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Wissenschaft

Klimabilanz von Solar- und Windenergieanlagen

Wie grün ist Ökostrom?

Solar- und Windanlagen produzieren CO2-freien Strom. Doch ganz emissionsfrei ist Ökostrom nicht. Entscheidend für die Klimabilanz ist, unter welchen Bedingungen die Module und Windräder hergestellt werden.

Andreas Vitting/ imageBROKER/ imago images

Kohlekraftwerk Lippendorf: CO2-Äquivalente in rund drei Jahren wieder eingespielt

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Samstag, 21.09.2019   18:28 Uhr

Nur ein paar Meter entfernt von den gewaltigen Kühltürmen des Braunkohlekraftwerks Lippendorf bei Leipzig erstreckt sich ein großer Solarpark. Auf der einen Seite des Zauns dampft und raucht und brodelt es - auf der anderen Seite ist nichts zu sehen, zu riechen, zu hören.

Doch so sauber Solarparks auch arbeiten: Klimaneutral ist die Photovoltaik nicht. Denn für die Fertigung von Modulen, Wechselrichtern und Gestellen brauchen die Hersteller eine Menge Energie. Nur wenn sie aus erneuerbaren Quellen kommt, ist der erzeugte Ökostrom wirklich CO2-frei. Einzelne Unternehmen versorgen ihre Fabriken zwar bereits mit Grünstrom. Bis das branchenweit der Fall ist, wird aber noch einige Zeit vergehen.

Der Industrieverband SolarPower Europe rechnet mit einem weltweiten Photovoltaik-Zubau von 800 Gigawatt bis 2023 - das sind ungefähr drei Milliarden Module. Angesichts solcher Zahlen hat der Energiebedarf der Hersteller eine nicht zu unterschätzende Bedeutung für den globalen Klimaschutz.

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"Made in China" mit höheren Emissionen

Wie groß Energieaufwand und CO2-Fußabdruck der Photovoltaik sind, lässt sich allerdings nicht pauschal beziffern, denn es gibt erhebliche Unterschiede zwischen den Modulmodellen. Die fast ausschließlich in Solarparks eingesetzten Dünnschichtmodule schneiden beim Energiebedarf deutlich besser ab als kristalline Silizium-Module, die man von Hausdächern kennt.

Für die CO2-Bilanz spielt zudem der Fertigungsstandort eine große Rolle, erklärt Holger Neuhaus, Abteilungsleiter Modultechnologie beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. "Wegen des hohen Kohleanteils im Strommix verursacht eine Produktion in China mehr Emissionen als eine in Europa", so Neuhaus.

Nicht zuletzt sind auch der Installationsort und die Effizienz des Moduls wichtige Faktoren. Je mehr Strom eine Anlage produziert, desto geringer sind die CO2-Emissionen pro erzeugte Kilowattstunde. "Es ist kompliziert", fasst der Fraunhofer-Forscher zusammen.

Energieaufwand schnell wieder eingespielt

Unstrittig ist, dass Solaranlagen im Laufe ihrer Lebenszeit erheblich mehr CO2-Emissionen verhindern als ihre Fertigung selbst im schlechtesten Fall verursacht. Laut einer Studie im Auftrag des Photovoltaic Power Systems Programme der Internationalen Energieagentur (IEA PVPS) von 2015 hat eine in Deutschland installierte Hausdachanlage die Energie in rund drei Jahren wieder eingespielt - bei einer Lebenszeit von 30 Jahren und länger. Spanische Anlagen mit Cadmiumtellurid-Dünnschichtmodulen brauchen gar nur etwa ein Dreivierteljahr.

Bei neuen Modulen sind die Zeitspannen heute noch kürzer, da viele Hersteller die Effizienz ihrer Prozesse in den vergangenen Jahren erheblich verbessert haben - vor allem was die Silizium-Wafer betrifft, aus denen die Solarzellen hergestellt werden. Auf sie entfällt ein sehr großer Teil des gesamten Energieaufwands.

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"Ganz wichtig ist, wie die Wafer gesägt werden und wie dick sie sind", erläutert Neuhaus. Immer mehr Unternehmen verwenden Diamantdrahtsägen, mit denen weniger Silizium verloren geht. Das reduziert den Material- und damit den Energiebedarf erheblich.

Größere Windräder mit kleinerem Energiebedarf

Windenergie-Anlagen schaffen meist eine noch bessere Bilanz als Photovoltaik. "Je nach Standort dauert es etwa sechs bis zwölf Monate, bis die Energie für Fertigung, Installation und Rückbau der Anlagen wieder hereingeholt sind", sagt Stephan Barth, Geschäftsführer des Zentrums für Windenergieforschung ForWind.

In den vergangenen Jahren sind Windräder an Land und auf See deutlich größer und damit leistungsstärker geworden. Der Energieaufwand ist jedoch nicht in gleichem Maße gestiegen, weil die Rotorblätter immer filigraner werden. Pro erzeugte Kilowattstunde Strom muss also weniger Energie eingesetzt werden. Da die hierzulande installierten Anlagen in der Regel aus europäischer Fertigung stammen, hat die Windenergie auch bei den CO2-Emissionen die Nase vorn.

Die Branche arbeitet daran, die Flügel weiter abzuspecken - um Energie zu sparen, vor allem aber, um die Windräder größer machen zu können. "Ein Hebel dazu sind neue Regelungsverfahren, mit denen sich die mechanischen Belastungen der Anlagen reduzieren lassen", erklärt Barth. "Sie erlauben es, die Rotorblätter noch leichter zu bauen."

Solar- und Windenergie verdrängen Kohlestrom

Unterm Strich leisten Solar- und Windenergie einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz, wie eine Studie des Umweltbundesamtes (UBA) belegt. Denn schließlich ersetzt der Grünstrom solchen aus Kohle- und Gaskraftwerken, die pro Kilowattstunde erzeugter Energie ein Vielfaches an Kohlendioxid ausstoßen.

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So hat jede erzeugte Kilowattstunde Solarstrom der UBA-Studie zufolge 2017 insgesamt 614 Gramm CO2 eingespart. Windräder an Land konnten 667 Gramm vermeiden, solche auf See 675 Gramm.

Die Photovoltaik hat die deutsche Klimabilanz um insgesamt 24 Millionen Tonnen CO2 entlastet. Bei der Windenergie an Land waren es 59 Millionen Tonnen, bei Offshore-Anlagen zwölf Millionen Tonnen. Die durch Solar- und Windenergie vermiedene Emissionsmenge entsprach fast elf Prozent des gesamten deutschen CO2-Ausstoßes.

insgesamt 188 Beiträge
alterknacker54 21.09.2019
1. Wie grün ist Ökostrom?
Hätten Sie möglicherweise für "Schnelleser" auch mal irgendwo eine eindeutige Antwort auf die Frage geben können?: Ökostrom ist i.d.R. sehr grün und im Vergleich mit Kohle, Gas, Öl und Atom noch viel grüner! [...]
Hätten Sie möglicherweise für "Schnelleser" auch mal irgendwo eine eindeutige Antwort auf die Frage geben können?: Ökostrom ist i.d.R. sehr grün und im Vergleich mit Kohle, Gas, Öl und Atom noch viel grüner! "i.d.R." schreibe ich aber auch, weil mir hier ein Szenario fehlt: Ökostrom aus Biogasanlagen ist nur unter bestimmten Voraussetzungen grün. Also: Von daher ist der Artikel nicht sehr informativ und schon gar nicht gibt er erschöpfende Auskunft. Es gibt sogar noch mehr Ökostromarten, aber ich werde nicht dafür bezahlt, hier Ihre Arbeit zu machen. Sie sind "Energie-Journalist" - da ist noch jede Menge Luft nach oben!
tailspin 21.09.2019
2. gruen, gruener, am gruensten
Richtig gruen sind nur erneuerbare Windraeder, die aus nachwachsender Jute mit Naturkleister auf der Basis von Kartoffelstaerke zusammengeklebt werden.
Richtig gruen sind nur erneuerbare Windraeder, die aus nachwachsender Jute mit Naturkleister auf der Basis von Kartoffelstaerke zusammengeklebt werden.
Außendienst_09 21.09.2019
3. Erneuerbare Energien...
... sind nicht automatisch klimafreundlich oder CO2-frei: Wenn z.B. Holz verfeuert wird schadet das dem Klima unter Umständen sogar mehr als bei Kohle und Erdgas (wegen des schlechteren Wirkungsgrades, besonders in privaten [...]
... sind nicht automatisch klimafreundlich oder CO2-frei: Wenn z.B. Holz verfeuert wird schadet das dem Klima unter Umständen sogar mehr als bei Kohle und Erdgas (wegen des schlechteren Wirkungsgrades, besonders in privaten Feuerungsanlagen). Dabei entstehen neben Kohlendioxid auch Stickoxide, Ruß, Staub... Holz ist nur klimaneutral wenn - global!!! - genauso viel Bäume pro Jahr nachwachsen als im selben Zeitraum abgeholzt oder verbrannt werden. Im übrigen ist auch Atomstrom nicht klimaneutral: Es entsteht zwar kein CO2, jedoch Wasserdampf und es werden gewaltige Mengen Wärme dabei freigesetzt, die ebenfalls einen Beitrag zur Wärmebilanz darstellen.
kaltmamsell 21.09.2019
4. Die Lifecycle-Betrachtung schließt natürlich auch alle
Zusatzaspekte mit ein. Da geht es mal um die Generierung einzelner Bauelemente wie auch um deren Entsorgung. "Wind, Solar, Atom" und Braunkohle obendrein - die steuerprivilegierten Naturgewalten und Technologie-Konzepte [...]
Zusatzaspekte mit ein. Da geht es mal um die Generierung einzelner Bauelemente wie auch um deren Entsorgung. "Wind, Solar, Atom" und Braunkohle obendrein - die steuerprivilegierten Naturgewalten und Technologie-Konzepte mit ostelbisch sozialverträglichen Eiapopeia-Rückzugsstrategien aus der Braunkohle bis 2038 - möchte mich da nicht groß in den Vordergrund spielen, aber so buchstabiert sich Entwicklungsverzögerung. Ich persönlich bleibe nur gerade derzeit Klima-Demos fern, weil ich sehe, wie ach so viele interessengeleitete Parteien ihr ganz eigenes Süppchen kochen. Ist nicht so lustig. Gebäude-Verkleidung, die Heizkosten senken soll, erhöht die Brandgefahr in einem solchen Maß, dass einem Angst und Bange wird. Und der Heuchelei bei Flug, und Zug ist Tür und Tor geöffnet, auch wenn es mal um bescheidene und sinnstiftende Mobilität und deren steuerliche Lenkung geht.
mayeastrise 21.09.2019
5. Unvollständige Bilanz
Ein wichtiger Fakt für die Bilanzierung des Ökostroms wurde hier unterschlagen. So braucht man im Gegensatz zum konventionellen Kraftwerk, welches im Idealfall 24/7 durchläuft, enorm hohe Speicherkapazitäten für Tage an denen [...]
Ein wichtiger Fakt für die Bilanzierung des Ökostroms wurde hier unterschlagen. So braucht man im Gegensatz zum konventionellen Kraftwerk, welches im Idealfall 24/7 durchläuft, enorm hohe Speicherkapazitäten für Tage an denen die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. Deswegen plädiere ich persönlich auch für eine Ergänzung der erneuerbaren Energien mit AKWs.
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