Ökobilanz

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Die Ökobilanz einer PV Anlage - wieviel CO2 spart sie wirklich?

Deutschlandweit schreitet der Ausbau weiter voran mit erneuerbaren Energien. Es wird vor allem in PV-Anlagen und in den Ausbau von Solarenergien investiert. Bei der Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen entstehen große Mengen des klima-schädlichen Gases CO₂. Es ist ein Umdenken dringend notwendig in Hinblick auf den menschlichen Einfluss auf den Klimawandel in der Stromerzeugung. Die verursachten Emissionen müssen über den ganzen Lebenszyklus beobachtet werden, um die Ökobilanz von Photovoltaik- Anlagen, Kohlekraftwerken sowie andere Technologien begutachten zu können. Die Erzeugung von Strom soll langfristig weg von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energiequellen führen.

Was ist  CO2

Die chemische Bezeichnung für das Gas CO2 bzw. CO₂ Kohlenstoffdioxid. Klima­schutz, Klima­wandel, Treibhaus­effekt – Kohlen­stoff­dioxid, kurz Kohlen­dioxid oder ganz kurz COgennant. Aber wie kann ein Gas Einfluss auf unser Klima haben? Und was genau steckt hinter dem Begriff Treib­haus­effekt?

  • Das Gas kommt in ganz natürlicherweise in der Umwelt vor. Für uns Menschen ist Kohlenstoffdioxid ein natürlicher Bestandteil der Luft, die wir täglich unbewusst ein- und ausatmen, auch wenn sein Anteil mit 0,04 % im Vergleich zu Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %) sehr gering ist.
  • Ebenso ist es für Pflanzen einer der Grundlagen für die Photosynthese, bei der CO2 in Sauerstoff transformiert wird und ein Teil des Kohlenstoffdioxid in den Pflanzen gespeichert wird. Wird Holz, Kohle, fossiles Öl und dessen Derivate wie Benzin und Diesel verbrannt, dann wird das Kohlenstoffdioxid wieder freigesetzt.
  • Kohlendioxid ist eine chemische Summen­formel für das aus Kohlen­stoff und Sauer­stoff bestehende Molekül Kohlen­stoff­dioxid, auch als CO bekannt. Kohlen­stoff­dioxid Gas ist farblos, gut in Wasser löslich, nicht brennbar, geruch­los sowie ungiftig.   
  • CO2 ist neben Stick­stoff, Sauer­stoff und sogenannten Edel­gasen ein ganz natür­licher Bestand­teil unserer Luft und ist eines der bedeutendsten Treibhausgasse. Welche nur etwa 0,038 Prozent einen geringen Teil der Luft aus macht. Treib­haus­gas hat eine Funktion welche eine ent­scheidende Rolle für unser Klima ist: Kohlen­stoff­dioxid nimmt einen Teil der von der Erde in das Welt­all abgegebenen Wärme auf und strahlt diese zurück auf unsere Erde. Auf der Erde entsteht durch diesen natürlichen Treibhauseffekt das uns bekannte gemäßigte Klima, welches Flora und Fauna gedeihen lässt.
  • Im Alltag begegnen uns vielfältige Möglichkeiten zu CO₂ wie z.B im Wasser in der beliebten Kohlensäure, in der Limonade oder im Sekt wird CO₂ in der Industrie als Kühlmittel eingesetzt ebenso aber auch als Lösemittel.
  • CO₂ ist nicht giftig in natürlichen handelsüblichen Mengen. Jedoch ist CO₂ schwerer als die Luft, da kann es in höherer Konzentration die Atemluft aus gelegenen Orten wie z.B Senken, Kellern u.ä. verdrängen.

Die Folgen für unser Klima

Der Mensch und CO2 : Nicht nur der natürliche Prozess setzen Kohlenstoffdioxid frei, sondern vor allem wir Menschen hinterlassen auf der Erde einen großen Fußabdruck.

Durch die Verbrennung von Kohle, Erdöl oder Erdgas in der Industrie oder beim Heizen wird seit dem Beginn der Industri­alisierung weltweit immer mehr CO2 freigesetzt. Seit Mitte des 20. Jahr­hundert hat sich allein der globale CO2-Anstieg fast ver­vier­facht. Was bedeutet das für unser Klima? Kohle­stoff­senken welche natürlich ist, sind nicht in der Lage, das durch den Menschen obendrein ver­ursachte CO2 gänzlich zu binden oder umzu­wandeln. Die Sättigung der Atmosphäre mit Kohlen­stoff­dioxid steigen in der Folge. 1958 wurde von dem verstorbenen Wissenschaftler Charles David Kelling die erste Messung der CO2-Dichte der Luft in Hawaii durchgeführt an einer eigenen Messstation. Seit dieser Messung sind einige Messstationen dazu gekommen nun ist das Ergebnis eindeutig: Die Anreicherung der Atmosphäre mit CO2 nimmt jährlich zu.

Wie können wir Menschen das Klima schützen?

Es ist mittlerweile durch wissenschaftlichen Studien bewiesen, dass der Treibhauseffekt stärker wird. Seit vielen Jahren versuchen Politik und Industrie, den Klimawandel entgegenzusteuern. Der CO2-Austoß muss massiv zurückgehen weltweit, hier sind sich International fast alle Staaten der Welt einig. Die globale Erderwärmung lässt sich nur so auf das überschaubare Maß von maximal zwei Grad Celsius begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, beraten sich die Staatschefs fast aller Weltstaaten im Rahmen der Vertragsstaatenkonferenzen (COP)über neue Strategien und Verpflichtungen zum Klimaschutz. Vor allem bei der Umstellung auf erneuerbaren Energien nimmt Deutschland eine Vor­reiter­rolle ein. Ebenso können auch Privatpersonen mit ihren Entscheidungen für mehr Energieeffizienz zu Hause viel Kohlenstoffdioxid einsparen, um so das Klima zu schützen.

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Warum CO2 so problematisch ist

CO2 ist ein Treibhausgas, das nach zu weißen an einer Reihe gravierender Klimawandel-Ereignisse beteiligt war. Es entsteht eigentlich ein Gleichgewicht im sogenannten CO2- Zyklus, bei welchen ständig extreme Mengen CO2 zwischen der Atmosphäre ebenso in  Meere, Böden, Lebewesen ausgetauscht – erzeugtes bzw. gelöstes und gebundenes CO2 halten sich die Waage. Wir Menschen tragen dazu bei, dass immer mehr CO2in die Erdatmosphäre gelangt - seit voranschreiten der Industrialisierung. Nach einer Schätzung werden jährlich ca. 36 Gigatonnen CO2 freigesetzt, vor allem durch die Verbrennung zur Energieproduktion wie durch Verkehr, Transport und der Industrie. Ein  Ungleichgewicht kann nur ausgeglichen werden durch natürliche Kolhlenstoffsenken wie z.B neue Wälder.

In der Atmosphäre bleibt das CO2 zur Hälfte und die andere Hälfte wird von den Meeren aufgegriffen. Hier entsteht aus verschiedener Hinsicht die Problematik:

  • Die Meere übersäuern durch die Aufnahme von zu viel CO2 partiell, da CO2 ein saures Gas ist.
  • CO2 ist transparent und lässt sichtbares Licht in der Atmosphäre passieren – Infrarotstrahlung wird dagegen absorbiert. Gas hält einen Teil der Wärme, die vom Boden zurück welche dann vom Boden zurückgestrahlt ins All entweichen würde. Nun tritt der sogenannte Treibhauseffekt ein.

Ohne Treibhauseffekt würde unser heutiges Leben in der jetzigen Form nicht existieren. Denn ohne Treibhausgase (Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon) läge die durchschnittliche Temperatur der Erde bei –18°C. durch das Treibhausgas beträgt jedoch die Durchschnittstemperatur bei +15 °C auf der Erde und ist so genau perfekt für die meisten Lebewesen. Die Temperaturen können sich weiter erhöhen, wenn sich zu viel CO2 in der Atmosphäre befindet, was wiederum schlimme Folgen für das Klima hat wie folgende Punkte:

  • Schmelzendes Polareis
  • zurückgehende Gletscher (und dadurch ein Anstieg und eine Abkühlung der Weltmeere)
  • Unterbrechung des Golfstroms sowie die Zunahme extremer Wetterereignisse wie Stürme, Fluten und Dürren 

Die sind nur einige Beispiele und dieser Prozess ist unausdenkbar zudem drohen in den nächsten Jahrzehnte drastische Folgen für die gesamte Welt. Deswegen ist es nun umso wichtiger, den Ausstoß von schädlichem CO₂ so weit wie möglich zu umgehen und zu verhindern. Zu Beginn der Industrialisierung wurde das Kohlendioxids in der Atmosphäre durch menschliche Aktivität drastisch erhöht. Was wahrscheinlich der höchste Wert seit 20 Millionen Jahren darstellt. Jetzt ist es absolut notwendig umzudenken in der Energieversorgung als größten CO2-Produzenten. Die Technologien sind mittlerweile mit einer positiven Ökobilanz (Photovoltaik, Windkraft, Wasserkraft und mehr) auf der Überholspur – Privat oder auch in der Industrie wäre es jetzt an der Zeit, sich die verschiedenen fossilen Energieträgern genauer anzusehen.

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Wie ist die CO2-Bilanz von Photovoltaik-Anlagen?

Wer Strom mithilfe einer Solaranlage erzeugt, möchte damit nicht nur sich selbst, sondern auch der Umwelt etwas Gutes tun. Zur Berechnung der CO2-Bilanz einer Photovoltaik-Anlage müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden:

  • Förderung der Materialien (vorrangig Silizium)
  • Produktion der Komponenten
  • Zubehör und Ausrüstung
  • Installation der Anlage
  • Betrieb der Anlage (Produktion von Elektrizität)
  • Wartung und Instandhaltung
  • Am Ende der Lebensdauer: Verschrottung bzw. Recycling
  • Transport der Materialien zur Produktion
  • Transport von Komponenten und Zubehör zum Betriebsstandort

All diese Faktoren verursachen Emissionen, wobei ungefähr je 45 Prozent davon auf die Silizium-Gewinnung und die Produktion der Wafer (Module) entfallen. Die übrigen ca. 10 Prozent verteilen sich auf die Backup-Leistung (7%) sowie Betrieb und Rückbau (3%). Buchstäblich hängt die tatsächliche Gesamtemissionen und somit die Klimabilanz der Solaranlage weiterhin ab von:

  • der globalen Strahlung
  • dem Produktions- und dem Betriebsstandort
  • der Wafer-Dicke
  • dem Modul- und Systemwirkungsgrad 
  • sowie der Nutzungsdauer (i.d.R. 40 Jahre)

Ausgehend von einer Dachanlage mit poly- oder monokristallinen Solarzellen und einer Nutzungsdauer von 40 Jahren bei einer jährlichen Globalstrahlung von 1100 – 1700 kWh/m² liegt der CO₂-Wert für Photovoltaik bei 50 g CO₂ pro kWh. Zum Vergleich: Bei der Energieerzeugung durch Erdgas liegt der Wert bei 499 g CO₂ pro kWh, bei Steinkohle bei 830 g/kWh und bei Braunkohle sogar bei unglaublichen 1075 g/kWh. Das liegt unter anderem an dem nur geringen Kraftwerkwirkungsgrad von 38 Prozent bei Kohlekraftwerken. Photovoltaikanlagen produzieren also nicht einmal 5 Prozent des CO2, das in Kohlekraftwerken anfällt! Verglichen mit 1 kWh Braunkohle-Energie spart 1 kWh Solarenergie ganze 1025 Gramm Kohlendioxid!

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Wie ist es mit der Ökobilanz in China?

Solarmodule die in Deutschland verbaut werden, stammen zu etwa 80% aus China. Diese Module sind qualitativ einwandfrei und sehr gut, sie stehen europäischen Modellen in nichts nach. Sie bieten außerdem mit Abstand auf dem Markt das beste Preis- Leistungsverhältnis. Jedoch haben diese Module nicht immer ein positives Image bei der Herstellungsbedingung, weil der Strommix in China anders als in Europa hergestellt wird und sehr stark vom Kohlestrom dominiert wird. Im asiatischen Raum entwickelt sich die Energiegewinnung weg von der Kohlekraft und hin zu sauberen, erneuerbaren Energien, daher ist mit einer Reduktion des Kohlestroms zu erwarten in den nächsten Jahren.

Laut einer Schweizer Studie sind auch in den Bereichen Materialverbrauch, Lebensdauer und Moduleffizienz deutliche Verbesserungen zu erwarten. Unabhängig vom Fertigungsort der Module ist die Ökobilanz der PV- Anlage also heute und auch in der Zukunft sehr positiv.

Wie viel können Sie selbst jährlich einsparen in Kohlendioxid?

In Deutschland beträgt der private Stromverbrauch 130 Milliarden kWh pro Jahr. Das sind bei einem jährlichen Verbrauch pro Person (5-6 Personen- Haushalt) zwischen 1.500 kWh und 2.800 kWh (Single-Haushalt) selbst bei einem höheren Wert können Sie beim Umstieg auf PV zwischen 826 Kilogramm und 1,542 Tonnen CO₂ pro Person und Jahr einsparen. Da die Lebensdauer von Solarmodulen lange anhält fällt die *Ökobilanz für die Photovoltaik*-Technologie zusätzlich positiver aus. PV-Anlage trägt dadurch ihren geringeren CO₂-Ausstoß zur „Verkleinerung“ Ihres CO₂-Fußabdrucks bei.

Video: Vergleich von Kohlekraftwerken zu Solar

Im folgenden Video werden weitere Fakten veranschaulicht zur Ökobilanz von PV. Insbesondere wird die Frage im Vordergrund stehen, wie hoch die CO₂-Ersparnis von Solaranlagen im Vergleich zu Kohlekraftwerken ist und wie Sie aktiv dazu beitragen können, die klimaschädlichen CO₂-Emissionen enorm zu verringern: