Sind Photovoltaikanlagen gut für die Umwelt?

Nicht nur die Hoffnung, Geld zu sparen, sondern auch ökologische Beweggründe haben viele deutsche Hauseigentümer dazu veranlasst, Solarzellen zur Strom- oder Wärmegewinnung auf ihr Dach zu montieren. Nicht zuletzt sind es auch die rechtlichen Vorgaben der Energie-Einsparverordnung (EnEV), die bei Bauherren das Interesse an Solarzellen wecken. Doch das, was den Kunden versprochen wird, wird nur teilweise gehalten.

Der Herstellungsprozess

Lange Zeit warfen Kritiker den Herstellern von PV-Anlagen vor, dass bei der Produktion der Module so viel Energie aufgewendet werden müsste, dass diese erst nach einer langen Betriebsdauer der PV-Anlagen wieder hereingeholt werden würde. In Fachkreisen wird hier von der Energierücklaufzeit gesprochen. Diese Annahme wurde kürzlich durch eine Untersuchung des Fraunhofer-Instituts widerlegt: Tatsächlich gilt bei einer für deutsche Verhältnisse mittleren Jahreseinstrahlung von 1.055 kWh/m2, dass die im Herstellungsprozess verbrauchte Energie zwei Jahre nach der Inbetriebnahme der Module wieder erzeugt wurde. Wenn man von einer Lebensdauer von 20 Jahren ausgeht, erzeugt demnach eine heute produzierte PV-Anlage während dieser Zeit 10-mal mehr Energie, als für ihre Herstellung eingesetzt wurde. Aber: Die Energiekosten, die im weiteren Text erwähnt werden, bleiben hier unberücksichtigt. Für diese Berechnung wurden lediglich die Transportkosten sowie die Herstellungskosten im Werk herangezogen.
Doch für die Produktion der Module wird ja nicht nur Strom benötigt. Da hierfür Halbleiter wie Silicium verwendet werden, ist ein hoher Materialeinsatz erforderlich.  Je nach Herstellungsverfahren werden unterschiedliche Chemikalien wie z. B. Cadmium oder das Treibhausgas Schwefelhexafluorid eingesetzt. Zu den Treibhausgasen zählen auch Hexafluorethan und Nitrogentrifluorid – sie werden ebenfalls von den Herstellern der PV-Anlagen in die Außenluft emittiert, sind aber wie das Schwefelhexafluorid deutlich gefährlicher als das überall verpönte CO¬¬2: Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), das in Deutschland auch verkürzt als „Weltklimarat“ bezeichnet wird, hält diese drei Gase für 10.000 bis 23.000 Mal klimaschädlicher als Kohlendioxid. Damit steht dieser Industriezweig an der Spitze der dem Klima schadenden Treibhausgasemittenten.

Die Förderung der Rohstoffe und ihre Folgen

Ein weiteres Beispiel, das die Produktion von PV-Paneelen in keinem besonders guten Licht dastehen lässt, ist der Einsatz von Kupfer. Es wird verwendet, wenn bis zu zehn Solarzellen zu einem sog. String verarbeitet werden. Die Solarzellen werden dabei mit einem Kupferbändchen verlötet. Mit einem jährlichen Anteil von mehr als 30 % trägt Chile zur weltweiten Kupferförderung bei, danach folgen Indonesien und die USA mit je 10 % und Australien, China, Peru und Russland mit Förderanteilen zwischen 5 % und 8 %.
Im Auftrag des Umweltbundesamtes hat die Montanuniversität Leoben zusammen mit der Berliner Unternehmensberatung adelphi  Anfang 2015 einen Forschungsbericht herausgegeben, der sich u. a. mit den Umweltauswirkungen der Kupfergewinnung in der Mine Chuquicamata in Chile beschäftigt. Chuquicamata ist die weltgrößte Mine mit etwa 8.000 Beschäftigten. Dort wird rund um die Uhr Kupfer abgebaut. Schon wegen ihrer Größe ist die Mine die größte SO2-Quelle der Erde. Durch dessen Oxidation wird Schwefeldioxidgas emittiert, das mithilfe von Rauchgasentschwefelungsanlegen aus den Abgasen entfernt werden muss. Diese Anlagen haben die SO2-Emissionen zwar 2005 um rd. 60 % auf unter 100.000 t gesenkt, seit 2009 stiegen sie jedoch wieder an und betrugen 2011 110.000 t. Zum Vergleich: Der SO2-Ausstoß der gesamten deutschen Industrie betrug 2013 86.700 t. Eine ähnliche Entwicklung gab es auch bei den Arsen-Emissionen: Seit ihrem Tiefstand 2003 steigen sie nach und nach wieder an und lagen 2011 bei 520 kg – nur in Chuquicamata. In Deutschland betrug die gesamte Arsen-Emission 2013 5,3 kg.

Der Kupferbergbau benötigt enorm viel Wasser. Der staatliche Minenbetreiber CODELCO entnahm 2011 für den Betrieb der Chuquicamata-Mine 56.118.000 m3 Oberflächenflächenwasser und 9.000 m3 Wasser, das aus der öffentlichen Wasserversorgung stammte. Der große Haken daran ist, dass sich dieser Tagebau an einem der trockensten Orte der Welt, der Atacamawüste, befindet. Dort ist jährlich mit einer durchschnittlichen Niederschlagsmenge zwischen 0,6 mm und 2,1 mm zu rechnen. Dagegen nimmt sich die Sahara mit ihren jährlichen 45 mm wie ein Feuchtgebiet aus. Durch geplante Produktionsausweitungen wird der Wasserbedarf im Bergbau künftig weiter ansteigen. Dem versucht CODELCO mit einer Wasseraufbereitungsanlage zu begegnen, die das behandelte Wasser wieder dem Produktionszyklus zuführen soll. Bislang ist von deren Montage noch nichts bekannt, also wird weiterhin folgendes Prinzip angewendet: Das kontaminierte Wasser läuft durch das Gefälle in eine Senke in der Wüste und steht dort ein paar Tage. In dieser Zeit setzen sich die Schadstoffe auf dem Grund ab, anschließend wird das Wasser zurück zur Mine gepumpt.

Die Gewinnung des hochreinen Kupfers ist sehr energieintensiv. In einer Gießerei  wird das aufbereitete Erz bei einer Temperatur von 1.300° C mehrmals in Hochöfen geschmolzen. Bei jedem Schmelzvorgang erhöht sich die Kupferkonzentration, bis zum Schluss Kupfer mit einem Reinheitsgrad von 99,98 % übrig bleibt. Diese hohe Reinheit ist auf dem Weltmarkt unerreicht und macht das Kupfer aus Chuquicamata zu einem hervorragenden Strom- und Wärmeleiter.

Spätestens jetzt kommen Zweifel auf, ob es sich bei der Photovoltaik tatsächlich um eine ökologisch sinnvolle Maßnahme zur Schonung unserer Ressourcen und des Klimas handeln könnte.

Die Entsorgung

Die PV-Industrie spricht den heute gebauten Anlagen eine Lebensdauer von etwa 20 bis 25 Jahren zu. Danach stellt sich die Frage, wie die Solar-Module umweltfreundlich entsorgt werden können: Da der Solar-Boom in den 1990er-Jahren begonnen hat, haben schon viele Solar-Module das Ende ihrer Lebensdauer erreicht oder werden dies demnächst tun. Bis 2020 geht man von 35.000 Tonnen zu entsorgenden Solar-Modulen – pro Jahr.
Das Problem bei der Entsorgung sind die Schadstoffe, die in den Modulen enthalten sind. So gut wie alle Modultechnologien setzen Lötbändchen ein, in deren Lötzinn Blei enthalten ist.
Module, die mit der Dünnschicht-Technologie gefertigt worden sind, enthalten neben Blei auch Cadmiumsulfid oder Cadmiumtellurid. In der EU ist die Verwendung von Blei und Cadmium in elektronischen oder elektrischen Produkten verboten, nur bei den PV-Modulen wird hier eine Ausnahme gemacht. Alle diese Schadstoffe können austreten, wenn die Module defekt sind und über die Schadstellen wässrige Lösungen in sie eindringen. Wie dieses Problem gelöst werden kann, wird derzeit an der Universität Stuttgart erforscht. Für dieses Projekt hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie 800.000 Euro bereitgestellt.
Derzeit werden Verfahren, mit denen sich Solarzellen recyceln lassen, erst noch entwickelt.

Doch Experten sehen noch ein weiteres Problem: Sie schätzen es als relativ wahrscheinlich ein, dass kaputte oder weniger ertragreiche Solarmodule nicht sachgerecht entsorgt, sondern statt in der Recyclinganlage auf wilden Müllkippen in Entwicklungsländern landen. Diese illegale Art der „Entsorgung“ ist bereits von Elektrogeräten bekannt und wird seit Jahren in großem Stil praktiziert.

Fazit:
Die Bilanz fällt durchaus sehr gemischt aus. Die Solarindustrie richtet ihren Fokus bei der ökologischen Bewertung ihrer Produkte nur auf die Bedingungen in Deutschland, obwohl auch an ihnen wegen der Verwendung von Schadstoffen und dem Ausstoß von Treibhausgasen während des Produktionsprozesses durchaus Kritik geübt werden kann. Die Schäden, die bei der Gewinnung der benötigten Rohstoffe entstehen, werden ausgeblendet.
Einzelne Solarfirmen bieten Produkte an, die ohne Blei auskommen und stattdessen Silber einsetzen. Auch bei der Metallisierung der Zellen kann Bleioxid, das in der Silberpaste enthalten ist, durch Wismut oder Tantal ersetzt werden. Ob diese Herstellungsvariante die Solarzellen verteuert, ist unter Fachleuten umstritten.

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