Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 6

    • Lebenszyklusanalysen von Windkraftanlagen

      WEA sind große und technologisch komplexe Anlagen, deren Herstellung, Betrieb und Rückbau Ressourcen verbraucht. Dieses Kapitel widmet sich den verschiedenen Aspekten einer Lebenszyklusanalyse, wie sie in Kapitel 3 eingeführt wurde. Die Ermittlung der Kosten, die die Gewinnung von Energie mittels Windkraft für die Umwelt bedeutet ist kompliziert und aufwändig. Wir beziehen uns hier im Wesentlichen auf einen Bericht der im Auftrag des Bundesumweltamtes im Jahr 2021 veröffentlich wurde und umfangreiche Analysen bereitstellt (vgl. Hengstler et al. (2021)).

      In der Studie werden fünf verschiedene Aspekte des Einflusses von WEAs auf die Umwelt betrachtet. 

      1. Das Versauerungspotential (AP – Acidic potential) gibt in Äquivalenten von Schwefeldioxid die freigesetzten Mengen an Verbindungen an, die in der Umwelt zu Säure reagieren,
      2. das Eutrophierungspotential (EP) gibt in Äquivalenten von Phosphat den Eintrag an Verbindung an, die zu einer Nährstoffanreicherung in der Umwelt führen,
      3. das Treibhauspotential (Global warming potential – GWP) gibt in CO2-Äquivalenten die Menge an Verbindungen an, die den Treibhauseffekt verursachen,
      4. das photochemische Oxidationspotenzial (POCP – entspricht Ozonbildung) gibt in Äquivalenten der Chemikalie Ethen die Menge an Stoffen an, die zur Bildung von Ozon und anderen schädlichen Verbindungen in der Luft führen, und
      5. die verbrauchte Primärenergie aus nicht erneuerbaren Energiequellen.

      Achtung: Zwischen Off-Shore Anlagen und On-Shore Anlagen bestehen teils große Unterschiede in den verschiedenen Aspekten der LCA. Bei On-Shore Anlagen kann zusätzlich zwischen Anlagen für Stark- und Schwachwind-Standorte unterschieden werden.

      Global Warming Potential (GWP)    

      Die Herstellung einer WEA verbraucht enorme Ressourcen. Sie besteht zum Großteil aus den Materialien Stahl (>70%), Faserverbundstoffen (≥11%), Eisen und Gusseisen (≥11%), Kupfer (1%) und Aluminium (≥1%) (vgl. Mone et al. (2017)). Diese Materialien beanspruchen bei der Bearbeitung Förderung, Aufbereitung und Bearbeitung enorm viel Energie (siehe Kapitel 5). In kleinerem Maßstab werden aber auch die Metalle Neodym und Dysprosium benötigt. Diese zählen zu den seltenen Erden und ihr hoher Bedarf ist auch politisch relevant, da diese Metalle zum Großteil nur in China gefördert werden und der weltweite Bedarf durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien steigt und die bisherige Förderung um ein vielfaches übersteigt (vgl. Rabe et al. (2017)).
      Neodym und Dysprosium werden für die Herstellung von Dauermagneten benötigt, die in bestimmten Getriebetypen und Generatoren eingesetzt werden, die besonders in Off-Shore Anlagen verbaute werden. Wenn man neben dem Treibhauspotential auch Versauerungspotential (AP), Eutrophierungspotential (EP), Ozonpotential (POCP) und den Primärenergieverbrauch betrachtet, wird klar, dass diese sich ähnlich dem GWP zusammensetzen. Jedoch wird das Eutrophierungspotential (EP) durch Installation und den Rückbau deutlich mehr verstärkt als die anderen Kategorien.

      (Grafik: ©Umweltbundesamt/Hengstler et al. (2021), S.287)

      Im Vergleich sind die Belastungen einer On-Shore Starkwindanlage für die Umwelt etwas anders. Sie verbraucht im Verhältnis mehr Energie und setzt mehr GW frei, in allen anderen Aspekten ist eine On-Shore Anlage aber etwas schonender für die Umwelt. Die Auswirkungen durch Installation und Kabel fallen insgesamt weniger ins Gewicht.

      (Grafik:© Umweltbundesamt/Hengstler et al. (2021), S.293)

      Rückbau von WEA

      Ein bedeutender Aspekt des Lebenszyklus unter den Aspekten der Nachhaltigkeit ist auch der Rückbau der Anlagen am Ende des Lebenszyklus. Wir erleben bereits, dass Anlagen aus den 90er Jahren im großen Stil rückgebaut oder durch neue Anlagen ersetzt werden, was als Repowering bezeichnet wird. Wir betrachten hier das GWP der verschiedenen Bauteile einer On-Shore Starkwindanlage. Am Ende des Lebenszyklus ist das Recycling von Stahl und anderen Metallen möglich und senkt den Umwelteinfluss der WEA.

      (Grafik: ©Umweltbundesamt/Hengstler et al. (2021), S.297)

      Rotorblätter
      Die Rotorblätter machen nur einen geringen Anteil der Umweltauswirkungen einer WEA aus. Allerdings ist das Recycling dieser Bauteile besonders schwierig, da sie überwiegend aus komplexen Verbundstoffen bestehen. Die Rotorblätter altern und dürfen aus Sicherheitsgründen nur für begrenzte Zeiträume genutzt werden. Derzeit entspricht die Nutzungsdauer 20 Jahre, es wird aber daran gearbeitet diese Bauteile langlebiger zu gestalten. Im Rahmen der Entsorgung entstehen beim Zerkleinern der Rotoren auch giftige Stäube. Das Recycling dieser Bauteile ist komplex und wird aufgrund der großen Menge an anfallenden Rotoren derzeit intensiv diskutiert und untersucht. Insgesamt sind diese Prozesse technisch und energetisch sehr aufwändig. Mit zunehmender Forschung nehmen aber Möglichkeiten wenigstens einen Teil der enthaltenen Stoffe zu recyclen zu.

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