Windkraftanlagen sind Materialfresser
Wie nachhaltig ist die Nutzung der Windenergie tatsächlich? Diese Frage rückt wieder mehr in den Fokus von Industrie und Wissenschaft. Zwei Schwerpunkte der Diskussion sind Materialzyklen und Ressourcen.
Windenergieanlagen punkten mit schnellen energetischen Rücklaufzeiten, das ist ein inzwischen anerkannter Fakt. Für deren Bau wird schließlich nur einmal Energie aufgewendet und im Betrieb kommen sie im Gegensatz zu fossilen Kraftwerken ohne Brennstoffe aus.
Windkraftanlagen amortisieren sich energetisch nach drei bis sieben Monaten
Lebenszyklusanalysen ergeben eine energetische Amortisation von drei bis sieben Monaten. Danach produzieren sie über die restliche Lebensdauer ein Vielfaches der eingesetzten Energie. Dieser Wert wird durch einen sogenannten Erntefaktor angegeben. Trotz des höheren Materialaufwandes dauert der Ausgleich ökologischer Schulden für Offshore-Windkraftanlagen nur geringfügig länger als für Windräder an Land.
In den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gerät daher inzwischen der effiziente und schonende Umgang mit den Ressourcen. So will China seine kumulierte Windenergieleistung von 62 GW im Jahr 2011 bis zum Jahr 2020 nahezu verdoppeln. Das wären umgerechnet 250 Mio. t Material, rechnete Chun Xia vom Wuppertal Institut auf einer Fachtagung des Hanse-Wissenschaftskollegs im niedersächsischen Delmenhorst vor.
Ausgehend von den politischen Zielen hatte Xia Produktionsprozesse und Materialzyklen von zwei chinesischen Herstellern untersucht und dabei einen Anteil getriebeloser Maschinen von 45 % angenommen. „Der Bedarf an Seltenen Erden steigt. Insgesamt zeigt der Materialbedarf aber nach unten, was vor allem für Metalle gilt“, erklärte sie. Die Erklärung dafür liege unter anderem in einer verbesserten Technologie, die für mehr Leistung weniger Ressourcen benötige.
Ganz anders bewertete Jeetenra Bisht vom Anlagenbauer Suzlon Energy die Lage in Indien. Das Land ist für die Windenergie ein aufblühender Markt. Das könnte einen Anstieg der installierten Leistung von derzeit 16 GW auf 62 GW bis 2020 bedeuten. Bis Ende 2013 wird mit einem Zubau von 4 GW gerechnet.
Indiens Bedarf nach Windkraftanlagen steigt
„Wir beobachten, dass die steigende Materialnachfrage sich stark von China nach Indien verlagert. Abgesehen von Preisen ist der Export von Metallen kein Problem. Engpässe sehen wir aber für Kupfer und Seltene Erden. Im Vergleich zu 2009 sind die chinesischen Exporte um 40 % gesunken“, sagte Bisht. Gegen steigende Preise hilft unter anderem Beton: „Dieses Material kommt zunehmend in den Blick. 2011 wurden 28 % aller Anlagen nicht auf Stahl-, sondern auf Betontürmen errichtet“, erklärte er.
Um Ressourcen zu schonen und den CO2-Fußabdruck nachhaltig zu reduzieren, will Suzlon seine Wertschöpfungskette überprüfen und mehr MWh aus einer Einheit Material herausholen. Die Wiederverwendung von Verpackungen soll 10 Mio. t CO2 einsparen, Änderungen im Transport noch einmal 40 Mio. t Treibhausgase. „Wir wollen die großen Zulieferer, die bisher nicht in Indien sind, dichter an unsere Standorte heranbringen“, so Bisht.
Die deutsche Windenergie war in dem Forschungsprojekt „Materialeffizienz und Ressourcenschonung“ (2007 bis 2010) Gegenstand der Forschung. Darin ging es um Materialflüsse und das, was bereits verbaut wurde. In die Betrachtung flossen 20 023 Windenergieanlagen ein, die bis Ende 2008 standen. Der Querschnitt wurde aus mehreren Anlagentypen gebildet, wobei der Marktführer Enercon mit 50 % ins Gewicht fiel.
Ergebnis: Alle Windenergieanlagen wogen zusammen 14,5 Mio. t. Im direkten Vergleich kamen 17 analysierte Kernkraftwerke auf 12,6 Mio. t, 180 Kohlekraftwerke auf 17 Mio. t und die 4950 Biogasanlagen auf 6 Mio. t.
„Insgesamt ist der Metallanteil mit 28,5 % in der Windenergie höher als bei anderen Kraftwerkstypen“, stellte Sören Steger vom Wuppertal Institut fest. „Wir sehen das mit Blick auf den ökologischen Rucksack durchaus kritisch. Ob Beton, der nach dem Ende des Lebenszyklus geschreddert wird, besser abschneidet als recycelbares Metall, ist noch nicht untersucht“, räumte er ein.
Offshore-Windkraftanlagen verbrauchen große Mengen Stahl
Stahl treibt auch die Offshore-Windenergie um. Sie benötigt davon für Fundamentstrukturen große Mengen. Bezogen auf die politischen Ausbauziele bis 2030 und daher 320 jährlich zu installierende Windenergieanlagen wären gut 400 000 t Stahl pro Jahr notwendig. Das hat das Stahlbauinstitut an der Leibniz Universität Hannover ausgerechnet und sieht viel Potenzial für Optimierungen.
Gemeinsam mit 36 Industriepartnern arbeitet das Stahlbauinstitut an einem neuen System, mit dem sich Stahlkonstruktionen von Offshore-Windenergieanlagen in Zukunft besser bewerten lassen. „Sustainability Assessment of Steel Constructions for Offshore Wind Tur-
bines“ heißt das Projekt.
„Der Wunsch danach kam aus der Industrie“, erläuterte Anne Bechtel vom Stahlbauinstitut. „Wir schauen uns dafür den Produktionszyklus sowie die Unternehmen an und haben fünf Kategorien gebildet. Diese sind mit Kriterien hinterlegt, die wiederum eigene Profile haben.“ Zu den Kategorien gehören neben ökonomischen und ökologischen Effekten auch soziale und technische Einflüsse sowie Prozessabläufe. Während soziale Kriterien die Arbeitssicherheit, Familienfreundlichkeit oder das soziale Engagement eines Unternehmens umfassen, fließen in die Prozessbetrachtung zum Beispiel die Transportwege oder die Ressourceneffizienz ein.
Bisher wurden mit diesen Parametern dreibeinige Tripoden, die inklusive der notwendigen Rammpfähle auf 1250 t kommen, sowie Jackets mit insgesamt 825 t erfasst. Bis Oktober dieses Jahres soll die Bewertungsmatrix fertig sein. Diese ist so angelegt, dass sich damit zukünftig auch andere Stahlstrukturen oder Alternativen aus Beton bewerten und vergleichen lassen.
Universität Bremen entwickelt Lebenszyklusanalyse für Windkraftanlagen
Ein solches Berechnungsinstrument für die Lebenszyklusanalyse seiner Windenergieanlagen hat sich Enercon exklusiv von der Universität Bremen schneidern lassen. Dahinter stand ebenfalls die Idee, ein komplexes Werkzeug zu schaffen, das den Einfluss auf Umwelt und Ressourcen misst. Am Ende bestand es aus 230 Parametern die Bremer hatten alle Produktionsschritte und den Materialfluss unter die Lupe genommen.
„Es gibt nicht nur die Energierücklaufzeiten oder den Erntefaktor für einen Anlagentyp an, sondern eignet sich auch für zukünftige Anlagengenerationen“, erklärte Stefan Gößling-Reisemann von der Uni Bremen. „Enercon kann damit die internen und externen Einflussparameter verändern oder Materialoptionen durchspielen und so die Effekte für die Umwelt bestimmen.“
Prinzipiell wäre es auch möglich, den besten ökologischen Zeitpunkt für den Abbau alter Maschinen oder den Materialfluss aller Windenergieanlagen in Deutschland zu bestimmen. Allerdings hat Enercon nach eigenem Bekunden kein Interesse, Lizenzen für das Werkzeug zu vergeben.
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