Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 4

    • Herstellungsprozess und Lebenszyklusanalyse

      Silizium ist das zweithäufigste Element der Erde und kommt fast ausschließlich als Siliziumdioxid vor, das als großer Anteil in Sand enthalten ist und als Mineral als Quarz bezeichnet wird. Silizium ist an sich eine Ressource, die sprichwörtlich wie Sand am Meer nicht limitiert zu sein scheint. Tatsächlich ist aber Sand vom Strand oder aus der Wüste kein geeigneter Rohstoff für die Gewinnung von Silizium. Um Silizium in der erforderlichen Qualität für die Herstellung von Solarzellen zu gewinnen, wird meist Quarzgestein im Bergbau gewonnen oder Quarzkies verwendet.
    • Der Herstellungsprozess ist dem der Herstellung für Computerchips, die in allen digitalen Geräten verbaut sind, sehr ähnlich. Für die beschriebenen Verfahren gibt es auch technologische Alternativen und Modifikationen. Allen Verfahren ist aber gemein, dass sie sehr aufwändig, ressourcen-und energieintensiv sind. Die produzierten Mengen der verschiedenen Verarbeitungsstufen nimmt weltweit kontinuierlich zu und die Rohsiliziumproduktion hat sich zwischen 2005 und 2022 nahezu verdreifacht (vgl. Elsner & Schnauder (2023)).

      Herstellungsort und dessen Folgen

      Um zu betrachten, wie die Herstellung der PV-Module sich auf die Umwelt auswirkt, muss unterschieden werden, wo die Photovoltaikmodule hergestellt werden. Die weltweite Herstellung von Rohsilizium konzentriert sich auf wenige Länder, wobei in China mehr als 70% der Produktion erfolgt. In Deutschland gibt es nur einen Standort für die Herstellung von Rohsilizium. Für die in Deutschland hergestellten PV-Module wird großteilig Silizium aus Norwegen und der EU, aber auch aus China importiert. Weil für die Gewinnung des kristallinen Siliziums sehr viel Energie gebraucht wird, macht es einen Unterschied welchen Strommix die Herstellungsländer haben. Wenn, wie in China, ein großer Teil des Stroms aus Kohle gewonnen wird, ist der Ausstoß an Treibhaugasen für die Herstellung der PV-Module deutlich größer, als wenn die Energie, wie in Norwegen, überwiegend aus Erneuerbaren Energien gewonnen wird. Dies gilt auch für das Säurepotential, Eutrophierungspotential oder das photochemische Oxidationspotential (Ozonbildung), die insbesondere durch die Nutzung fossiler Energieträger nach oben getrieben werden.
      In der Abbildung ist der Strommix verschiedener Regionen und Länder (CN = China, EU- Europäische Union, JP = Japan, KR = Korea, NO = Norwegen, US = USA) vergleichend in Bezug auf die verschiedenen Ebenen von Umweltauswirkung angegeben. China ist aufgrund seiner Bedeutung auf 100% gesetzt.


      (Grafiken: ©Umweltbundesamt/Hengstler et al. (2021), S. 179 u.177)

    • Umweltbilanzen von Photovoltaikmodulen

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