Kohlendioxid ist in der Atmosphäre stabil und wird nicht abgebaut. Es wird nur teilweise in den Ozean und durch Pflanzen aufgenommen. Schließlich wird es langsam mit einer Halbwertszeit von etwa 200000 Jahren durch Verwitterung wieder aus dem Atmosphäre-Ozean-Biosphäre-System entfernt. Bei langandauernder, kontinuierlicher Emission stabilisiert sich die zusätzliche Kohlendioxidmenge der Atmosphäre erst bei einem Wert des 30000-fachen (3) der Emissionen pro Jahr.
Bildunterschrift: Anteil des Kohlendioxids, der nach gewisser Zeit noch in der Atmosphäre ist. Man beachte den logarithmischen Maßstab der Zeitachse. Er ist auch abhängig von der ausgestoßenen Menge.
Die Wirkung anderer, nicht stabiler Treibhausgase wie Methan ist wegen der kurzen Verweildauer in der Atmosphäre geringer, und wird hier einfachheitshalber nicht betrachtet.
Auch andere Veränderungen wie die Ausbreitung der Wüsten berücksichtige ich hier nicht.
Flächenbedarf der einzelnen Energieformen
Kommen wir nun zu dem Flächenbedarf einzelner Kraftwerke zur Stromproduktion. Emissionen bei der Herstellung von Kraftwerken usw. habe ich den sie verursachenden Energieformen zugerechnet und nicht den damit gebauten Kraftwerken.
Ich beginne mit der Kernenergie, die ja mit ihrer Energiedichte von angeblich 1000 W/m² Auslöser meiner Überlegungen war. Für ein Kraftwerk von 1 GW sind 1 km² für das Kraftwerk und weitere kerntechnische Anlagen plausibel, dazu kommen noch im Mittel 35 km² radioaktiv belastete Gebiete, die nicht genutzt werden können. Und die Abwärme verursacht bei einem Nettowirkungsgrad von 33% einen Meeresspiegelanstieg von 0,026 mm, der 5,5 km² überflutet; zusammen sind das 42 km² Flächenbedarf. Bei einer Auslastung von 80% sind das 19 W/m² elektrischer Energie.
Die Wirkungsgrade bei der Photovoltaik liegen zwischen 10 und 20%, bei 11% Auslastung in Deutschland. Dach- oder gar Fassadenanlagen haben den geringsten Flächenbedarf. Bei Freiflächenanlagen muss mit einem zusätzlichen Flächenbedarf durch Staffelung gerechnet werden, da sonst nördliche Anlagen durch die südlicheren verschattet werden. Es gibt aber auch Anlagen die weitgehend flach sind und dabei weniger Strom pro Modul produzieren aber auch weniger Fläche verbrauchen. Die zusätzliche Aufnahme von Sonnenenergie verringert die Albedo, sie kann aber je nach Untergrund geringer sein, als die Stromerzeugung. Sie verursacht 0,003 mm Meeresspiegelanstieg für eine mittlere Leistung von 1 GW. Eine Freiflächenanlage mit 14% Wirkungsgrad und mittlerer Staffelung braucht 132 km², das sind 7,5 W/m². Während für 1 GW (9 GWp) Dachanlagen ohne Staffelung nur 46 km² benötigt werden. Das Gebäude unter dem Dach kann noch genutzt werden, dann wäre es noch weniger, auch auf den Produktionsanlagen kann man PV installieren, also ergibt das 21 W/m².
Bei Windkraftanlagen braucht man genügen Abstand, damit sie sich gegenseitig nicht im Windschatten stehen. Man kann etwa 10 MW auf einen 1 km² aufstellen. Bei einer Auslastung von 20% sind das 2 W/m². Allerdings kann die Fläche darunter z. B. noch landwirtschaftlich genutzt werden, nur etwa 1% werden für die Türme und Anfahrtswege benötigt. Bei offshore-Anlagen wird nur Meeresfläche benötigt, abgesehen von den Produktionsanlagen an Land.
Bei der Wasserkraft gibt es zwei Größen für die Energiedichte. Zum einen die Größe des Einzugsgebietes für den Niederschlag. Sie bestimmt die auf einer Fläche erzielbare Gesamtleistung. Sie ist für Deutschland gering, weswegen hier nicht, wie in Norwegen, die gesamte Stromerzeugung aus Wasserkraft erfolgen kann. Bei 789 mm Jahresniederschlag, von dem ein Drittel abfließt, einer mittleren Höhe von 287 m und einem Wirkungsgrad von 90% ergibt das eine Leistung von 0,021 W/m². Man könnte jetzt noch berücksichtigen, dass der Niederschlag nicht gleich verteilt ist, oder dass Wasser aus höhergelegenen Ländern nach Deutschland fließt. Allerdings wird die Fläche des Einzugsgebietes nicht verbraucht und auch nicht in der Nutzung eingeschränkt wie bei der Windkraft. Deswegen ist hier der Wert für das Kraftwerk und den Stausee wichtiger, der natürlich sehr vom Gelände abhängig ist. Im Mittel komme ich auf 15 W/m². Damit ist für Wasserkraft trotz des geringen Flächenbedarfs die Energiedichte gering, da nicht einfach weitere Kraftwerke daneben gebaut werden können, auch wenn genügend Platz wäre, da dafür nicht genügend Wasser vorhanden ist.
Kommentare (23)