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CO2-Fußabdruck von Energiequellen im Vergleich

Andreas König
CO2-Fußabdruck von Energiequellen im Vergleich

Wenn von Balkonkraftwerken die Rede ist, wird von klimafreundlichem Strom gesprochen. Doch wie schneidet Solarenergie im Vergleich zu anderen Energiequellen ab?

 

Strom aus Kohle- und Kernkraftwerken ist schlecht für die Umwelt, Strom aus Windkraftwerken und Solaranlagen nicht. So einfach, so verkürzt. Wie steht es konkret um die CO2-Bilanz unterschiedlicher Energiequellen und wie berechnet man sie? Das erfährst du in diesem Artikel.

Was ist der CO2-Fußabdruck?

Der CO2-Fußabdruck drückt aus, wie viel Treibhausgase – Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Kohlenstoffdioxid-Äquivalente (CO2) – eine Person, eine Organisation oder eine Handlung freisetzen. Als Kohlenstoffdioxid-Äquivalente werden unterschiedliche Treibhausgase so zusammengefasst, dass sie gut miteinander vergleichbar sind. Der CO2-Fußabdruck oder CO2-Fußabdruck umfasst sowohl die direkten als auch die indirekten Emissionen, also etwa auch die Auswirkungen von Produktion, Transport oder Entsorgung. Deswegen ist die Berechnung des Fußabdrucks oft sehr komplex.

Wie sich ein CO2-Fußabdruck berechnet, kommt ganz auf die Fragestellung an. Bei einer Person zum Beispiel spielt eine Rolle, wie gewohnt, geheizt, gegessen und konsumiert wird, welche Energie den Haushalt versorgt und wie die Mobilität aussieht. Bei Produkten fließen die Herstellung und die dafür benötigte Rohstoffgewinnung sowie die Nutzung und die Entsorgung eine Rolle. Diese beiden Beispiele zeigen schon auf, dass es mit der Vergleichbarkeit von CO2-Fußabdrücken ganz schön kompliziert sein kann.

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Wie berechnet sich der Fußabdruck für Energiequellen?

Kompliziert wird es auch, wenn man den CO2-Fußabdruck von Energiequellen miteinander vergleichen möchte. Die Erzeugung von Solar- und Kernenergie an sich setzt keine Treibhausgase frei – dafür aber die Rohstoffgewinnung, Produktion und Entsorgung. Bei Energie aus fossilen Brennstoffen hingegen werden bei der Erzeugung an sich viele Treibhausgase freigesetzt. 

Dadurch gibt es verschiedene Annäherungen, um den CO2-Fußabdruck verschiedener Energiequellen vergleichen zu können. Im Folgenden schauen wir uns an, welche Aspekte für die unterschiedlichen Energiequellen betrachtet werden müssen. Dabei wird auch deutlich, warum es so schwierig ist, konkrete Angaben über die Emissionen einzelner Energiequellen zu machen. 

Solarenergie

Sonnenenergie wird vor allem durch Photovoltaik-Anlagen gewonnen. Dazu werden Solarmodule benötigt, die in der Herstellung viel Energie kosten und mit langen Transportwegen verbunden sein können. Dieser Energiebedarf kann mit der Wahl der Materialien und den unterschiedlichen Herstellungsverfahren unterschiedlich hoch ausfallen. Wie schnell sich diese aufgewendete Energie wieder „hereinspielt“, hängt davon ab, ob der Standort und die Ausrichtung der Solaranlage stimmen und wie stark und lange die Sonnenstrahlen auf die Module scheinen.

In Deutschland kann man mit einer sogenannten Energie-Rücklaufzeit von grob einem Jahr rechnen. Danach wird emissionsfrei Energie erzeugt. Nach der Nutzungszeit – Hersteller geben eine Garantie für 25 bis 30 Jahre – spielt nur noch die Entsorgung eine Rolle. Bisher werden Recyclingtechnologien noch nicht so umfangreich wie möglich eingesetzt, sodass bisher vor allem das Aluminium aus den Rahmen und Kupfer aus Kabeln wiederverwertet werden.  

Windenergie

Auch bei der Erzeugung von Windenergie werden keine unmittelbaren Treibhausgase freigesetzt. Dafür schlagen der Bau und der Transport der Komponenten sowie die Errichtung der Windkraftanlage zu Buche. Häufig wird außerdem ein Fundament aus Zement benötigt, dessen Herstellung ebenfalls mit Emissionen verbunden ist.

Die Menge des Stroms, die mit Windkraftanlagen erzeugt wird, hängt ebenfalls stark vom Standort ab, sodass es schwierig ist, konkrete Aussagen zur CO2-Bilanz und zur Energie-Rücklaufzeit zu treffen.  

Wasser

Die Stromerzeugung durch Wasserkraftwerke ist ebenfalls nahezu frei von Kohlenstoffdioxid-Emissionen. Beim Bau können jedoch häufig beträchtliche Mengen Beton benötigt werden, dessen Herstellung viele Treibhausgase freisetzt. Dafür halten die Bauten auch bis zu 100 Jahre oder sogar noch länger.

Wenn künstliche Stauseen angelegt werden müssen und die bestehende Vegetation dafür nicht entfernt wird, können ebenfalls Treibhausgase entstehen. Denn dann verrotten die Pflanzen unter Wasser, was Methan freisetzt. 

Biomasse

Biomasse kann Stroh, Gülle, Mist, Restholz, Pflanzenbestandteile oder Bioabfall sein. Zur Energieerzeugung wird Biomasse vor allem in Blockheizkraftwerken verbrannt. Dabei wird Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Dieser wurde allerdings zuvor von der Pflanze aus der Atmosphäre aufgenommen und würde früher oder später durch Kompostierung, Verfaulung oder Gärung ohnehin wieder freigesetzt werden. Deswegen werden diese Gase üblicherweise nicht mit in die CO2-Bilanz einbezogen.

Emissionen entstehen dafür bei der Herstellung der Biomasse, zum Beispiel durch Landmaschinen, Traktoren, Dünge- oder Pflanzenschutzmittel. Bei manchen Verarbeitungsprozessen wie der Gärung kann außerdem Methan entstehen. Der große Vorteil von Blockheizkraftwerken ist jedoch die Möglichkeit, die Energie- mit der Wärmegewinnung zu koppeln. Dadurch verbessert sich auch die CO2-Bilanz deutlich. 

Kohle

Bei der Verbrennung von Kohle entsteht Kohlenstoffdioxid in konzentrierter Form. Der CO2-Fußabdruck von Braunkohle ist durch ihre Zusammensetzung höher als diere von Steinkohle, obwohl Steinkohle zu großen Teilen importiert wird. Wie bei der Verbrennung von Biomasse kann die Bilanz jeweils verbessert werden, wenn die bei der Verbrennung entstehende Wärme weiter genutzt wird.

Auch der Wirkungsgrad eines Kraftwerks wirkt sich auf den CO2-Fußbadruck aus. Dieser hängt zum Beispiel von der Betriebsweise, Konstruktion und Betriebstemperatur des Kraftwerks ab. 

Erdgas

Erdgas besteht zu großen Teilen aus Methan, bei der Verbrennung entstehen Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid – allerdings weniger als bei der Verbrennung von Kohle. Je nach Kraftwerkstyp ist die Stromerzeugung mit Erdgas unterschiedlich effizient, was sich auf den CO2-Ausstoß pro erzeugter Kilowattstunde auswirkt.

Kernkraft

Während des Betriebs eines Kernkraftwerks, also während der kernphysikalischen Spaltung, werden erstmal keine Treibhausgase freigesetzt. Anders sieht es aus, wenn man die komplette Produktionskette betrachtet: Um Uran zu gewinnen, das für die Stromerzeugung benötigt wird, müssen große Gesteinsmengen mit Maschinen bewegt und bearbeitet werden. 

Außerdem muss Uran chemisch bearbeitet und zum Kraftwerk transportiert werden, was beides – je nach gewähltem Verfahren bzw. Transportmittel – CO2 freisetzt. Auch Bau und Betrieb eines Kraftwerks schlagen zu Buche, wie auch die unterirdischen Lagerstätten, die der Entsorgung dienen und mit großen Mengen an Beton abgesichert und abgedichtet werden.  

CO2-Fußabdrücke der Energiequellen im Vergleich

Weil die CO2-Bilanzen der Energiequellen durch so viele unterschiedliche Aspekte bedingt sein können, ist es schwierig, belastbare Zahlen dazu zu nennen. Der Weltklimarat IPCC hat 2014 deshalb hunderte wissenschaftliche Artikel analysiert und zusammengefasst, um die Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus jeder Quelle vergleichen zu können. Diese Zahlen geben einen guten Überblick, wurden aber seither nicht aktualisiert. Dementsprechend sind auch die seitdem gemachten Technologie- und Effizienzfortschritte nicht berücksichtigt.

Emissionen in Gramm CO2 pro Kilowattstunde, (Median)

Technologie  Median*  
Kohle 820
Biomasse kombiniert mit Kohle 740
Erdgas 490
Biomasse allein 230
Solarmodul in großem Maßstab 48
Solarmodul auf Dächern 41
Wasserkraft 24
Windturbine auf See 12
Kernenergie 12
Windenergie an Land 11

*Der Median ist der Zahlenwert, der genau in der Mitte eines Datensatzes liegt.

Fazit

Es ist schwierig, die genauen Treibhausgasemissionen für Strom aus den unterschiedlichen Energiequellen zu benennen, da kleine Änderungen in den komplexen Lebenszyklen zu veränderten CO2-Bilanzen führen. Die vom IPCC errechneten Daten sind nicht mehr aktuell, geben aber einen guten Überblick: Fossile Brennstoffe haben die höchste CO2-Bilanz, wobei die Verbrennung von Kohle am meisten Treibhausgase freisetzt. Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist mit deutlich niedrigeren Emissionen verbunden, wobei die Windenergie an Land vor knapp zehn Jahren den kleinsten CO2-Fußabdruck aufwies.

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Andreas König

Als Content-Manager kümmert sich Andreas bei Yuma um Redaktionelles. Hier nutzt er seine Erfahrung aus dem technischen Vertrieb und diversen Redaktionen, um über News und Wissenswertes zur Photovoltaik zu informieren.