Innovation
Wie sauber sind die Erneuerbaren?
Wie es um die Klimabilanz von Solarenergie, Windkraft und Elektromobilität steht.
Innovation
Wie es um die Klimabilanz von Solarenergie, Windkraft und Elektromobilität steht.
09. März 2023
Photovoltaik und Windkraft sollen unsere Energie klimaschonender machen, Elektroautos unseren Verkehr. Aber Batterien, Solaranlagen und Co. wachsen nicht auf Bäumen. Sie wollen in energieintensiven Prozessen gebaut, quer über den Globus transportiert und am Ende ihres Lebens recycelt werden. Wie groß ist der CO2-Rucksack der Erneuerbaren, und wann machen sie ihn im Laufe ihres Lebens wieder wett?
Wie viel Energie benötigt die Produktion?
Ein bis maximal zwei Jahre. So lange brauchen Solarzellen laut Umweltbundesamt (UBA) in Deutschland, bis sie so viel Energie erzeugt haben, wie für ihre Herstellung benötigt wurde. In Südeuropa können laut UBA schon acht Monate genügen. Im Gegenzug produziert eine Solaranlage über Jahrzehnte hinweg Strom. Hersteller geben Garantien von 20 bis 25 Jahren. Die Module können aber gut eine Lebensdauer von 30 bis 40 Jahren erreichen.
Wie steht es um die Klimabilanz?
Während ihres Einsatzes auf Dach oder Feld erzeugen Solarzellen emissionsfreie Energie. Doch bei ihrer Herstellung, dem Transport und schließlich bei ihrer Entsorgung wird klimaschädliches CO2 freigesetzt. Eine Kilowattstunde Solarstrom verursacht laut UBA dabei einen Treibhausgaseffekt, der 43 bis 63 Gramm Kohlendioxid entspricht. Zum Vergleich: Bei einem Braunkohlekraftwerk sind es enorme 1.140 Gramm, bei einem Gaskraftwerk immer noch 490 Gramm CO2 pro Kilowattstunde Strom.
Über die Hälfte des CO2-Fußabdrucks eines Solarmoduls entfällt auf den Energiebedarf bei der Herstellung, wie Forschende vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ermittelt haben. Diese Energie kommt in China, dem größten Herstellerland, noch überwiegend aus Kohle. Mit Solarzellen aus europäischer Produktion ließen sich laut Fraunhofer ISE noch einmal 40 Prozent Emissionen einsparen. Auch durch neue technologische Ansätze und veränderte Bauformen kann die Klimabilanz weiter verbessert werden. Mit rahmenlosen Glas-Glas-Modulen lassen sich laut Fraunhofer ISE im Vergleich zu herkömmlichen Glas-Folien-Modulen noch einmal bis zu 27 Prozent Emissionen einsparen. Werden Solarmodule am Ende ihres Lebens konsequent recycelt, kann ihr CO2-Fußabdruck laut Umweltbundesamt um weitere drei bis 15 Prozent verkleinert werden.
Unter diesen Gesichtspunkten: Wie und mit welchen Daten werden diese Systeme trainiert, wie werden Datenschutz, Urheberrecht, Diskriminierungsfreiheit und allgemeiner Zugang gewährleistet und gesichert? Auf einer ersten Ebene könnte man so überprüfen, ob das System die erwarteten Ergebnisse liefert. Also ob die Antworten inhaltlich in Ordnung und diskriminierungsfrei sind. In einem weiteren Schritt würde man dann tiefer in das System hineinschauen: Wie ist der Code gebaut? Sind die Trainingsdaten nachvollziehbar gewählt und von hoher Qualität? Lückenlose Sicherheit ist natürlich bei keiner Technologie zu erreichen. Das gilt umso mehr für so komplexe Modelle wie ChatGPT. Aber wir sollten alle Möglichkeiten ausschöpfen, um sie so sicher wie möglich zu machen.
Aktuell ist Google unangefochtener Marktführer bei den Suchmaschinen. Kann Microsoft durch die Integration von ChatGPT das Rennen um die Vorherrschaft der Suchmaschinen nun unter anderen Vorzeichen neu eröffnen?
Carsten Becker: Google ist Bing seit Jahren um Längen voraus, was sich nicht von einem Tag auf den anderen ändern dürfte. Aber die Einbindung von ChatGPT wird Bing qualitativ sicherlich deutlich aufwerten und so wieder für mehr Nutzende interessant machen. Dass Microsoft hier offenbar einen Nerv getroffen hat, zeigt sich ja in Googles nervöser und schneller Reaktion: Das Unternehmen hat bereits einen eigenen KI-Chatbot vorgestellt, der jedoch bei der Präsentation prompt einen Fehler produziert hat, woraufhin der Aktienkurs des Konzerns abgerutscht ist. Doch auch bei Microsoft läuft noch nicht alles glatt. Einige Nutzende haben anscheinend die Grenzen von ChatGPT ausgereizt, worauf der Bot teils unsinnige, teils beleidigende Antworten gegeben hat. Bing hat daher vorübergehend die Zahl der Fragen pro Sitzung beschränkt, bis das Problem behoben ist. Wovon man sicher ausgehen kann: Google verfügt fraglos über das Geld, das Know-how und die Köpfe, um über kurz oder lang zu ChatGPT aufschließen zu können. Letztlich werden wir alle von diesem KI-Wettlauf profitieren, weil die Systeme und die Suchmaschinen dadurch in immer kürzerer Zeit immer besser werden. Fast noch interessanter als die Einbindung von KI-Bots in den Browser dürfte nach meiner Einschätzung aber eine Implementierung von ChatGPT in Microsofts Cloud-Dienst Azure sein. Wenn Unternehmen so auf einfachem Wege auf KI-Funktionalitäten zugreifen können, um Geschäftsmodelle und Lösungen umzusetzen, wird das volkswirtschaftlich gewaltige Auswirkungen haben.
Wie könnte ChatGPT die Internetsuche verändern?
Carsten Becker: Statt wie heute eine Linkliste könnte die Suchmaschine der Zukunft eine fix und fertig ausformulierte Antwort liefern. Einzelne Webseiten anzusteuern wäre damit überflüssig. Was für Nutzende praktisch klingt, wäre für Medienverlage natürlich ein großes Problem. Schließlich müsste niemand mehr ihre Artikel lesen, aus denen der KI-Chatbot seine Antworten generiert. Deutsche Presseverlage wollen daher Lizenzgebühren verlangen, wenn sich die KI von Microsoft oder Google aus ihren Inhalten bedient.
Wie viel Energie benötigt die Produktion?
Der Bau von Windkraftanlagen verbraucht viel Energie – vor allem die Herstellung der Stahltürme und der Betonfundamente. Doch diese Energie haben die Anlagen nach knapp drei bis elf Monaten wieder hineingedreht, so das Umweltbundesamt. Würde man eine Windenergieanlage nach einem Jahr in Betrieb abschalten, wäre sie energetisch gesehen also trotzdem im Plus. Im Schnitt drehen sich die Rotoren aber gut 20 Jahre. In dieser Zeit erzeugen sie 40- bis 70-mal mehr Energie, als für ihre Herstellung, den Transport und die Entsorgung verbraucht wird.
Wie steht es um die Klimabilanz?
Auch bei der Klimabilanz von Windkraftanlagen ist Stahl und Zement der größte Faktor – bei ihrer Produktion gelangt viel CO2 in die Atmosphäre. Eine moderne Windenergieanlage an Land verursacht laut UBA in Regionen mit schwachem Wind 10,6 Gramm CO2 pro
Kilowattstunde Strom. An Standorten mit starkem Wind sind es 7,9 Gramm, bei Offshore-Anlagen auf dem Meer sogar nur 7,3 Gramm pro Kilowattstunde.
Nach der Wasserkraft, die auf vier Gramm CO2 pro Kilowattstunde Strom kommt, hat die Windkraft damit die beste Klimabilanz unter allen Stromproduzenten. Selbst eine Anlage in windärmerer Gegend ist im Vergleich über 100-mal weniger klimabelastend als ein Braunkohlekraftwerk und 46-mal weniger als ein Gaskraftwerk. Wird der Stahl für ihre Türme in Zukunft gar mit grünem Wasserstoff produziert, wird das ihre Klimabilanz weiter verbessern.
Was bringt das Recycling?
Heute schon können Kupfer, Aluminium, Beton und Stahl aus einer Windenergieanlage am Ende ihres Lebens recycelt oder wiederverwendet werden. Das gilt für rund 80 bis 90 Prozent ihrer Materialien. Eine Ausnahme bilden die Rotorblätter. Diese bestehen aus Verbundstoffen wie Harz, Glas- und Kohlefasern, die sich schlecht oder nur unter hohem Energieaufwand in ihre Bestandteile aufspalten lassen. Ausrangierte Rotorblätter landen in den USA und in manchen Ländern Europas bislang auf der Deponie, in Deutschland zerkleinert als Ersatzbrennstoff in Zementöfen und Müllverbrennungsanlagen. Der Hersteller Siemens Gamesa hat 2021 das weltweit erste recycelbare Rotorblatt auf den Markt gebracht. Ab 2040 sollen die Windkraftanlagen des deutsch-spanischen Herstellers dann komplett recycelbar sein.
Wie steht es um die Klimabilanz?
Über die Klimabilanz von Elektroautos wird in der Öffentlichkeit und den sozialen Medien oft heiß und kontrovers diskutiert. Eine häufig gehörte Behauptung: E-Autos seien kaum oder gar nicht klimafreundlicher als Verbrennerfahrzeuge, da im deutschen Strommix noch viel Kohle steckt und bei der Produktion ihrer Batterien jede Menge CO2 entsteht. Fakt ist: Während Benziner und Diesel mehr als drei Viertel ihres Kohlendioxids im Betrieb auf der Straße ausstoßen, entfällt beim E-Auto der größte Teil auf die Herstellung der Batterie. Und die ist in den letzten Jahren immer effizienter und damit klimaschonender geworden. Die CO2-Emissionen eines elektrischen Kompaktwagens in Europa sind bereits heute um 66 bis 70 Prozent niedriger als ein vergleichbarer Benziner, so eine Studie des International Council of Clean Transportation (ICCT). Da der Grünstromanteil im Strommix weiterhin wachsen wird, dürfte der Klimavorteil bis 2030 laut den Forschenden auf bis zu 77 Prozent steigen. Werden E-Autos ausschließlich mit Ökostrom betrieben, produzieren sie dem ICCT zufolge bereits heute bis zu 81 Prozent niedrigere Emissionen als ein Benziner. Eine aktuelle Studie der Universität der Bundeswehr München kommt sogar auf eine CO2-Einsparung von fast 90 Prozent. Ein aktueller Tesla Model 3 hat nach den Berechnungen der Forschenden schon nach 18.000 Kilometern seinen CO2-Rucksack aus der Batterieproduktion abgefahren und zieht dann an einem vergleichbaren Benziner vorbei.
Was bringt das Recycling?
Die Forschenden aus München beziehen in ihre Berechnungen dabei auch CO2-Einsparungen durch Recycling mit ein. Denn hier haben die Stromer ein großes Potenzial: Während Benzin und Diesel bei der Verbrennung verbraucht werden und als klimaschädliches Kohlendioxid in die Atmosphäre gehen, können Batterien nach ihrem Einsatz im Auto als stationäre Stromspeicher ein zweites Leben führen und anschließend recycelt werden. Je konsequenter das geschieht, desto besser die Klimabilanz. Eine Entwicklung, die mit der sukzessiven Optimierung der Batterieherstellung Hand in Hand geht: BMW beispielsweise will bei den Batterien seiner nächsten E-Auto-Generation für 2025 die Ladeleistung und die Reichweite um rund ein Drittel erhöhen. Außerdem sollen die CO2-Emissionen durch die Nutzung von recycelten Ressourcen wie Lithium und Kobalt und die Verwendung von Strom aus Sonne oder Wind um 60 Prozent reduziert werden.
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