Die Stromerzeugung ist einer der größten Verursacher klimaschädlicher Treibhausgase weltweit. Um die globale Erwärmung deutlich unter 2°C zu halten, muss deswegen der Energiesektor CO2-neutral werden. Mehrere Wege führen zu diesem Ziel und jede Entscheidung hat ihre potenziellen Umweltauswirkungen – etwa Luft- und Wasserverschmutzung, veränderte Landnutzung oder Wasserbedarf. Erstmals hat jetzt ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) durch die Kombination mehrerer Systeme von Computersimulationen die Vorteile und Nachteile der drei wichtigsten Wege zur Dekarbonisierung beziffert.
Das Ergebnis: Eine Energiewende hin zu Strom aus Sonne und Wind bringt die meisten Vorteile für die Gesundheit von Mensch und Planet. Stattdessen eine vorwiegend konventionelle Kraftwerkstruktur beizubehalten und dabei auf Technologien wie die Abspaltung und Speicherung von CO2 oder Biomasse umzustellen, würde erheblich zu Lasten der Umwelt gehen: Der enorme Flächenbedarf würde die Artenvielfalt bedrohen, und es würden weiterhin Schadstoffe freigesetzt.
Ein Gewinner der Dekarbonisierung: die menschliche Gesundheit
„Wenn wir das Gesamtbild betrachten – die direkten Emissionen der Anlagen zur Stromerzeugung, den Abbau von Mineralien und Brennstoffen für Bau und Betrieb der Anlagen, bis hin zu den notwendigen Flächen für die Infrastruktur unserer Stromversorgung, so sehen wir: Es ist für Mensch und Umwelt am besten, hauptsächlich auf Windkraft und Sonnenenergie umzustellen“, erklärt Gunnar Luderer. Er ist Hauptautor der Studie und Vize-Chef des PIK-Forschungsbereichs zum Thema Transformationspfade. „Der größte Gewinner der Dekarbonisierung ist die menschliche Gesundheit. Ein Umsteuern hin zur erneuerbaren Energien könnte die negativen Auswirkungen der Stromerzeugung auf die Gesundheit um bis zu 80 Prozent reduzieren. Dies ist vor allem auf eine Verringerung der Luftverschmutzung durch das Verbrennen von Kohle und Öl zurückzuführen. Zudem sind die Lieferketten für Wind- und Solarenergie viel sauberer als der Abbau von Kohle und das Bohren nach Öl, und auch sauberer als die Erzeugung von Bioenergie.”
Für ihre in Nature Communications veröffentlichte Studie verglichen die Autoren drei Szenarien zur Dekarbonisierung des Stromsektors bis 2050: Ein Szenario konzentrierte sich hauptsächlich auf Solarenergie und Windkraft, ein zweites Szenario auf die Beibehaltung einer konventionellen Kraftwerksstruktur mit Umstellung auf Abscheidung und Speicherung von CO2 und Bioenergie, und ein drittes Szenario enthielt ein gemischtes Technologieportfolio. Alle Szenarien zeigen, dass der Flächenbedarf für die Stromerzeugung steigt. Die mit Abstand am meisten Fläche verschlingende Methode zur Stromerzeugung ist naturgemäß die Bioenergie.
„Pro Kilowattstunde Strom aus Bioenergie braucht man hundertmal mehr Land als für die gleiche Menge Energie aus Solarmodulen“, sagt Alexander Popp, Leiter der Arbeitsgruppe Landnutzungsmanagement am Potsdam-Institut.
„Landflächen sind eine begrenzte Ressource auf unserem Planeten. Angesichts der wachsenden Weltbevölkerung mit Hunger nach mehr Nahrung und mehr Strom wird auch der Druck auf die Landnutzung und die Ernährungssysteme zunehmen. Unsere Analyse hilft, die Größenordnungen richtig einzuschätzen, wenn man von den manchmal arg hoch gelobten Technologien der Bioenergie spricht.“
„Übergang von einer fossilen Rohstoffbasis zu einer Energiewirtschaft, die mehr Land und mineralische Ressourcen benötigt“
Anhand komplexer Simulationen skizzierten die Forscher die möglichen Wege zur Dekarbonisierung der Stromversorgung und kombinierten ihre Berechnungen mit Lebenszyklusanalysen für Anlagen zur Stromerzeugung, vom Bau bis zum Betrieb. Anders Arvesen von der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU) sagt:
Quelle: Lütkehus / UBA
„Durch die Kombination von zwei analytischen Brillen konnten wir alles betrachten, von der Luftverschmutzung bis zur Freisetzung von Toxinen, von den begrenzten Ressourcen an Mineralien, die für die Herstellung etwa von Windturbinen benötigt werden, bis hin zu den Flächen, die in Bioenergieplantagen umgewandelt werden. Diese umfassende Betrachtung ist ein sehr vielversprechender Ansatz, auch für andere Sektoren wie Gebäude oder den Verkehr.“
„Unsere Studie liefert noch mehr sehr gute Argumente für einen schnellen Übergang zu einer erneuerbaren Energieerzeugung – wir müssen uns jedoch bewusst sein, dass dies im Wesentlichen den Übergang von einer fossilen Rohstoffbasis zu einer Energiewirtschaft bedeutet, die mehr Land und mineralische Ressourcen benötigt“, erklärt Luderer.
„Intelligente Energiepolitik ist der Schlüssel zur Begrenzung der negativen Auswirkungen der Stromversorgung auf andere gesellschaftliche Ziele, wie Naturschutz oder Ernährungssicherheit, und sogar auf die Geopolitik.“