Erneuerbare Energien aus Wind, Sonne und Wasser gehören von Natur aus zu den Energiequellen mit den geringsten Umweltauswirkungen. Dennoch sind sie nicht völlig klimaneutral: Windenergie stößt durchschnittlich 15 g CO2 pro erzeugter kWh aus, Solarzellen 45 g, und bestimmte Bioenergien können bis zu 250 g CO2 pro kWh ausstoßen1GIEC. Aber ist es möglich, diese erneuerbaren Energien über die Lebensdauer ihrer Infrastrukturen noch nachhaltiger zu machen? In diesem Artikel erläutert Alcimed die Hebel, die dies möglich machen könnten.
Der Großteil der CO2-Emissionen im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien ist auf die verwendeten Materialien zurückzuführen: Wasserkraftwerke verwenden große Mengen an Beton, Solarpanele Silizium, Glas, Kunststoff, Kupfer und Silber, und für Windturbinen werden hauptsächlich Stahl, Beton und Verbundwerkstoffe verwendet. Bei der Gewinnung und Herstellung dieser Materialien werden große Mengen an CO2 freigesetzt.
Es ist möglich, diese Emissionen zu verringern, indem man Materialien mit geringeren Emissionen den Vorzug gibt, Ökodesign-Praktiken anwendet, die die Menge der benötigten Materialien reduzieren, oder indem man von Lieferanten bezieht, die kohlenstoffarme Materialien mit umweltfreundlichen Zusammensetzungen anbieten und kohlenstoffarme Energiemixe für ihre Produktionsprozesse verwenden. So stoßen beispielsweise kohlenstoffarmer Stahl und kohlenstoffarmer Beton bis zu 10- bzw. 2-mal weniger CO2 aus als ihre herkömmlichen Pendants – und das bei gleichen mechanischen Eigenschaften. Die derzeitigen Kosten für diese Materialien stellen jedoch immer noch ein Hindernis für ihre Verwendung dar, da sie die Rentabilität bestimmter Projekte stark beeinträchtigen könnten.
So sind etwa 75 % der Kohlenstoffemissionen von Windkraftanlagen auf die Gewinnung und Verarbeitung ihrer Baumaterialien (hauptsächlich Beton und Stahl) zurückzuführen1Schätzungen von Alcimed. Je nach Art der Windturbine machen diese mit der Gewinnung verbundenen Emissionen im Durchschnitt zwischen 10-15 g CO2/kWh aus. Durch die Umstellung auf kohlenstoffarme Alternativen könnte theoretisch die Hälfte der Auswirkungen dieser Materialien reduziert werden.
Erfahren Sie, wie Sie ein Ecodesign-Konzept umsetzen können >
Um erneuerbare Energien noch umweltfreundlicher zu machen, reicht es nicht aus, ihren Kohlenstoff-Fußabdruck zu reduzieren! Es müssen auch alle anderen Auswirkungen dieser Anlagen auf die Umwelt berücksichtigt werden, darunter die biologische Vielfalt, die Wälder, das Süßwasser, die Versauerung der Ozeane, die Stickstoff- und Phosphatzyklen, die chemische Verschmutzung, die Aerosolemissionen in die Atmosphäre usw.
So verändern Wasserkraftprojekte beispielsweise die natürlichen Fließwege des Wassers, was zum Verlust von terrestrischen und aquatischen Lebensräumen führt. Sie können auch als Barrieren wirken, die die Fischwanderung stören. Im Vorfeld dieser Projekte sollte ein Standort gewählt werden, der die Auswirkungen auf empfindliche Ökosysteme und bedrohte Arten minimiert. Es sollten Strukturen geschaffen werden, die es den Fischen ermöglichen, stromaufwärts und stromabwärts von Wasserkraftwerken zu wandern, und es sollten neue Ökosysteme in den Gebieten geschaffen werden, die vom Bau der Anlagen betroffen sind.
Erneuerbare Energien können zahlreiche andere potenziell schädliche Auswirkungen auf die biologische Vielfalt haben. So können beispielsweise Vögel und Fledermäuse mit Windkraftanlagen kollidieren, vor allem während der Zugzeiten. Die große Menge an Wasser, die für die Wasserstoffproduktion benötigt wird, kann diese wichtige Ressource beeinträchtigen und damit auch die lokalen Ökosysteme. Das Vergraben gebrauchter Solarmodule, die Blei oder Kadmium enthalten, kann zu Bodenverschmutzung führen. Seismische Risiken, die durch das Einpressen von Wasser in die Erdkruste zur Gewinnung von Wärmeenergie entstehen, können zu Bodeninstabilität und Erdrutschen führen, die sich negativ auf die lokale Artenvielfalt auswirken.
Installation, Wartung und Rückbau tragen ebenfalls zu einem nicht zu vernachlässigenden Teil zu den Emissionen erneuerbarer Energien bei.
Um die Emissionen während der Installation zu verringern, müssen die Routen für Material und Ausstattung optimiert, Orte mit einem kohlenstoffarmen Energiemix während der Produktions- und Montagephasen bevorzugt und der Installationsprozess optimiert werden.
Im Falle von Offshore-Windturbinen, die auf offener See mit großen Schiffen installiert werden, die erhebliche CO2-Emissionen verursachen, ist es beispielsweise notwendig, den Einsatz umweltfreundlicherer Schiffe zu fördern und die Installationsschritte zu optimieren, um die Zeit zu verkürzen, in der die Schiffe eingesetzt werden. Ein Beispiel für eine solche Optimierung ist die Montage der Turbinen im Hafen an Land, bevor sie zum Aufstellungsort auf See gebracht werden, was von Akteuren wie Seawind bereits in Betracht gezogen wird. Die CO2-Emissionen, die durch die Umsetzung solcher Maßnahmen vermieden werden könnten, sind schwer zu berechnen, könnten aber in der Größenordnung von 2 g CO2 pro zusätzlicher kWh liegen2Schätzungen von Alcimed.
Die Verringerung der Emissionen im Zusammenhang mit Wartungsarbeiten besteht häufig darin, die Bewegungen von Betreibern einzuschränken, die umweltschädliche Transportmittel verwenden, sei es zu Lande, in der Luft oder auf dem Wasser. Die Förderung von Digitalisierung, vorausschauender Wartung und Ferninspektionen (z. B. per Drohne) kann die Auswirkungen der Wartung auf den CO2-Fußabdruck der Anlage verringern.
Schließlich muss, wie bei der Installation, der Rückbau optimiert werden, um unnötige Fahrten zu vermeiden und möglichst wenig Energie zu verbrauchen.
Die Erhöhung der Nutzungsrate und der Lebensdauer der verschiedenen Mittel zur Erzeugung erneuerbarer Energien ist auch ein einfacher Weg, um deren CO2-Fußabdruck zu verringern. Wenn für die gleiche Menge an CO2, die bei der Materialgewinnung, der Installation und dem Rückbau ausgestoßen wird, über einen längeren Zeitraum mehr Strom erzeugt werden kann, würde sich dies natürlich positiv auf die CO2-Emissionen pro erzeugter Energiemenge auswirken.
Eine Erhöhung der Nutzungsrate eines Solarmoduls um 15 % und seiner Lebensdauer um 5 Jahre kann die Emissionen um 30 % verringern, was etwa 14 g CO2 pro kWh entspricht.
Das Recycling von Materialien ist ein weiterer möglicher Hebel, da es sich auf den globalen Kohlenstoff-Fußabdruck von Geräten und Anlagen auswirkt. Während jedoch Materialien wie Stahl oder Kupfer derzeit ohne Verlust ihrer mechanischen, elektrischen oder physikalischen Eigenschaften recycelt werden können, haben andere recycelte Materialien Leistungseinbußen, wenn sie für ihre ursprüngliche Anwendung wiederverwendet werden. Dies gilt insbesondere für Beton aus dem Rückbau, dessen physikalisch-chemische Eigenschaften durch das Recycling beeinträchtigt werden und dessen mechanische Festigkeit abnimmt. Ebenso sind duroplastische Verbundwerkstoffe schwer zu recyceln und können nicht für strukturelle Zwecke wiederverwendet werden. Sie durch recycelbare Thermoplaste zu ersetzen könnte dies ändern, aber diese neuen Verbundwerkstoffe befinden sich noch in der Entwicklungsphase.
Im Falle von Solarmodulen, bei denen mehr als 90 % ihrer Masse (Glas, Kunststoff und Aluminium) recycelt werden können, könnte die Umsetzung von Recyclingmaßnahmen 30-50 % der CO2-Emissionen während ihres gesamten Lebenszyklus reduzieren, was 14-23 g CO2 pro kWh entspricht3Les panneaux photovoltaïques sont-ils recyclables ? Décrypter L’énergie..
Zwar ist es theoretisch möglich, den Kohlenstoff-Fußabdruck von Materialien und verschiedenen Betriebsphasen von Infrastrukturen der Energieerzeugung zu verringern, doch sind die Lösungen, die dies ermöglichen, häufig mit zusätzlichen Kosten oder der Einführung unzureichend entwickelter Alternativen verbunden. Um erneuerbare Energie noch grüner zu machen, müssen außerdem die Umweltauswirkungen über die Kohlenstoffemissionen hinaus begrenzt werden, und es gibt noch zahlreiche Probleme zu lösen, um andere Arten der Verschmutzung zu vermeiden und die biologische Vielfalt und die natürlichen Ressourcen zu erhalten.
Wir sind zuversichtlich, dass Innovationen diese technologischen und wirtschaftlichen Hindernisse in den kommenden Jahren beseitigen werden. Unser Team ist hier, um gemeinsam mit Ihnen die Möglichkeiten der Dekarbonisierung zu erkunden! Zögern Sie nicht, unser Team zu kontaktieren!
Über den Autor,
Sébastien, Senior Consultant in Alcimeds Energie-, Umwelt- und Mobilitätsteam in Frankreich
Energie - Umwelt - Mobilität
Kupfer: ein Muss für erneuerbare Energien und eine explodierende Nachfrage Kupfer wird aufgrund seiner Leitfähigkeit häufig in Technologien für erneuerbare Energien eingesetzt und macht 70 % des ...
Energie - Umwelt - Mobilität
Was ist City-Logistik? City-Logistik kann als eine Reihe von Maßnahmen definiert werden, die die Ein- und Auslagerung, die Steuerung der ein- und ausgehenden Transportströme und die Lieferung an ...
Energie - Umwelt - Mobilität
Herausforderung Nr. 1: Bewältigung von Problemen in der Lieferkette Die globalen Lieferketten wurden durch COVID-19 und den Krieg in der Ukraine stark beeinträchtigt. In der Windkraftbranche ...