Materialbedarf von Stromerzeugungssystemen: Szenarienpfadanalyse für Deutschland

Kurzfassung

Um ein nachhaltiges Stromerzeugungssystem mit niedrigen Stromgestehungskosten und geringen Emissionen zu erreichen, sind hohe Anteile erneuerbarer Energien notwendig. Diese Anlagentypen sind gegenüber konventionellen Kraftwerken einerseits mit einem deutlich geringeren Bedarf an energetisch genutzten Rohstoffen während der Betriebsphase verbunden, benötigen dafür bei der Installation mehr nicht-energetisch genutzte Rohstoffe. Zudem kommen dabei eine größere Anzahl unterschiedlicher Metalle zum Einsatz. Daher werden für Deutschland zwei unterschiedliche Stromerzeugungssysteme hinsichtlich ihrer gebundenen Materialsummen untersucht. Der Schwerpunkt des ersten Szenarios liegt auf der Nutzung von heimischen fluktuierenden Energieträgern wie Photovoltaik und Windenergie, während im anderen Szenario der Import von gut regelbarer erneuerbarer Energie aus solarthermischen Kraftwerken in Nordafrika im Vordergrund steht. Zudem werden anhand von zwei Szenariovariationen die Auswirkungen von hohen sowie niedrigen Marktanteilen von Dünnschichtphotovoltaik und getriebelosen Windenergiegeneratoren aufgezeigt. Auf der Basis von Literaturwerten wird der jeweilige technologiespezifische Materialbedarf erfasst und ein szenarienbasiertes Materialmodell erstellt. Für Mengenmaterialien, welche als breit verfügbar angesehen werden können, fallen die Unterschiede zwischen den zwei Szenarien verhältnismäßig gering aus. Der Bedarf an Spezialmaterialien wird demgegenüber in erster Linie durch die Rohstoffverfügbarkeit und Preisdynamik beeinflusst. Daher liegt der Fokus der Materialanalyse auf den Technologiematerialien Kupfer, Blei, Silizium, Silber, Lithium sowie Vanadium. Durch Importe von regelbarer erneuerbarer Energie aus solarthermischen Kraftwerken in Nordafrika lassen sich die gebundenen Materialsummen dieser Materialien deutlich reduzieren. Neben den Materialsummen zu den Betrachtungszeitpunkten der Szenarien lassen sich die Materialflüsse über die Systemgrenzen ableiten und ins Verhältnis zur Jahresproduktion setzten. Dabei zeigt sich, dass im Szenario der Importe von solarthermisch erzeugter Energie sich sowohl deutliche Reduktionen des Materialinputs als auch gleichmäßigere Materialströme erzielen lassen. Um langfristige Engpässe in der Materialverfügbarkeit zu identifizieren werden darüber hinaus die gebundenen Materialsummen den weltweiten verfügbaren Reserven und Ressourcen gegenüber gestellt.