해상 풍력 발전은 EU 에너지 전환의 핵심 기둥 중 하나로 간주됩니다. EU는 2050년까지 북해 해상풍력 설치 용량을 현재 기준으로 10배 이상 확대할 계획이다. 그러나 독일 헬름홀츠 협회의 자회사인 헬름홀츠-젠트럼 헤레온(Helmholtz-Zentrum Hereon)의 새로운 연구에 따르면, 이번 확장으로 인해 해저 퇴적물의 수송 및 퇴적 과정이 장기간에 걸쳐 대규모로 재편되고 있으며, 이미 독일만만(German Bight)과 같은 해역에서 뚜렷한 변화가 나타나고 있다. 관련 결과는 최근 'Communications Earth & Environment' 저널에 게재되었습니다.
이 연구는 파도와 해류에 의해 휘저어지는 해저 퇴적물, 영국 해협을 통해 대서양에서 수입된 물질, 강을 통해 바다로 운반되는 퇴적물을 포함하여 북해의 입자상 물질이 거의 끊임없이 움직이고 있음을 지적합니다. 이러한 입자는 반복적으로 가라앉고 다시 부유하며 결국 상대적으로 잔잔한 물의 미세한 진흙 층에 축적됩니다. 해상 풍력 터빈은 수면과 수중에서 "장애물"을 형성하여 수역의 층상 구조를 파괴하고 넓은 지역의 유속을 약화시켜 퇴적물 수송 및 퇴적의 공간적 패턴을 변화시킵니다.
헬름홀츠 센터 팀은 기존 해상 풍력 발전 단지가 북해 전역에 퇴적물을 재분배하여 연간 최대 약 150만 톤의 퇴적물을 포함하고 있으며, 여기에는 다량의 유기 탄소가 포함되어 있음을 발견했습니다. 이 퇴적물의 상당 부분은 해양 식물과 동물의 잔해에서 유래하며 입자상 유기탄소(POC)가 풍부합니다. 이러한 미립자 유기 탄소는 해저에 침전된 후 수백 년 동안 퇴적층에 저장되어 해저를 중요한 탄소 흡수원으로 만들어 바다가 오랫동안 이산화탄소를 흡수 및 저장하고 기후 변화의 영향을 늦추는 데 도움이 됩니다.
연구팀은 풍력 발전 단지가 퇴적물 및 탄소 흡수 과정에 미치는 영향을 정량화하기 위해 대기 조건, 파도, 해류 및 퇴적물 이동 과정을 시뮬레이션 프레임워크에 통합하는 새로운 수치 모델을 구축했습니다. 해상 풍력 터빈이 공기와 물 이동에 미치는 영향에 대한 기관의 이전 연구를 기반으로 개발된 이 모델을 사용하면 지역 규모의 퇴적 역학에 대한 풍력 발전소 클러스터의 결합된 효과를 평가할 수 있습니다.
"우리의 시뮬레이션 결과는 해상 풍력 발전소가 향후 수십 년 동안 계속 확장됨에 따라 이러한 퇴적물 재분포의 규모가 계속해서 축적될 것임을 보여줍니다." 논문의 제1저자이자 헬름홀츠 센터의 해안 시스템 분석 및 모델링 연구소인 Jiayue Chen이 말했습니다. 그녀는 이러한 변화가 북해 생태계의 장기적인 운영 메커니즘과 탄소 저장 능력에 영향을 미칠 수 있다고 지적했습니다. 퇴적물 재분포의 약 52%가 독일 만에서 발생하며, 이 지역은 가장 큰 영향을 받는 지역 중 하나입니다.
연구진은 다음으로 바덴 해(Wadden Sea)와 같은 민감한 해안 지역에 대한 이러한 변화의 구체적인 영향을 평가하는 데 중점을 둘 계획입니다. 바덴해(Wadden Sea)의 갯벌과 섬의 진화는 해수면 상승으로 인한 형태적 조정 압력을 견디기 위한 지속적인 퇴적물 공급에 의존합니다. 대규모 공학시설에 의해 퇴적물 이동경로가 변경되면 해안지형의 안정성과 생태계 구조에 큰 영향을 미칠 수 있다.
동시에 팀은 해양 탄소 흡수원의 기능에 대한 이러한 프로세스의 피드백 효과를 추가로 조사하고 있습니다. 유기 탄소를 함유한 미세한 퇴적물이 원래 장기 매장에 유리한 지역에서 재교반 및 재광물화에 더 민감한 환경으로 "이동"되는 경우 해양의 장기 탄소 저장 효율이 변경되어 지역적, 심지어 전 세계 탄소 순환에 간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다.
Chen Jiayue는 "북해의 퇴적물 분포와 탄소 저장 패턴을 더 잘 이해함으로써 해안 안정성, 해상 안전 및 독일 만해역의 생태계 기능에 대한 장기적인 위험을 보다 포괄적으로 평가할 수 있습니다"라고 말했습니다. 그녀는 이 연구가 해상 풍력 발전의 지속 가능한 발전을 위한 중요한 기반을 제공하고 정책 입안자, 기업 및 산업이 미래 풍력 발전 단지 부지 선택 및 배치를 계획할 때 환경 수용 능력과 생태학적 영향을 보다 완전하게 고려할 수 있도록 돕는다고 강조했습니다.