Photovoltaik Wie umweltschädlich sind Solarzellen?
Photovoltaik gilt als saubere Energiequelle, aber auch Solarzellen kommen nicht ganz ohne Schadstoffe und Emission von Klimagasen aus: bei der Herstellung und bei der Entsorgung.
Eine Stromerzeugungstechnik völlig ohne Umweltwirkungen gibt es nicht. Die Photovoltaik verursacht während der Nutzungsphase keine Emissionen und hat deshalb im Vergleich zu anderen Energieformen eine sehr gute Umweltbilanz. Bei der Produktion der Module und ihrer Entsorgung verbraucht jedoch auch die Sonnenenergie Ressourcen und verursacht Abfall.
Wie viel Energie frisst die Herstellung?
"Die Geschichte, die immer mal wieder durch die Gegend geistert, dass Photovoltaikanlagen sich niemals energetisch amortisieren, ist Quatsch", betont Matthias Futterlieb vom Umweltbundesamt (UBA). In Deutschland brauchen Solarzellen im Normalfall ungefähr ein Jahr, bis sie so viel Energie produziert haben, wie zur Herstellung nötig war. Auch unter ungünstigen Bedingungen sind es nicht mehr als zwei Jahre. In Südeuropa reichen laut UBA und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) sogar acht Monate. Im Gegenzug kann eine Photovoltaik-Anlage über Jahrzehnte Strom produzieren. Die Hersteller geben eine Garantie für 25 bis 30 Jahre. In der Praxis halten die Module in der Regel länger.
Wie klimaschädlich ist die Produktion von PV-Modulen?
Eine Kilowattstunde Solarstrom verursacht laut Umweltbundesamt einen Treibhauseffekt, der rund 40 Gramm Kohlendioxid entspricht. Eine Kilowattstunde Braunkohlestrom dagegen verursacht 1000 Gramm CO2 allein durch den Brennstoff. Bau und Abriss des Kraftwerks sind dabei noch gar nicht mitgerechnet.
Das Fraunhofer ISE geht inzwischen sogar von weit besseren Werten aus. Nach einer aktuellen ISE-Studie verursacht eine Kilowattstunde PV-Strom nur 20 Gramm CO2. Der Grund: Im vergangenen Jahrzehnt wurde der Herstellungsprozess von Solarzellen stark verbessert. Die Siliziumschicht in den Zellen ist weniger als halb so dick wie vorher, und beim Sägen des Siliziums entsteht weniger Abfall.
Rahmenlose Glas-Glas-Module haben laut Fraunhofer ISE die beste Energiebilanz. Weil sie keinen Aluminiumrahmen benötigen und länger halten, sparen sie im Vergleich zu herkömmlichen Glas-Folien-Modulen noch einmal 22 bis 27 Prozent CO2-Emissionen. Bisher setzen jedoch erst wenige Hersteller auf diese Technik.
Welchen Umweltschaden verursachen Importe?
Die meisten Solarmodule werden aus China importiert. Der Transport nach Europa macht nur drei Prozent der Gesamt-Emissionen aus. Ein Nachteil ist jedoch der Energiemix in China: Dort fließt mehr Kohlestrom im Netz als in Europa. Nach Berechnungen von Fraunhofer lassen sich mit der Herstellung der Module in Europa deshalb noch einmal 40 Prozent CO2 einsparen.
Holger Neuhaus, Abteilungsleiter bei Fraunhofer ISE, beobachtet tatsächlich einen Trend, wieder mehr Photovoltaik-Fabrikation nach Europa zu holen: mit mehreren Firmeneröffnungen in Ostdeutschland und einer großen Fertigung, die in Spanien geplant ist. "Ich bin da sehr optimistisch, dass hier auch wieder was entstehen wird", sagt er.
Werden knappe oder kritische Rohstoffe verbraucht?
Laut Umweltbundesamt stecken in Photovoltaik-Modulen keine Rohstoffe, die weltweit knapp oder in der Beschaffung problematisch sind. Die mengenmäßig bedeutendsten Stoffe sind Silizium, das aus Sand gewonnen wird, und Aluminium. In den Solarzellen ist auch ein kleiner Anteil Silber enthalten.
Stecken in Solarzellen auch Schadstoffe?
Solarzellen sind nicht giftig und kein Sondermüll. Sie enthalten aber - vergleichbar mit anderen Elektrogeräten - Stoffe, die nicht in die Umwelt gelangen sollten. Dabei geht es vor allem um einen geringen Anteil an Blei, das in elektrischen Kontakten verbaut ist. In manchen Solarzellen sind auch Spuren von Cadmium enthalten. Während des Betriebs sind diese Stoffe fest gebunden und werden nicht ausgewaschen; es ist aber wichtig, dass sie ordnungsgemäß entsorgt werden.
Die Herstellung von PV-Modulen ohne Blei ist problemlos möglich, aber etwas teurer. Deshalb haben sich bleifreie Anlagen am Markt noch nicht durchgesetzt. Die EU plant für 2023 eine Ökodesign-Richtlinie für Photovoltaik-Module. Dann sollen Haltbarkeit und Inhaltsstoffe transparent und auch Grenzwerte eingeführt werden. Experte Neuhaus von Fraunhofer ISE plädiert dafür, Blei in PV-Modulen auf europäischer Ebene ganz zu verbieten.
Wie viel Müll entsteht?
Noch ist das Aufkommen an verschrotteten Photovoltaikmodulen gering. 2018 wurden nach Zahlen des Bundesumweltministeriums deutschlandweit knapp 8000 Tonnen erfasst - also weniger als ein Prozent der mehr als 850.000 Tonnen gesammelter Elektro-Altgeräte. Das wird sich jedoch in Zukunft stark ändern. Für 2030 erwarten manche Prognosen bereits rund eine Million Tonnen ausrangierter Photovoltaik-Module, wie aus einem Weißbuch der Deutschen Umwelthilfe (DUH) zur Kreislaufwirtschaft in der Photovoltaik hervorgeht. Damit würde das bisherige Volumen an Elektroschrott in Deutschland mehr als verdoppelt. Eine gute Wiederverwertung des Materials ist also entscheidend, betont die Umwelthilfe.
Lassen sich Photovoltaikmodule wiederverwerten?
Ausrangierte, aber noch funktionsfähige Module können als Gebrauchtware anderswo wieder eingebaut werden. Bei defekten PV-Elementen ist ein vollwertiges Recycling der Inhaltsstoffe prinzipiell möglich. "Wir haben die Technologien, um die Materialien wieder rauszuholen. Aber sie werden bisher noch nicht im industriellen Maßstab eingesetzt", sagt Laura Geßner von der Deutschen Umwelthilfe.
Wie funktioniert das Recycling bisher in der Praxis?
Das Aluminium aus den Rahmen und Kupfer aus Kabeln werden bereits hochwertig recycelt. Das Glas wird mit weiteren Inhaltsstoffen vermischt, jedoch nur zu Glaswolle verarbeitet, die später nicht erneut recycelbar ist.
Ein Gebrauchtmarkt für Solarmodule in Deutschland ist zwar vorhanden, aber noch unterentwickelt. Wie viele ausrangierte PV-Module ins Ausland gebracht oder einfach eingelagert werden, lässt sich nicht beziffern. "Noch funktionierende Module ins Ausland zu verkaufen, ist nicht unbedingt schlecht", meint Geßner. "Aber was wir nicht wollen ist, dass die dann nicht recycelt werden und auf irgend einer Schrottdeponie landen." Die Deutsche Umwelthilfe fordere daher gesetzliche Vorgaben von Bundesregierung und EU, um ein hochwertiges Recycling von Photovoltaikmodulen sicherzustellen.