Nachhaltigkeit und Ökobilanz von Windkraftanlagen

Selbst der Papst weist darauf hin, dass die Menschheit den CO2 Ausstoß reduzieren muss und die fossilen Brennstoffe als Energieträger abschaffen muss. Er hat Recht. Das schaffen wir mit einer Mischung aus allen regenerativen Energieformen und dazu gehört auch die Windkraft. Nur will niemand eines in seiner Nähe haben. Hier lesen Sie etwas über die Nachhaltigkeit von Windkraftanlagen und über ihre Ökobilanz.

 

Nachhaltigkeit von Windkraftanlagen

Wie sieht eigentlich die Ökobilanz einer Windkraftanlage aus? Muss nicht vielleicht während des Baus und nach dem Abbau viel mehr Energie hineingesteckt werden als über die Laufzeit von meist 20 Jahren produziert wird? Der Stromlieferant NATURSTROM ist der Frage noch einmal auf den Grund gegangen.

Um die Entscheidungsgrundlagen für die Auswahl von Windenergieanlagen zu optimieren, beschloss Naturstrom, eine detaillierte Ökobilanz einer Windenergieanlage zu erstellen und suchte  dafür Studierende, die diese Studie im Rahmen einer Bachelor-Arbeit umsetzen wollten. Ziel war eine ganzheitlich ökologische und energiewirtschaftliche Bewertung einer Windenergieanlage für die Stromerzeugung im Binnenland. Dabei wurden (in Anlehnung an die Norm EN ISO 14040) möglichst umfassend die Faktoren der Herstellung betrachtet. Wie im Folgenden erläutert, werden dabei bspw. die verwendeten Materialien und die bei der Herstellung und dem Aufbau verbrauchte Energie betrachtet – es werden sowohl die jeweils daraus entstehenden Treibhausgase als auch das Versauerungspotenzial untersucht (letzteres wird der Einfachheit halber hier nicht weiter ausgeführt).

Bestimmte variable Parameter wie Turmhöhe, Turmmaterial oder Transportweg haben Auswirkungen haben Auswirkungen auf die Ökobilanz einer Windkraftanlage. Ein so großes Objekt wird nach Beendigung seiner Laufzeit auch nicht einfach auf einer Mülldeponie entsorgt – auch die Auswirkungen des Recyclings oder der weiteren Verwendung von Reststoffen beeinflussen die Nachhaltigkeit eines Ökokraftwerkes, langfristig wird Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen dadurch vermieden und so entsprechende negative Umweltauswirkungen reduziert. Auch dieser Verdrängungseffekt von negativen Umweltauswirkungen wird betrachtet.

Max Kraft, Student der Verfahrenstechnik mit dem Schwerpunkt Regenerative Energiesysteme an der Hochschule Osnabrück, erstellte für Naturstrom im Rahmen seiner Bachelor-Arbeit eine sog. Lebenszyklusanalyse, also die Abschätzung ausgewählter Umweltauswirkungen zur Laufzeit einer Windkraftanlage. Im Rahmen dieser Untersuchung, der langfristig noch weitere folgen sollen, wurde eine Anlage der Firma Enercon untersucht, die Daten für den Bau ihrer Anlagen erfasst. Um die Standortabhängigkeit des Energieertrags in die Ökobilanzergebnisse mit einfließen zu lassen, wurde die Energieausbeute der zu untersuchenden Windenergieanlage an Naturstrom -eigenen Projekten simuliert.

Es wurden drei für Deutschland typische Windstandorte betrachtet: Zunächst ein klassischer, sehr windiger Standort in der Nähe der Nordseeküste; weiterhin ein Standort in Norddeutschland im Flachland. Dass aber auch in Franken (Nordbayern) im hügeligen – im Fachjargon sogenannten komplexen Gelände – eine Windenergieanlage sinnvoll sein kann, zeigen die Daten des dritten untersuchten Standortes.

Die Studie macht deutlich, dass sich die Ökobilanz einer Windkraftanlage in jedem Fall sehen lassen kann. Selbst an einem recht hügeligen und somit meist weniger windigen Standort kann eine Anlage für sich, also ohne Betrachtung der Verdrängung von negativen  Umweltauswirkungen, rund 20 Mal so viel Energie produzieren, wie benötigt wurde, um sie herzustellen. An einem windigen Standort an der Küste verbessert sich diese Ausbeute sogar noch und der sogenannte Erntefaktor steigt auf fast 30. So hat eine Windenergieanlage an diesem Standort bereits nach knapp acht Monaten Laufzeit die Energie, die für ihre Produktion benötigt wurde, wieder selbst produziert. Ausgehend von diesen Werten können, wie bereits erwähnt, andere Faktoren, wie Turmhöhe und die Entfernung der Anlagen-Standorte vom Herstellungsort Auswirkungen auf die grundsätzlich positive Bilanz einer Windkraftanlage haben.

Besonders die Nabenhöhe einer Windenergieanlage kann in hügeligem oder bergigem Gelände große Auswirkungen auf ihre Energieproduktion haben. Höhere Anlagen erreichen Luftschichten mit weniger Turbulenzen und höheren Windgeschwindigkeiten. Einerseits verringert dies die Belastung einer Windanlage und beschert somit eine längere Lebensdauer; zudem bringt ein stetiger Wind einen höheren Energieertrag, da die Windenergieanlage mit einer höheren Auslastung läuft. Betrachtet man an einem solchen hügeligen Standort die Umweltauswirkungen und Kosten, die der höhere Turm mit sich bringt, so werden diese komplett durch den höheren Energieertrag dieser Anlage ausgeglichen. An einem küstennahen Standort würde eine höhere Anlage nicht signifikant mehr Ertrag bringen und sich daher weder aus ökologischen noch wirtschaftlichen Gründen lohnen. Dies zeigt, dass Turmhöhe und bspw. auch der Rotor-Durchmesser relevante Überlegungen beim Planen von Windenergieanlagen sind.

Als alternatives Konzept für Windenergieanlagen ist auch ein Turm aus Holz diskutiert worden. Vorteile gegenüber der herkömmlichen Bauweise sind die sog. CO2-Neutralität von Holz und geringere Transportgewicht gegenüber einem Stahl- und Betonturm. Allerdings muss in der Aufbereitung mehr Energie aufgewendet werden, um das Holz zu trocknen. Auch der Transport der Anlagenteile erhöht potenziell den CO2-Ausstoß. Die drei betrachteten Windstandorte in dieser Untersuchung waren alle etwa 350 Kilometer von der Anlagenproduktionsstätte entfernt. Weitet man diese Entfernung bspw. auf 1.200 Kilometer aus, steigen Energieaufwand und damit Treibhauspotenzial um rund sieben Prozent.

Ein weiterer Aspekt zur Betrachtung der regenerativen Stromerzeugung kann ihr Verdrängungseffekt gegenüber fossilen Energien sein. Um diesbezüglich Schlüsse zu ziehen, muss betrachtet werden, inwieweit eine Verdrängung fossiler Energieträger durch die Einspeisung von Windstrom umsetzbar ist; dazu wurde auf Modell-Daten des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung zurückgegriffen. Da durch die Produktion von Windstrom verschiedene fossile Ressourcen nicht verfeuert werden, wird CO2 eingespart. Diese Einsparungen treten unmittelbar als Folge des Betriebs einer Windkraftanlage auf, weswegen diese Einsparungen einer Windkraftanlage entsprechend positiv zugeordnet werden können. Bilanziell verkürzt sich dadurch die Amortisationszeit einer Windenergieanlage, rein rechnerisch übertrifft die Energieproduktion einer solchen Anlage somit die in sie investierte Primärenergie (bzw. durch sie vermiedenen Invest an Primärenergie) sogar um das 100-fache.

 

Fazit der Studie

Eine Windenergieanlage produziert abhängig von Betrachtungsweise und Rahmenbedingungen 20 bis 100 Mal mehr Energie als durch ihre Herstellung verbraucht wurde. Hierdurch werden unter Berücksichtigung der eingesparten Menge an fossilen Brennstoffen bis zu 80 Mal mehr Treibhausgasemissionen vermieden als während des gesamten Lebenszyklus der Windenergieanlage ausgestoßen. Vergleicht man beispielsweise ein Kohlekraftwerk unter diesen Gesichtspunkten mit einer Windenergieanlage, so wird deutlich, dass unter Einbeziehung von Bau, Betrieb und Rückbau eines solchen Kraftwerks die CO2-Bilanz um ein Vielfaches höher ist. Außerdem haben Windenergieanlagen neben den oben aufgeführten Aspekten auch einen sehr viel geringeren Flächenbedarf. Neben der Standfläche sowie dem Platz für eventuelle Wartungsarbeiten werden Wege ausgebaut und etwa 5.000 Quadratmeter benötigt. Um die Anlagen herum wird die Fläche meist wie vorher, etwa für Land- oder Forstwirtschaft, genutzt. Besondere Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit einer Windenergieanlage haben Material und die Windgeschwindigkeit an einem Standort. Auch die Wirtschaftlichkeit eines Projektes wir von diesen Faktoren mitbestimmt, ebenso wie politische Rahmenbedingungen hier eine große Rolle spielen. Für Naturstrom besonders wichtig sind neben den wirtschaftlichen und ökologischen Faktoren aber auch immer die sozialen Auswirkungen eines solchen Projektes, wie die Akzeptanz seitens der Bevölkerung vor Ort, um die Energiewende dezentral und nachhaltig umzusetzen.

Bei der Verleihung des Deutschen Nachhaltigkeitspreises 2014 verbuchte Naturstrom denn auch einen tollen Erfolg und gehört in Der Kategorie „Unternehmen mit bis zu 500 Mitarbeitern“ zu den Top 3. Rund 550 Unternehmen hatten sich an dem Wettbewerb beteiligt. Mit dem Platz auf dem Siegerpodest würdigt die Jury die „Pionieraarbeit für die Energiewende“ sowie die konsequent nachhaltige Ausrichtung des Unternehmens.

Ein Bericht von Aideen Kathöwer.

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