The impacts of geothermal power plant emissions on terrestrial ecosystems in contrasting bio-climatic zones

Abstract

Very little is known on the ecosystem impacts of emissions from

geothermal power plants. The emissions, comprising mainly of non-

condensable gases (NCGs) i.e. carbon dioxide, hydrogen sulphide,

methane and trace elements such as arsenic, boron, antimony and

mercury, have the potential to deposit and accumulate in ecosystems. At

elevated levels, some NCGs can cause ecosystem stress, especially H 2 S

and the trace elements. The aim of this thesis is to assess the effects of

these elements on terrestrial ecosystems around two geothermal areas in

contrasting biomes i.e. Kenya and Iceland.

Dominant plant species around each geothermal study area,

Tarchonanthus camphoratus shrub in Kenya and Racomitrium

lanuginosum moss in Iceland, were used as bio-indicators and

concentrations of sulphur, arsenic, boron, antimony and mercury were

mapped in their tissues and soils at increasing distances from the power

plants along the prevailing wind direction in field surveys. Patterns of

plant growth and health along the same distances and wind direction

gradients were also studied to assess any potential effects related to the

power plants. Controlled experiments were thereafter carried out on the

same plant species to assess in detail the effects of the most abundant

phytotoxic NCG, i.e. H 2 S gas, on plant growth and health.

Results of the field surveys and experiments indicated that the main

geothermally emitted component, H 2 S gas, deposits and accumulates in

plants and soils. The measured trace element concentrations in plants and

soils (from the field surveys): arsenic, boron, antimony and mercury, did

not show strong patterns attributable to the geothermal power plant

emissions. Further, results of the surveys in relation to geothermal power

plant emissions showed weak indications of effects on Tarchonanthus

camphoratus shrub growth and health around the Olkaria geothermal

power plants in Kenya, while in Iceland, the growth of Racomitrium

lanuginosum moss was reduced around the Hengill geothermal power

plants. Additionally, the experiments showed that, 30 µg/L aqueous H 2 S

(10.96 ppm in air) may be a tolerable limit for plants around geothermal

power plants in Kenya and Iceland. These findings serve as important

baseline data toward environmental monitoring and management around

both geothermal power plant areas in Kenya and Iceland; this information

is also of utmost importance in advising the public and decision makers in

Kenya and Iceland on the ecosystem (terrestrial) impacts of geothermal

power plant emissions.Áhrif efnalosunar frá jarðvarmavirkjunum á vistkerfi eru almennt fremur

illa þekkt. Losunin samanstendur aðallega af óþéttanlegum lofttegundum,

þ.e. koldíoxíði, brennisteinsvetni og metani, en einnig af snefilefnum eins

og arseni, bór, antimon og kvikasilfri sem geta öll safnast fyrir í

vistkerfum. Við hærri styrk geta þessi efni valdið álagi á vistkerfi, einkum

brennisteinsvetni og snefilefnin. Markmið verkefnisins var að kanna áhrif

þessara efna á landvistkerfi við jarðvarmavirkjanir við líffræðilega mjög

ólíkar aðstæður, þ.e. í Kenýa og á Íslandi.

Ríkjandi plöntutegundir umhverfis virkjanasvæðin, Tarchonanthus

camphoratus runni í Kenýa og Racomitrium lanuginosum mosi á Íslandi,

voru notaðar sem líffræðilegir vísar og styrkur brennisteins, arsens, bórs,

antimons og kvikasifurs mældur í þeim og í jarðvegi í mismunandi

fjarlægð frá virkjununum í stefnu ríkjandi vindátta. Vöxtur og heilbrigði

plantna voru einnig könnuð í sömu fjarlægðum til þess að meta möguleg

áhrif er tengjast jarðvarmavirkjunum. Einnig voru gerðar staðlaðar

tilraunir þar sem áhrif brennisteinsvetnis á vöxt og heilbrigði tegundanna

tveggja voru könnuð.

Niðurstöður vettvangsrannsókna og tilrauna benda til þess að

brennisteinsvetni, eitt meginefnið sem losað er frá jarðvarmavirkjununum,

safnist fyrir í plöntum og jarðvegi. Styrkur snefilefnanna arsens, bórs,

antímons og kvikasilfurs í plöntum og jarðvegi benti hins vegar ekki til

þess að þau mætti rekja til losunar frá virkjununum. Við orkuverin í

Olkaria í Kenýa komu fram fremur veik en neikvæð áhrif á vöxt og

heilbrigði runnans Tarchonanthus camphoratus. Þessi áhrif voru hins

vegar merkjanleg á mosann Racomitrium lanuginosum við íslensku

orkuverin við Hengil. Tilraunir sýndu að bæði í Kenýa og á Íslandi virðist

styrkur H2S sem nemur 30 μg/l í vatnslausn (10,96 ppm í lofti) vera efri

þolmörk fyrir tegundirnar tvær. Þessar niðurstöður leggja mikilvægan

grunn að umhverfisvöktun og við stjórn jarðvarmaorkuvera bæði í Kenýa

og á Íslandi. Að auki eru þær mjög mikilvægar bæði fyrir almenning og

við alla ákvarðanatöku er snerta áhrif losunar efna frá

jarðvarmavirkjunum á vistkerfi í báðum löndunum.