Deutschlands Windkraftausbau verschlingt enorme Rohstoffmengen – mit einem Trick lässt sich viel Material sparen

Deutschlands Windkraftausbau braucht gewaltige Mengen Beton, Stahl, Kupfer und Kunststoffe. Gleichzeitig kommen immer mehr Anlagen in die Jahre: Onshore-Windräder laufen in Deutschland rund 22 Jahre. Je mehr neue Anlagen entstehen und alte ersetzt werden, desto höher steigt bei der Windenergie der Materialbedarf. Ein Teil davon ließe sich vermeiden, wenn beim Austausch alter Windräder nicht jedes Bauteil auf dem Schrott landet.

Forscher der Universität Bayreuth haben berechnet, wie stark sich der Ressourcenverbrauch bis 2050 senken lässt. Dafür rekonstruierten sie den deutschen Windkraftbestand seit 1988 und modellierten verschiedene Ausbaupfade. Besonders viel lässt sich sparen, wenn beim sogenannten Repowering Fundamente, Türme, Kabel und andere Infrastruktur weitergenutzt werden. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Resources, Conservation & Recycling.

Wiederverwendung senkt bei Windenergie den Materialbedarf

Repowering bedeutet, ältere Windenergieanlagen durch leistungsfähigere Technik zu ersetzen. Moderne Windräder liefern auf derselben Fläche deutlich mehr Leistung. Werden dabei jedoch auch Fundamente, Türme und Infrastruktur komplett erneuert, steigt der Ressourcenverbrauch stark an.

Genau hier liegt der entscheidende Unterschied zwischen den untersuchten Szenarien. Beim Onshore-Ausbau schnitt ein teilweises Repowering am besten ab. Dabei werden Rotor und Gondel ersetzt, während Fundamente, Türme und Teile der Infrastruktur erhalten bleiben. Der Betonbedarf sank so gegenüber einem Repowering ohne Wiederverwendung um 14 Prozent. Bei Stahl waren es 10 Prozent weniger, bei Aluminium 13 Prozent und bei Kupfer 7 Prozent. Auch der Bedarf an Kunststoffen fiel um 13 Prozent.

Fundamente und Türme machen den Unterschied

Die Einsparungen entstehen vor allem dort, wo besonders schwere Bauteile weitergenutzt werden können. Fundamente bestehen hauptsächlich aus Beton und Stahl. Auch Türme benötigen große Mengen Stahl oder Beton. Kabel, Transformatoren und Schaltanlagen enthalten zusätzlich Kupfer, Aluminium und Kunststoffe.

„Unser Ziel war es, die materiellen Anforderungen unterschiedlicher Ausbau- und Repoweringpfade systematisch zu untersuchen und Potenziale für Materialeinsparungen sichtbar zu machen“, sagt Christoph Helbig, Professor für Ökologische Ressourcentechnologie und Co-Autor der Untersuchung, laut Universität Bayreuth.

Offshore-Windparks brauchen besonders viel Kupfer

Auf See verschieben sich die Einsparpotenziale. Offshore-Windparks benötigen lange Kabel, Umspannwerke und weitere Infrastruktur, um den Strom an Land zu bringen. Dadurch ist vor allem der Kupferbedarf hoch. Obwohl die geplante Offshore-Leistung deutlich unter der Onshore-Leistung liegt, fällt der Kupferbedarf in den Modellen höher aus.

Am günstigsten für Beton, Kupfer und Kunststoffe schnitt offshore ein Szenario ab, bei dem die vorhandene Infrastruktur trotz einer um 50 Prozent höheren Windparkleistung erhalten bleibt. Dadurch sank der Betonbedarf um 15 Prozent, der Kupferbedarf um 11 Prozent und der Bedarf an Kunststoffen um 12 Prozent. Für Stahl und Aluminium brachte dagegen das teilweise Repowering mit jeweils 8 Prozent die größten Einsparungen.

Frühes Repowering kann sogar mehr Material verbrauchen

Repowering spart jedoch nicht automatisch Rohstoffe. Werden Anlagen schon deutlich vor ihrem technischen Lebensende ersetzt und gleichzeitig kaum Bauteile weiterverwendet, steigt der Materialdurchsatz. Über denselben Zeitraum müssen dann mehr Generationen von Windrädern gebaut werden.

Im Modell lag das durchschnittliche Repowering rund 4,6 Jahre vor der normalen Stilllegung. Ein Szenario ohne Repowering benötigte deshalb bei vielen Materialien sogar weniger Ressourcen als frühes Repowering ohne Wiederverwendung. Den höchsten Materialbedarf verursachte die Variante, bei der bestehende Windparks schnell vergrößert, ihre Komponenten aber nicht weitergenutzt wurden.

Auch Seltene Erden lassen sich einsparen

Neben Beton, Stahl und Kupfer betrachteten die Forscher auch Neodym und Dysprosium. Diese Seltenen Erden kommen vor allem in Permanentmagneten moderner Generatoren zum Einsatz. Bei Offshore-Anlagen dürfte ihr Bedarf besonders stark steigen, weil solche Generatoren dort künftig dominieren könnten.

Teilweises Repowering kann diesen Bedarf begrenzen. Bestehende technische Konzepte bleiben länger im Einsatz, während nur ausgewählte Komponenten ersetzt werden. Dadurch sinkt im Modell indirekt der Bedarf an Neodym und Dysprosium. Die Forscher sehen darin einen zusätzlichen Vorteil für Lieferketten kritischer Rohstoffe.

Bis 2050 wächst Deutschlands Windkraftflotte stark

Die Berechnungen orientieren sich an den deutschen Ausbauzielen. An Land steigt die installierte Leistung im Modell von rund 61 Gigawatt im Jahr 2024 auf 160 Gigawatt bis 2050. Auf See wächst sie von 8,3 auf 70 Gigawatt. Gleichzeitig erreichen immer mehr ältere Anlagen das Ende ihrer Nutzungszeit. Onshore-Windräder laufen in Deutschland im Schnitt etwa 22,6 Jahre, Offshore-Anlagen sind für rund 25 Jahre ausgelegt.

Wie hoch der tatsächliche Materialbedarf ausfallen wird, hängt von mehreren Annahmen ab. Dazu gehören künftige Turbinengrößen, Lebensdauern, technische Entwicklungen und die Frage, welche Bauteile sich tatsächlich weiterverwenden lassen. Die Berechnung berücksichtigt zudem keine möglichen Fortschritte, durch die Windräder künftig mit weniger Material auskommen könnten.

„Die Ergebnisse zeigen, dass Wiederverwendungsstrategien ein wichtiger Hebel sein können, um Ressourceneffizienz und Ausbauziele miteinander zu verbinden“, sagt Helbig. Besonders Fundamente, Türme und Infrastruktur könnten deshalb beim nächsten Windrad noch einmal weiterarbeiten, statt zusammen mit der alten Anlage ersetzt zu werden.

Kurz zusammengefasst:

• Deutschlands Windkraftausbau braucht große Mengen Beton, Stahl, Kupfer und Kunststoffe.
• Besonders viel Material lässt sich sparen, wenn beim Repowering Fundamente, Türme und Infrastruktur weiterverwendet werden.
• Repowering ist nicht automatisch ressourcenschonend: Ohne Wiederverwendung kann der Materialbedarf sogar höher ausfallen.

Übrigens: Wie lange Windräder ihre Bauteile weiterverwenden können, hängt auch davon ab, wie stark Turbulenzen Rotoren und Material über Jahre belasten. Warum kurze Böen den Verschleiß beschleunigen können, mehr dazu in unserem Artikel.

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