Impact Erneuerbarer Energien in die Biosphäre

Gastbeitrag von Rainer A. Stawarz

Welche Auswirkungen auf die Biosphäre haben eigentlich die Erneuerbaren Energien? Das will ich hier genauer untersuchen und zwar in Form folgender Rechenaufgabe:

Aufgabe: Man berechne den Impact der Erneuerbaren Energien in die Biosphäre!

Dem Leser ist wohl sofort klar, dass eine solche Aufgabe nicht unmittelbar und durch eine kompakte Gleichung zu beantworten ist. Ja, und was ist eigentlich der »Impact in die Biosphäre«? Wie können wir so etwas messen?

Quelle: www.fortschrittinfreiheit.de

Nun, sicherlich bedeutet der »Impact« (also »Einschlag«) in die Biosphäre deren mehr oder weniger nachhaltige Schädigung. Wenn für eine WKA beispielsweise eine breite Schneise in den Wald geschlagen werden muss, so bedeutet das einen Impact, genauso wie im Falle eines Kernkraftwerks die Betonplatte. (Welche Energiegewinne wir in den jeweiligen Fällen erzielen, steht freilich auf einem ganz anderen Blatt.)

Quelle: BI Kaufunger Wald

Man kann also den Impact mit Fug und Recht als ein Maß dafür ansehen, wie umweltschädlich eine energetische Anlage ist. Offensichtlich gilt, je mehr Impact desto weniger »grün« ist sie.

Soweit so gut. Wie können wir den Impact messen und quantifizieren? Das dürfte in der Tat ein aussichtsloses Unterfangen werden. Denn wie wollen wir die Umweltschäden durch die Schneise im Kaufunger Wald (siehe Abbildung) mit denen durch radioaktiven Exposition eines Kohlekraftwerkes beispielsweise vergleichen?

Unsere Überlegungen müssen daher zunächst auf diesen noch so unmöglich scheinenden Vergleich abzielen, also müssen wir uns fragen, gibt es etwas, was diese beiden so unterschiedlich gearteten Impacts doch gemeinsam haben?

Kohlekraftwerk Kraftwerk Niederaußem. Quelle: Wikimedia Commons

Nun, zunächst ist klar, dass beide Impacts in dieselbe Biosphäre einschlagen und somit dieselbe Flora, Fauna, Landschaft und schlussendlich den Menschen schädigen. Folglich müsste es eine Korrelation zwischen dem Impact auf der einen und einer wie auch immer gearteten Schädigung des Menschen auf der anderen Seite geben. Da wir zunächst beide Kategorien nur als gefühlte (nicht etwa als exakt definierte, dimensionierte) Größen haben, können wir die Korrelation zwischen denen allenfalls nur rudimentär formulieren:

Lemma. Mit zunehmendem Impact in die Biosphäre nimmt die Schädigung des Menschen ebenfalls zu.

Der Beweis ist zumindest in den gefühlten Kategorien trivial. Denn der Mensch ist immer noch Bestandteil der Biosphäre (was so manchem »Grünen« nicht mehr geläufig ist), und insofern mag wohl kaum jemand allen Ernstes bestreiten, dass es am Ende eben der Mensch ist, der die zerstörte Waldlandschaft mit seiner Lebensqualität, Gesundheit und schlussendlich mit vorzeitigen Ableben, also dem Leben bezahlten muss.

Gerade der letzte Halbsatz liefert uns das folgende überaus makabere Korollar:

Korollar: Mit zunehmendem Impact in die Biosphäre nimmt die Zahl der Toten ebenfalls zu.

Totesfälle pro Petawattstunde. Quelle: www.idigumining.com

Damit sind wir bei der abgebildeten Statistik, die – so makaber sie klingen mag – bittere Realität ist und Anlass für die vorliegende Überlegungen lieferte. Ob die Zahlen stimmen und wenn ja, wie kommt man auf sie?

Zunächst scheinen die Zahlen deshalb belastbar zu sein, weil viele voneinander unabhängige Studien zu ähnlichen Resultaten gelangen – zumindest was die beiden Extrema anbelangt, das heißt Kohle- und Kernkraft. Und das geht so: Man zählt die zeitnahen Todesopfer der jeweiligen Betriebsunfälle, sowohl bei Betrieb als auch bei Rohstoffgewinnung, Bereitstellung etc. zusammen, dann rechnet man noch die Opfer der Schadstoffemissionen und anderer »Impacts« hoch. So kommt man stets auf diese oder ganz ähnliche Zahlen.

Und diese Zahlen überraschen nicht wirklich. Alleine die »radioaktive Exposition« eines Kohlekraftwerkes stellt ein Kernkraftwerk regelrecht in den Schatten und die restlichen Emissionen – von SOx, NOx, über Schwermetalle, Feinstaub bis hin zu CO2 – kommen noch dazu. Dass sich diese Impacts um satte drei Größenordnungen unterscheiden, ist absolut klar.

Weniger klar wird es allerdings, wenn wir die Toten der Erneuerbaren Energien (EE) betrachten, insbesondere die von Wind und Sonne. Laufen wir an einem Kernkraftwerk vorbei, das z.B. 2 GW (relativ konstant und verlässlich) liefert und stellen wir uns als »Alternative« ca. 3.000 Windräder vor …

Centrale nucléaire de Fessenheim. Quelle: Wikimedia Commons

Irgendwie mögen wir nicht so recht glauben, dass dieser monströs-zerstörerische Impact von 3.000 Windrädern mit dem eines Kernkraftwerkes vergleichbar sein kann. Da stimmt etwas nicht, aber was?

Die Antwort liefert uns die genauere Analyse eines ganz anderen Sachverhaltes, der als solcher so oft kommuniziert wurde, dass wir gar nicht mehr auf die Idee kämen, den zu hinterfragen: Es geht nämlich um die Zumessung des CO2-Ausstoßes für die einzelnen Energiequellen. Demnach ist der CO2-Ausstoß sowohl der Wind- als auch der Kernkraft durchaus signifikant über Null, obwohl wir uns beim Betrieb einer WKA allenfalls Spuren von CO2 vorstellen könnten (etwa wegen der Reibung im Getriebe etc.). Wenn wir dann noch feststellen, dass die deutschen Kernkraftwerke vielfach mehr CO2 ausstoßen, als deren französische Pendants, wird die Verwirrung nicht kleiner. Doch wie kommt es denn überhaupt zum CO2-Ausstoß der vermeintlich CO2-freien EEs sowie der Kernkraft und vor allem, wie kommt es zu dazu, dass das »Centrale nucléaire de Fessenheim« etwa 10-mal sauberer ist als z.B. das Kernkraftwerk Isar?

EROI verschiedener Stromerzeugungsarten. Quelle: Institut für Festkörperphysik

Nun, die Antwort liegt in einer Überlegung, die unter methodischen Gesichtspunkten gar nicht zu beanstanden ist und zwar im ganzheitlichen Ansatz. Betrachtet man nämlich nicht nur den reinen Betrieb einer energetischen Anlage, sondern auch deren Herstellung, Inbetriebnahme (samt Beschaffung von Rohstoffen, Aufwendung von Primärenergie etc.) bis hin zu den Aufwendungen im Zusammenhang mit der Stilllegung, Entsorgung etc., so stellt man fest, dass es sich um beträchtliche Energiemengen handelt, die als solche nur aus dem allgemein verfügbaren Energiemix kommen können. Und das ist es!

Gewiss könnte sich gerade die Kernkraft im Sinne der Gestehungsenergie (theoretisch) selbst versorgen, was jedoch blanke Theorie wäre. Denn der Energiemix ist nun mal so wie er ist, von Land zu Land unterschiedlich, also müssen wir die Gestehungsenergie (im Wesentlichen Primärenergie) aus dem vorhandenen Energiemix bestreiten. Und dieser ist hierzulande zu 4/5 durch Kohle geprägt.

Doch wieviel beträgt denn diese Gestehungsenergie? Nun, die Antwort ist (definitorisch) am EROI (Energy Returned On Energy Invested) ablesbar. Setzen wir z.B. für die Windkraft EROI = 4, so müssen wir auf jede Terawattstunde (TWh) erzeugter Energie 250 GWh Primärenergie rechnen, wovon 4/5 auf die Kohle entfallen!

Und hier liegt wohl der Hund begraben! Eine einfache Berechnung zeigt nämlich, dass sowohl der CO2-Ausstoß als auch der Impact im Allgemeinen für die EE falsch berechnet worden sind und zwar losgelöst vom Energiemix. Definitorisch gilt nämlich für den Impact hierzulande:

I=0.8\cdot\eta_\text{eroi}{\cdot}I_\text{carbon}+I_0 , wenn wir das restliche Fünftel der Gestehungsenergie vollkommen ohne Impact annehmen.

Für unsere Windkraft heißt es beispielsweise:

I=0.8\cdot0.25\cdot170000+150=34150\,\frac{\text{deaths}}{\text{PWh}}

Nun ist zwar eine PWh (Petawattstunde) eine Menge Energie – dennoch bedeutet es bei der Windkraft 34 Tote per TWh. Wenn also z.B. Alpha Ventus jährlich an die 250 GWh Strom produziert, dann dürfen wir nicht vergessen, dass – selbstverständlich nur rein statistisch gesehen – 8 Personen diesen »sauberen« Strom mit ihrem Leben bezahlen. Beim Windpark Amrumbank West werden es schon an die 20 Personen sein – und das Jahr für Jahr!

Für die Sonnenenergie sieht es noch weitaus schlimmer aus:

I=0.8\cdot0.625\cdot170000+440=85440\,\frac{\text{deaths}}{\text{PWh}}

Auch hier muss man sich bei so manchem Vorzeigeprojekt fragen, wie viele Menschen diese »Ökologie« mit ihrem Leben bezahlen – auch und insbesondere als stolzer Besitzer einer PV-Anlage!

Weitere Impact-Berechnungen seien dem Leser überlassen. Vorstellbar wäre z.B. eine Gewichtung über den gesamten Energiemix hinweg (nicht nur über die Kohle) oder auch eine Berechnung des Impacts unter französischem Energiemix.


Dieser Beitrag erschien zuerst in der AG Energetik.


Rainer A. Stawarz

Rainer A. Stawarz ist Jahrgang 1960, Diplom-Informatiker und Gründer und CEO der [K|S] Informatik GmbH und der [K|S] Informatik (Schweiz) GmbH. Neben Theoretischer Informatik studierte er auch Industrielle energetische Anlagen sowie Reaktor- und Kernphysik.

4 Gedanken zu „Impact Erneuerbarer Energien in die Biosphäre

  1. Man berichtet bekanntlich häufig darüber, dass Methan CH4 ungefähr 25 Mal mehr Einfluss auf das Klima hat, als Kohlenstoffdioxid CO2 dazu in der Lage wäre. Wie nun jeder weiß, wird diese Gas in Gärtanks von Biogas-Anlagen hergestellt. Was jedoch niemand weiß: wie viel die jeweils verwendeten Pflanzen während der Wachstumsphase emittieren (abgeben). Dazu gibt es eine Untersuchung von der Max-Planck-Gesellschaft:

    „In einem weiteren Schritt untersuchten die Wissenschaftler im Labor und im Freien auch die Freisetzung von Gasen an lebenden Pflanzen, wie Mais und Weidelgras. Hierbei zeigte sich, dass die lebenden Pflanzen sogar 10- bis 100-mal mehr Methan freisetzten als abgestorbenes Pflanzenmaterial. Zudem stellten die Forscher fest, dass sich die Methan-Bildungsrate noch drastisch erhöhte, wenn die Pflanzen der Sonne ausgesetzt waren.“

    Seit Ende 2014 weiß man nun auch den Verursacher des Methan. Es handelt sich hierbei um die Aminosäure Methionin.

    » Der Klimawandel bedroht die Menschheit! Sollte dies so sein, dann sollte man auch den Kontext zum Gemeinten herstellen und offen darlegen, dass man hiermit die Neigung von einem gehoben Intellekt zur Idiotie wiedergeben möchte. «

  2. Hallo,

    in den USA werden sehr bald einige KKWs abgeschaltet.
    Vermutlich sind sie zu teuer und rechnen sich nicht mehr…

    Quellen:
    http://www.syracuse.com/news/index.ssf/2015/09/entergy_might_close_fitzpatrick_nuclear_plant_in_cny.html
    http://www.bostonglobe.com/metro/2015/10/13/entergy-close-pilgrim-nuclear-power-station-nuclear-power-plant-that-opened/fNeR4RT1BowMrFApb7DqQO/story.html

    Wie viele Kernreaktoren wurden in den letzten 5 Jahren neu in Betrieb genommen – und wie viele (für immer?) abgeschaltet?

    Kostenloses wird doch in der Regel bevorzugt gegenüber kostenpflichtigem, oder nicht?
    Sonne, Wind und Wasser/Meere sind kostenlose Energiequellen die wir bereits heute nutzen können. Natürlich sind die volatil. Aber das ist doch der Stromverbrauch auch!
    Und KKWs sind auch volatil. Oder speisen die immer ein und fallen niemals aus? Die Pressemitteilungen sagen da was anderes…

    • Sonnenenergie und ihre Derivate (Wind, Hydro, Biomasse…) sind natürlich nicht kostenlos.

      Photonen die von der Sonne kommen sind kostenlos, genauso wie Urankerne in der Erdkruste kostenlos sind. Weder Sonne noch Erde haben irgendeinen Sinn für Geld, Himmelskörper sind keine Kapitalisten.

      Geld kommt erst dann ins Spiel, wenn die in der Natur vorhandene Energie (Sonnenlicht, Aktinide, Öl…) in technisch nutzbare Energie umgewandelt werden soll. Denn dazu braucht es Maschinen, und die Leute, die diese Maschinen bauen und betreiben, wollen überraschenderweise etwas auf dem Konto dafür sehen. Die Sonne schickt keine Rechnung. Der Konzern der die Solarzellen herstellt schon — und nicht zu knapp.

      Der Stromverbrauch der techno-urbanen Gesellschaft ist zeitlich variabel aber nicht “volatil” im Sinne von unberechenbar. Er unterliegt dem menschlichen Willen und schwankt im Laufe von 24 h nach einem vorhersehbaren Muster auf und ab. Sonne und Wind dagegen verhalten sich weitgehend unberechenbar (die Sonne selbst natürlich nicht [zum Glück] aber die Einstrahlung auf der Erdoberfläche durch Wolken, Nebel, Nacht, etc.). Ohne Zwischenspeicher sind sie daher für die techno-urbane Gesellschaft weitgehend unnütz. Und die Leute die Zwischenspeicher (z. B. Pumpspeicherwerke) bauen und betreiben wollen dafür auch Gehälter sehen. Ist also alles nicht so dolle mit der “kostenlosen” Solarenergie.

      Wie vergleicht sich die Ausfallrate von KKW durch technische Störungen mit der naturgegebenen der Solarenergie?
      In den 1970ern kamen US-Kernkraftwerke unter Kritik, weil ihr Nutzungsgrad (tatsächlich erzeugte Energie / maximal mögliche Energieerzeugung) “nur” bei 60% lag. Heutzutage sind Nutzungsgrade von 80% – 90% typisch für KKW. Photovoltaik in Deutschland dagegen liegt bei 11%, in den günstigsten tropischen Regionen bei 20% – 30%. Windenergie in Deutschland liegt bei 16%, die besten Offshore-Locations erreichen 40%.

      http://nuklearia.de/2012/07/31/nutzungsgrad-wirkungsgrad-volllaststunden/

      In den USA steht zur Zeit viel billiges Schiefergas zur Verfügung. Gaskraftwerke erreichen nicht nur hohe Nutzungsgrade sondern sind auch sehr gut regelbar. Es ist also nicht verblüffend, dass die Amerikaner (wie momentan die meisten Menschen auf der Erde) zur Energieerzeugung auf fossile Optionen setzen. Der größte Anteil des Weltenergieverbrauchs stammt momentan aus fossilen Quellen, und da ist auch nichts gegen einzuwenden: http://nuklearia.de/2015/09/06/kohlendioxid/

      In der Zukunft wird sich die Technologie der Menschheit hoffentlich zu höheren Energieflussdichtenniveaus hin verlagern. Dann werden Aktinide und vermutlich auch Fusionsbrennstoffe die Rolle übernehmen, die heutzutage Öl, Gas und Kohle spielen — aber notabene bei viel höheren Flussdichten, und es uns daher ermöglichen, an viel größeren “Rädern zu drehen”.

  3. Gefahren für die Gesundheit durch Scheißen im Wald (sei es wegen Windmühlen oder anderen Dingen) – das dürfte eine Fortsetzung der LNT These (Linear No Threshold) sein.

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