Spart Windenergie Treibhaus-Emissionen ein?
Um die Nachhaltigkeit von Windturbinen ganzheitlich zu bewerten, muss man betrachten, wie diese hergestellt und betrieben werden. Erst dann kann man verstehen, wie genau sie Treibhausgasemissionen verursachen.
Wie entstehen durch Windturbinen Treibhausgasemissionen?
Produktion und Transport
Die von Windturbinen ausgestoßenen Treibhausgase werden nicht durch die Erzeugung von Windenergie selbst verursacht, sondern durch die Herstellungsverfahren für die mechanischen Komponenten, die zur Umwandlung der kinetischen in elektrische Energie erforderlich sind. Das ist ein großer Unterschied im Vergleich mit anderen Energiequellen wie Kohlekraft, da in deren Fall ein Großteil der CO2-Emissionen unmittelbar bei der Verbrennung der Kohle während des Energieerzeugungsprozesses entsteht.
Moderne Windturbinen bestehen in der Regel hauptsächlich aus einem Turm, Rotorblättern und einer Gondel, die ein Getriebe und einen Generator enthält.
Der Turm besteht meist aus Stahl und wird von Beton getragen. Zu bedenken ist dabei, dass die Produktion von Stahl mit hohen Kohlendioxidemissionen verbunden ist, da diese einen chemischen Reduktionsprozess beinhaltet. Die Stahlindustrie unternimmt aktuell zunehmend Bemühungen, diese Emissionen deutlich zu reduzieren. Während traditionell Kohlenstoffgase als sogenanntes Reduktionsmittel verwendet werden, um Eisenerz in Stahl zu veredeln, könnten die gleichen Ergebnisse auch mit Wasserstoff erzielt werden. Das bei dieser Reaktion entstehende Abfallprodukt wäre Wasser. Kurz gesagt, ist das Potential der Herstellung „grünen Stahls“ definitiv vorhanden.
Rotorblätter von Windkraftanlagen bestehen meist aus glasfaserverstärktem Kohlenstoff. Dieses Material besteht aus zwei verschiedenen Komponenten. Einerseits sind das Glasfasern. Sie verleihen den Blättern hohe Festigkeit und ein gutes Belastungsverhalten. Der Rohstoff, aus dem Glasfasern hergestellt werden, ist genau der gleiche, aus dem auch Trinkgläser gefertigt werden – den Unterschied macht hierbei das Herstellungsverfahren. Um flüssiges Glas in Glasfasern zu verwandeln, wird es zu Fäden gesponnen. Dazu wird aus einer Schmelze ein Faden gezogen, mit Wasser gekühlt und aufgewickelt. Bei diesem Prozess entstehen kaum Treibhausgase. Die Produktion hat allerdings trotzdem Auswirkungen auf die Umwelt, da der Rohstoff Glas aus Quarzsand besteht, der aus natürlichen Ressourcen entnommen werden muss.
Die zweite Komponente im Glasfaserverbundmaterial ist Kunststoff. Es ist weitläufig bekannt, dass zur Herstellung von Kunststoff Erdöl benötigt wird. Dabei handelt es sich um einen begrenzten Rohstoff, bei dessen Förderung Treibhausgase emittiert werden.
Im Vergleich zu anderen Industrien und Materialien sind die von Windturbinenblättern verursachten Kohlenstoffemissionen trotzdem eher gering. Die bedeutendere durch sie verursachte Umweltbelastung besteht in dem nur schwer oder kaum möglichen Recycling des Zweikomponenten-Materials. Dies ist ein Problem, das die Rotorblätter mit allen Produkten aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen gemeinsam haben.
Lebenszyklusanalyse von Windenergie
Das am häufigsten verwendete Instrument zur Beurteilung der Umweltauswirkungen eines Produkts ist die Lebenszyklusanalyse.
Im Falle moderner Windturbinen wird dabei wie bereits erwähnt zum einen die Materialproduktion berücksichtigt, aber auch Materialtransport, Bau und Montage vor Ort, Betrieb, Wartung, Außerbetriebnahme und Demontage werden mit einbezogen.
Die vorgesehene Betriebszeit für die meisten Windkraftanlagen liegt bei etwa 20 bis 25 Jahren. Berücksichtigt man Wartung und andere Faktoren, die dazu führen könnten, dass die Turbine einen Teil dieser Zeit stillsteht, dann beträgt die Nettobetriebszeit etwa 120.000 Stunde. Die Leistungsausbeute wird dann mit allen negativen Umwelteinflüssen verrechnet. Internationale Organisationen wie der Weltklimarat IPCC schätzen (in ihrem Bericht von 2018) das pro Kilowattstunde Windenergie erzeugte CO2-Äquivalent auf 8 g bis 20 g.
Zum Vergleich: Das CO2-Äquivalent von Erdgas wird (ebenfalls vom IPCC in seinem Bericht von 2011) auf 270 g bis 910 g geschätzt, bei Kohlestrom liegt es sogar noch höher zwischen 635 g und 1,6 kg. Je nachdem, welche Zahlen man für die einzelnen Energieträger betrachtet, produziert Windenergie im schlechtesten Fall (höchste Emissionen von 20 g bei Windenergie und niedrigste bei den anderen) nur 7,4 % der durch Gas emittierten Treibhausgase und 3,2 % derer, die durch Kohle erzeugt würden. Betrachtet man das Optimalszenario (niedrigste Emissionen von 8 g bei Windenergie und höchste bei den anderen), so ist der Unterschied sogar noch ausgeprägter: Windenergie erzeugt dann nur noch 0,99 % der Emissionen durch Gas und 0,56 % derer durch Kohlestrom.
Das Entscheidende ist: Obwohl sie manchmal anderweitig vermarktet wird, ist Windenergie natürlich nicht emissionsfrei – das ist keine Maschine und kein Produkt. Da jedoch der Betrieb von Windkraftanlagen selbst nicht zu Treibhausgasemissionen beiträgt, sind deren Mengen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden der Stromerzeugung ausgesprochen gering. Außerdem ist es möglich, Produktionsmethoden und Lieferketten zu rekonzipieren und damit schädliche Auswirkungen noch weiter zu verringern.
Inwiefern sparen Windkraftwerke Emissionen ein?
In jüngster Zeit finden Produkte und Anlagen, die in dem Sinne kohlenstoff-negativ sind, dass die der Atmosphäre aktiv Treibhausgase entziehen, zunehmend Beachtung. In diese Kategorie fallen Windkraftanlagen natürlich nicht, da sie tatsächlich, wenn auch in geringem Umfang, Treibhausgase produzieren. Trotzdem spart Windenergie Treibhausgasemissionen ein. Beim weltweit immer stärker steigenden Energieverbrauch ist jedes Kilowatt, das nicht durch konventionelle Methoden erzeugt werden muss, ein Beitrag zur Vermeidung weiterer Emissionen.
Kritiker argumentieren, dass die von erneuerbaren Energiequellen effektiv bereitgestellte Energiemenge wesentlich niedriger ausfällt als die Nettoleistung einer Turbine oder Photovoltaikanlage. Schließlich verbrauchen diese durch Produktion und Energieverbraucher wie Bremssysteme und Wechselrichter auch im Betrieb selbst Strom. Das ist tatsächlich ein guter Punkt und muss in der Entwurfsphase eines jeden erneuerbaren Energiesystems mit beachtet werden.
Ein interessanter Vergleichswert ist in diesem Zusammenhang die sogenannte Energierückgewinnungszeit eines Systems. Diese bezeichnet genau die Zeit, die ein System benötigt, um so viel Energie zu erzeugen, wie für seine Produktion und seinen über die Lebenszeit betrachteten Betrieb aufgewendet werden. Kurz gesagt, gibt es einen Zeitpunkt, nach dem jedes zusätzliche Kilowatt, das durch das System erzeugt wird, als Einsparung an fossiler Energie und derer Emissionen betrachtet werden kann. Dieser Zeitpunkt ist aufgrund von Effizienz, Größe und unterschiedlicher Windverhältnisse für jedes Windenergiesystem unterschiedlich. Daher geben verschiedene Quellen unterschiedliche Energierückgewinnungszeiten für Windenergie an. Für moderne Windparks liegen die meisten dieser Schätzungen zwischen drei und neun Monaten. Verglichen mit der Gesamtbetriebszeit von über zwanzig Jahren, stellt man fest, dass diese Systeme bis zu 80 mal mehr Energie produzieren als sie verbrauchen.
Die Forschung ist sich einig, dass Windenergie von allen Technologien zur Energieerzeugung die niedrigsten Lebenszyklusemissionen aufweist. Das leuchtet ein, wenn man bedenkt, dass fast alle Umweltprobleme, die sich aus der Windenergie ergeben (Transport, Stahl, Beton, Bau und Wartung) auch bei den anderen Technogien auftreten, währen riesige Faktoren wie die Nutzung fossiler Brennstoffe oder Kohle komplett wegfallen. WindEurope, der Bund für Windenergie in Europa, prognostiziert auf seiner Webseite, dass im Jahr 2020 durch die Nutzung von Windenergie 342 Millionen Tonnen CO2 vermieden werden. Dies entspreche einer Reduktion von 80 % des europäischen Stadtverkehrs.
Kann Windenergie fossile Energieträger vollständig ersetzen?
Dass Windenergie unterm Strich einen positiven Umwelteffekt hat, bedeutet natürlich nicht automatisch, dass sie in der Lage ist, fossile Energieträger vollständig zu ersetzen. Bezüglich der Netzkompatibilität und Skalierbarkeit von Windenergie gibt es einige weit verbreitete Mythen. Einer davon ist, dass zur Netzregulierung und Vermeidung von Stromausfällen die gesamte Kapazität der Windenergie jederzeit durch die gleiche Leistung and konventionell erzeugtem Strom gedeckt werden müsse.
In dieser Aussage steckt tatsächlich etwas Wahrheit: Sowohl Wind- als auch Sonnenenergie sind auf stark fluktuierende Ressourcen angewiesen. Weder Wind noch Sonne lassen sich einfach wie Dieselgeneratoren ein- und ausschalten. Aus diesem verfügen erneuerbare Energiesysteme in der Regel über Batterien und Wechselrichter, die diese Schwankungen ausgleichen – insbesondere, wenn man autonome Systeme betrachtet. Bei netzgekoppelten Systemen wie großen Windparks ist es zudem möglich, ein weitläufiges Netz zu schaffen. das eine große Landfläche abdeckt. Meistens weht der Wind nicht überall gleich stark. Speisen also mehrere Orte ihre erzeugte Energie in ein gemeinsames Netz ein, kann der Bedarf an Batteriekapazität verringert werden. In seinem Bericht von 2018 stellt der Weltklimarat fest, dass die Regulierung der schwankenden Windkraftleistung die Vorteile der Windenergie in Bezug auf die Einsparung an Treibhausgasemissionen nicht signifikant verschlechtert.
Zusammenfassend lässt sich erkennen, dass die Windenergie über ein großes Potential verfügt und dass die Schwierigkeiten bei deren Ausbau definitiv eher politischer und gesellschaftlicher als technischer Natur sind: im Gegensatz zu anderen vielversprechenden Technologien zur Energieerzeugungsmethoden ist das Potential der Windenergie nämlich nicht von technologischen Durchbrüchen abhängig. Nach Betrachtung einer Vielzahl möglicher Szenarien kommt der Weltklimarat zu dem Schluss, dass mithilfe ehrgeiziger Maßnahmen der Betrag der Windenergie zur gesamten Stromerzeugung im Jahr 2050 bis zu 25 Prozent ausmachen könnte.
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