin. Energiatransitio on otettu huomioon analysoimalla veden käyttöä vuodesta 2015 vuoteen 2050. Planetaaristen rajojen määrittelyyn on käytetty vaihtoehtoisia menetelmiä, jotta on mahdollista vertailla eri metodologioiden vaikutusta lopputulokseen ja niiden sopivuutta veteen liittyviin kysymyksiin.

Osa tuloksista osoitti, ettei Euroopan energiasektori ole tällä hetkellä kestävyyden rajoissa veden käytön suhteen. Vuoteen 2050 mennessä tilanteen voi odottaa muuttuvan, kun vesi-intensiivisistä tuotantoa poistuu ja korvautuu uusiutuvalla energialla. Analyysi myös korosti tarvetta yhteisille laskentamenetelmille, jotta vesijalanjälkeä voidaan käyttää entistä tehokkaammin työkaluna päätöksenteon ja regulaation kehittämisen tukena.