C4.4 Ökobilanz

Durch die solare Stromerzeugung mit Photovoltaikanlagen sollen die negativen Auswirkungen der fossilen und atomaren Stromerzeugung auf die Umwelt vermieden werden. Photovoltaik ist – neben der Windkraft – die wichtigste Technologie. Photovoltaikmodule sollen daher in den nächsten Jahren und Jahrzehnten in erheblichem Maße ausgebaut werden (siehe Kapitel A1 Klimawandel und Energiewende). Hierbei stellt sich die Frage, welche Erkenntnisse bislang zur Umweltwirkung von Photovoltaikmodulen vorliegen. Folgende Aspekte sind dabei relevant:

• CO₂-Emissionen bei Herstellung und Entsorgung
• Rohstoffaufwendungen
• Schadstoffe bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung
• Kreislauffähigkeit im Rückbau

PV-Anlagen erzeugen Strom durch direkte Umwandlung von Sonnenenergie und sind daher im Betrieb CO₂-frei. Für eine ganzheitliche Betrachtung muss jedoch der gesamte Lebenszyklus betrachtet werden, also auch die Herstellung und Entsorgung der Komponenten. Hierzu wurden in der Vergangenheit zahlreiche Berechnungen durchgeführt. Abbildung 3 zeigt das Ergebnis einer Studie mit den äquivalenten CO₂-Emissionen verschiedener Stromerzeugungstechnologien. Für die Photovoltaik wird hier ein Wert von 50 g CO₂ pro kWh Strom angesetzt. Neben der PV-Technologie spielen natürlich auch der Produktionsstandort bzw. die spezifischen Randbedingungen bei der Produktion eine Rolle. Mit Unterstützung des Umweltbundesamtes wurde vom Fraunhofer IBP ein Online-Portal veröffentlicht, in dem die durchschnittlichen CO₂-Emissionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern berechnet werden können (siehe Abb. 1). Da sich die Datenbasis stetig verändert, werden die Berechnungen der Ökobilanz regelmäßig aktualisiert. Ausführliche Informationen hierzu sind zu finden in Abbildung 2 sowie für die Einordnung der Zusammenhänge in der Publikation „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“ des Fraunhofer ISE (www.pv-fakten.de).

Die Stromerzeugung durch Photovoltaik verursacht unter den derzeitigen Bedingungen also auch CO₂, der Wert ist jedoch im Vergleich zur fossilen Stromerzeugung um einige Größenordnungen geringer. Die Steigerung der Wirkungsgrade, die Optimierungen bei den Herstellungsprozessen sowie der stetig zunehmende Anteil erneuerbarer Energie bei den Produktionsprozessen werden die über Photovoltaiksysteme verursachten Emissionen bei der Stromerzeugung in Zukunft zusätzlich weiter senken. Verbessert wird die Ökobilanz weiterhin bei einer gebäudeintegrierten Lösung, in der konventionelle Materialien eingespart und damit eine entsprechende CO₂-Gutschrift angesetzt werden kann.

Neben den erforderlichen Rohstoffen und dem Energieverbrauch bei der Herstellung ist die IntegrationIntegration Zusammenfügen und Verbinden von einzelnen Einheiten bzw. Bauelementen eines Systems zu einem komplexeren Bauteil, das die gleichen Funktionen erfüllt der Ressourcen in eine Kreislaufwirtschaft von elementarer Bedeutung für die Photovoltaik. Da PV-Module generell eine sehr lange technische Lebensdauer von mindesten 30 Jahren haben, ist der Rücklauf ausgedienter Module noch sehr überschaubar. Dies wird sich allerdings in naher Zukunft ändern, wenn die Module der ersten Welle aus den 1990er-Jahren rückgebaut werden.

Zu Recycling-Verfahren für PV-Module wurden in den letzten Jahren zahlreiche Forschungsprojekte durchgeführt, ebenso sind inzwischen auf PV-Recycling spezialisierte Unternehmen auf dem Markt aktiv. Zu diesem Thema hat die Deutsche Umwelthilfe (DUH) in 2021 ein Weißbuch veröffentlicht (siehe Abb. 4). In diesem werden die wichtigsten Anforderungen für die zukünftige Kreislaufwirtschaft definiert. Hierzu gehören neben der Reduktion von Schadstoffen und die Dokumentation durch unabhängige Labels auch eine systematische Datenerfassung bei der Inverkehrbringung sowie eine organisierte Sammlung der Produkte, ggf. mit Rücknahmeverpflichtungen der Hersteller. Ein entsprechendes Netzwerk hierzu wurde bereits 2013 unter dem Namen PV-Cycle gegründet (siehe Abb. 5).

Da PV-Module als elektrotechnische Geräte analog zu Handys, Haushaltsgeräten etc. eingruppiert sind, ist die Rückgabe an den Hersteller und die Wiederverwertung von alten Solarmodulen in Deutschland über das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG) geregelt. Sie stellt die deutsche Umsetzung der europäischen WEEE-Richtlinie dar (Richtlinie 2012/19/EU über Elektro- und Elektronik-Altgeräte). Mit der Aktualisierung 2021 wurde insbesondere der Umgang mit Schadstoffen neu geregelt. Beispielhaft für private Initiativen dient das Unternehmen „2ndlifesolar“ der Buhck-Gruppe (siehe Abb. 6). Über ein Logistik-Netzwerk aus zertifizierten Partnern in ganz Deutschland können ausgediente PV-Module vor Ort abgeholt werden. Es erfolgt zunächst eine Prüfung, ob die Module ggf. weiterverwendet werden können (Reuse). Ist dies nicht der Fall, erfolgt ein vollständiger Rückbau, bei dem neben den Solarzellen insbesondere die Rohstoffe Aluminium, Glas und Kupfer wiederverwertet werden (Recycling).

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