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Die Sonne scheint zwar von alleine. Aber die technischen Anlagen, um daraus Strom zu erzeugen, brauchen viel Platz, verschlingen grosse Mengen an Ressourcen und führen zu giftigen Abfällen. Das ist alles andere als nachhaltig.
Der Originalbeitrag ist als “Schlumpfs Grafik 48” im Online-Nebelspalter vom 20. Juni 2022 zu lesen.
Vor kurzem haben Forscher der ETH Lausanne und der Empa berechnet, welche Fläche wir mit Solarpanels überbauen müssten, damit wir in der Schweiz bis 2050 das Netto-Null-Ziel beim CO2 erreichen könnten (siehe hier, hier und hier). Je nach gewähltem Energiesystem wären es 81 bis 236 Quadratmeter pro Kopf. Das ist das Zwei- bis Fünffache der durchschnittlichen Wohnfläche pro Kopf. In absoluten Zahlen ausgedrückt sind es 700 bis 2000 Quadratkilometer, was 21 bis 61 Prozent der gesamten Siedlungsfläche der Schweiz entspricht. Mit anderen Worten: Die Fläche ist so riesige, dass für Fotovoltaik nutzbare Dächer oder Fassaden bei weitem nicht ausreichen.
Solaranlagen brauchen über 300 mal mehr Fläche als Kernkraftwerke
Aufschlussreich ist der Vergleich mit einem Kernkraftwerk. Nehmen wir das Kernkraftwerk Gösgen, das auf einer Fläche von zwölf Hektaren Platz hat. Das ist ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 350 Metern. Unter der optimistischen Annahme, dass mit Fotovoltaik-Anlagen pro Quadratmeter jährlich 200 Kilowattstunden Strom erzeugt werden können, wären 40 Quadratkilometer nötig, um dieselbe Menge Strom zu erzeugen wie im Kernkraftwerk Gösgen. Das heisst, Solaranlagen brauchen gut 330 mal mehr Platz als Kernkraftwerke.
Parallel zu diesem enormen Flächenbedarf ist auch der Ressourcenhunger der Neuen Erneuerbaren Wind und Sonne gewaltig. Leider ist es mir nicht gelungen, dazu eine neuere Quelle zu finden als die Materialzusammenstellung in «The Quadrennial Technology Review» des amerikanischen Energiedepartements von 2015 (siehe hier). Die folgende Grafik zeigt Tabelle 10.4 dieser Studie. Darin wird der Ressourcenbedarf für acht Typen von Stromerzeugern gezeigt, jeweils nach zehn Materialkategorien differenziert.
Solarmodule benötigen 18 mal mehr Material als Kernkraftwerke
Alle Zahlen in der Tabelle geben Tonnen pro Terawattstunde an. Die Materialliste umfasst Aluminium, Zement, Beton, Kupfer, Glas, Eisen, Blei, Plastik, Silizium und Stahl. Nicht aufgeführt sind Seltene Erden. Für unsere Frage können wir uns auf den nuklearen Druckwasserreaktor (3. Kolonne von links) und die Fotovoltaik aus Silizium (2. Kolonne von rechts) beschränken. Die Gesamtabrechnung zeigt, dass die Solarmodule rund 18 mal mehr Material brauchen als die Kernreaktoren: 16’447 gegenüber 930 Tonnen.
Man darf aber diese Zahlen sicherlich nur als grobe Grössenordnungen verstehen, denn Aussagen über den Ressourcenverbrauch sind komplex, oft unvollständig und auch widersprüchlich. Immerhin scheint die grobe Materialzusammensetzung einzelner Stromerzeuger ablesbar zu sein. Ein Kernkraftwerk benötigt dabei vor allem Beton, etwa fünfmal weniger Stahl und nochmals viel weniger Eisen, Kupfer und Blei. Bei Fotovoltaik-Anlagen ist dagegen der Stahlverbrauch im Vordergrund (in diesem Ausmass aber wohl, weil die USA als Referenz gilt), dann folgen Zement und Glas, dann Kupfer und Aluminium, dann Beton und Plastik und zuletzt Silizium.
Im Kupferbergbau entstehen toxische Schlämme
Der grosse Zusatzbedarf an Ressourcen durch die Mehrproduktion von grünem Strom vor allem durch Wind und Sonne (Windstrom liegt in der Grafik elfmal höher als Atomstrom) ist eine herausfordernde Umweltbelastung, vor allem auch dann, wenn immer mehr Länder darauf umsteigen wollen. Und dies nicht nur wegen den steigenden Mengen allein, sondern auch wegen den zum Teil giftigen Rückständen, die beim Abbau der Rohstoffe entstehen.
Die Bergbaurückstände, die oft in Wasser gelöst sind, enthalten zum Teil hohe Konzentrationen giftiger Substanzen wie Arsen, Blei, Cadmium und Zink.
Schauen wir auf den Kupferbergbau. Die Gewinnung von Kupfer ist in den letzten 100 Jahren um etwa das 40-Fache gestiegen. Haupttreiber ist die Elektroindustrie, wo dieses Element als idealer Strom- und Wärmeleiter eingesetzt wird. Die aktuelle jährliche Weltproduktion liegt bei gut 20 Millionen Tonnen. Grösster Lieferant ist Chile, vor Peru, China, den USA und der Demokratischen Republik Kongo. Die heute bekannten Reserven reichen bei konstantem Bedarf noch für etwa 40 Jahre.
Über das Abfallproblem der Neuen Erneuerbaren spricht man nicht
Weil der Kupfergehalt im abgebauten Erz meist unter einem Prozent liegt, entstehen sehr viele Bergbaurückstände: Pro Tonne Kupfer rund 570 Tonnen. Diese Abfälle, die oft in Wasser gelöst sind, enthalten zum Teil hohe Konzentrationen giftiger Substanzen wie Arsen, Blei, Cadmium und Zink. Dadurch entstehen sogenannte «saure Grubenwässer», die in vielen Anlagen, auch in den stillgelegten, zu Problemen führen. Bei diesem Abfall gibt es keine Abnahme an Toxizität, wie das bei radioaktiven Abfällen der Fall ist. Die Nachfrage nach grünem Strom verschärft dieses Abfallproblem. Trotzdem scheint für uns Europäer hier «aus den Augen aus dem Sinn» zu gelten.
Natürlich führt auch der Bergbau von Uran zu Umweltproblemen in anderen Ländern: die wichtigsten davon sind Kanada, Kasachstan, Australien und Niger. Aber immerhin planen wir bei den radioaktiven Abfällen die Endlagerung in unserer eigenen Verantwortung, während über die Endlagerung der toxischen Abfälle aus den Neuen Erneuerbaren nicht gesprochen wird.
Eine neue EU-Studie zeigt die Konsequenzen bezüglich Metallverbrauch auf
Werfen wir noch einen Blick auf die Zukunftsperspektiven der Metall-Ressourcen der gesamten Energiewirtschaft in Europa. Im April 2022 ist dazu eine informative EU-Studie der belgischen Universität KU Leuven erschienen: «Metals for Clean Energy – ein Weg zur Lösung der europäischen Rohstoff-Herausforderung» (siehe hier).
Die Europäische Union hat den «Green Deal» beschlossen. Damit will sie bis 2050 klimaneutral werden. In dieser Studie werden die Folgen dieser Strategie in Bezug auf das Ressourcenmanagement aller Metalle bis 2050 untersucht. Dabei werden zwei Szenarien der Internationalen Energie Agentur (IEA) verwendet: STEPS und SDS. Mit STEPS ist der Status quo definiert, also eine Entwicklung unter Berücksichtigung aller bis heute implementierten und angekündigten Regulierungen im Energiebereich. SDS dagegen geht von denjenigen Massnahmen aus, die notwendig wären, um das Klimaziel des Pariser Abkommens tatsächlich zu erreichen – also das, was der «Green Deal» fordert.
Der Verbrauch beim «Green Deal» ist fast doppelt so hoch
In dieser Grafik wird der jährliche Mehrverbrauch an Metallen gegenüber 2020 in absoluten Zahlen für die Jahre 2030, 2040 und 2050 dargestellt. Links mit STEPS und rechts mit SDS. Im Zieljahr 2050 zeigt sich, dass der Zusatzverbrauch zur Erreichung des «Grean Deal» fast doppelt so hoch ist wie derjenige mit der Fortführung der heutigen Massnahmen: knapp 75 gegenüber gut 40 Megatonnen.
Wir sollten gut abwägen, ob und wie weit wir den grossen Materialverschleiss wegen Solarstrom in Kauf nehmen wollen.
Der obere Teil der Grafik zeigt die Aufschlüsselung der Mengen nach Technologien. Dabei sieht man – von unten nach oben – , dass für diese Verbrauchssteigerung die Elektrifizierung des Verkehrs (EV) zu fast 60 Prozent allein verantwortlich ist. Für weitere gut 35 Prozent sorgen der Ausbau der Strominfrastruktur und der Fotovoltaik. Der 5-Prozent-Rest der übrigen acht Technologien spielt mengenmässig nur noch eine untergeordnete Rolle.
Der Lithium-Bedarf nimmt um sagenhafte 2100 Prozent
Im unteren Teil der Grafik sind dieselben Mengenangaben angeführt, aufgeschlüsselt nach den benötigten einzelnen Metallarten. Hier sehen wir, dass die grösste Nachfragesteigerung beim Aluminium eintreten wird. Wesentlich weniger hoch wird der Mehrverbrauch beim Kupfer geschätzt. Dahinter kommen Nickel, Zink, Blei, Silizium und Lithium.
Mit diesen absoluten Mengenangaben wird aber bei vielen Rohstoffen das Kernproblem nicht getroffen: Je nach Häufigkeit der Vorkommen und den bekannten Reserven gibt es auch Engpässe bei Materialien, die in dieser Grafik nicht im Zentrum stehen. Einen Hinweis darauf erhält man, wenn man sich die Liste des prozentualen Mehrbedarfs im Jahr 2050 gegenüber 2020 vor Augen hält: Einsamer Spitzenreiter ist Lithium mit einer Steigerung um 2109 Prozent. Dahinter folgen Dysprosium (433 Prozent), Cobalt (403 Prozent), Tellurium (277 Prozent), Scandium (204 Prozent), Nickel (168 Prozent) und Praseodymium (110 Prozent).
Bei all diesen Elementen steigt also der jährliche Mehrbedarf auf das Doppelte bis zum 22-Fachen der heutigen Mengen an – immer unter der Bedingung, dass wir 2050 klimaneutral sein wollen.
Wir sollten bei unserer Energiestrategie also gut abwägen, ob und wie weit wir den grossen Materialverschleiss, den eine Forcierung der Solartechnologie und eine Elektrifizierung des Verkehrs nach sich ziehen, in Kauf nehmen wollen.