Generiert Photovoltaik auch Abfall?
Generiert Photovoltaik auch Abfall? Der Kampf gegen die Klimaerhitzung zwingt uns zur raschen Dekarbonisierung unserer Energiesysteme. Dies wird zu einem steigenden Stromverbrauch führen, weil beispielsweise Öl- und Gasheizungen durch Wärmepumpen und Verbrennungsmotoren durch Elektroantriebe ersetzt werden. Falls an deren Stelle Wasserstoff eingesetzt werden sollte, so braucht es auch zu dessen Herstellung Strom. Mit Massnahmen zur Förderung der Energieeffizienz lässt sich Gegensteuer geben, aber dennoch ist für die Schweiz von einem zukünftigen jährlichen Stromverbrauch von rund 80 Terawattstunden (TWh) auszugehen – ein Drittel mehr als heute. Zugleich muss der wegfallende Strom aus Atomkraftwerken ersetzt werden – insgesamt braucht es also zusätzliche 40-45 TWh Strom aus erneuerbaren Energien.
Photovoltaik wird zur zweiten Säule unserer Energieversorgung
Woher soll dieser Strom kommen, wenn wir nicht stärker als bisher von Importen abhängig sein möchten? Bei der Wasserkraft ist das Potenzial fast vollständig ausgeschöpft und Projekte stossen oft auf Widerstand – ebenso wie bei der Windenergie. Auch Geothermie-Kraftwerke konnten bisher noch keine realisiert werden. Der Ausbau der Solarenergie hingegen schreitet rasch voran, Photovoltaikanlagen lieferten letztes Jahr bereits rund 2,5 TWh Strom, 4 Prozent des Bedarfs. Allein auf den dafür besonders geeigneten Dach- und Fassadenflächen könnten gemäss einer Untersuchung mehrerer Bundesämter rund 66 TWh Solarstrom erzeugt werden. Auch die neu erstellten Energieperspektiven 2050+ gehen von 34 TWh Solarstrom im Jahr 2050 aus. Fazit: Photovoltaik (PV) wird neben der Wasserkraft zur tragenden Säule unserer Energieversorgung. Damit der Umbau der Energieversorgung rechtzeitig gelingt, muss allerdings der jährliche Zubau um etwa den Faktor vier gegenüber heute beschleunigt werden. Das wären Photovoltaikmodule mit einer Leistung von rund 1500 Megawatt. Pro Einwohner entspricht dies einer Fläche von 0,9 Quadratmetern und einem Gewicht von etwa 9 kg. Das sind beträchtliche Mengen, zu deren Wiederverwendung rechtzeitig Vorkehrungen getroffen werden müssen.
Swissolar ist der Fachverband der Solarbranche, der die Interessen von rund 750 Mitgliedern und 6000 Vollzeitstellen vertritt. Er setzt sich für einen beschleunigten, aber verantwortungsbewussten Ausbau der Solarenergie in der Schweiz ein, um eine sichere und klimaverträgliche Energieversorgung sicherzustellen. Zu den Aktivitäten gehören unter anderem Öffentlichkeitsarbeit, Aus- und Weiterbildung und die sinnvolle Ausgestaltung von Normen.
Die verschiedenen Arten von Solarmodulen
Das energieproduzierende Element einer PV-Anlage sind die Solarmodule, oft auch Panels genannt. Weit über 90 Prozent der in der Schweiz verbauten Module basieren auf kristallinem Silizium (nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erdrinde), das in Form von sogenannten Solarzellen in den Modulen verbaut ist. Sie sind untereinander durch Lötstreifen elektrisch verbunden und werden vor- und rückseitig in eine Folie aus Ethylen-Vinylacetat eingebettet, vorne folgt ein Glas, hinten ebenfalls ein Glas oder eine Tedlar- Folie. Je nach Anwendung wird das Modul zusätzlich durch einen Aluminiumrahmen geschützt. Abgesehen von sehr geringen Mengen Blei und Silber sind diese Module schadstofffrei. Nebst dieser Tatsache sorgten die steigenden Wirkungsgrade (heute bei über 20 Prozent) sowie die rasch gesunkenen Kosten für die Dominanz dieser Technologie. Zudem haben diese Module eine Lebensdauer von über 25 Jahren – an der Fachhochschule der Südschweiz ist eine Anlage seit 1982 in Betrieb und liefert immer noch rund 70 Prozent des ursprünglichen Ertrags. Eine untergeordnete Rolle spielen sogenannte Dünnschichtmodule, die Schadstoffe enthalten können. Am häufigsten sind es CIGS-Module, die Abkürzung steht für Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Nur gerade zwei Anlagen gibt es in der Schweiz mit Cadmium- Tellurid-Modulen. Das problematische Cadmium ist bei diesen Modulen in einer stabilen und unschädlichen Verbindung vorhanden, dennoch ist die Skepsis gegenüber der Verwendung dieses Stoffs verständlich.
Grosse Hoffnung setzt die Solarbranche in neue Perowskit-Module, die mit hohen Wirkungsgraden noch günstiger als die bisherigen Technologien sein sollen. Allerdings ist bisher nicht klar, ob eine Langzeitstabilität dieses Materials jemals erreicht werden kann. Erste kommerzielle Ansätze von Perowskitzellen basieren auf sogenannten Tandemzellen. Dabei werden dünne Perowskitschichten auf eine Trägerzelle aus monokristallinem Silizium aufgebracht, wodurch ein grösserer Anteil des Lichtspektrums genutzt werden kann.
Vorgezogene Recyclinggebühr, bisher freiwillig
In der EU sind Photovoltaik-Module der WEEERichtlinie unterstellt. Diese dient der Vermeidung von Abfällen von Elektro- und Elektronikgeräten und der Reduzierung solcher Abfälle durch Wiederverwendung, Recycling und anderer Formen der Verwertung.
In der Schweiz regelt die Verordnung über die Rückgabe, die Rücknahme und die Entsorgung elektrischer und elektronischer Geräte (VREG) die Entsorgung von Elektronikschrott. In der seit langem geplanten Revision dieser Verordnung sollen auch Photovoltaik- Module der VREG unterstellt werden. Die Solarbranche hat sich entschieden, nicht auf das Obligatorium zu warten, sondern aus eigener Verantwortung aktiv zu werden. Seit 2014 besteht deshalb eine Partnerschaft von Swissolar mit der Stiftung SENS eRecycling, auf deren Basis fast alle Hersteller und Importeure in der Schweiz eine vorgezogene Recyclinggebühr auf ihre verkauften Module bezahlen. Somit können bereits heute defekte Module kostenlos zurückgegeben werden. SENS organisiert und finanziert den Transport und die fachgerechte Verwertung dieser Module. Wegen deren langer Lebensdauer sind die bisher rezyklierten Mengen allerdings minim.
Modulrecycling, heute und in Zukunft
Zurzeit werden die defekten Module in einem spezialisierten Betrieb in Deutschland verarbeitet – aufgrund der geringen anfallenden Mengen gibt es dafür noch keinen Anbieter in der Schweiz. Das Glas, welches rund 85% Prozent des Gesamtgewichts ausmacht, wird für die Herstellung von Glaswolle als Dämmmaterial aufbereitet. Metalle, die einen Gewichtsanteil von rund 10% Prozent haben, werden in Eisen- und Nichteisen-Metalle aufgetrennt und für Metallhütten aufbereitet. Die Verbundfolie ist ein minderwertiger Kunststoff, für den keine Nachfrage am Markt besteht, weshalb sie in KVA oder in der Zementindustrie verbrannt wird.
Und was geschieht mit den Silizium-Zellen, dem Kernstück der Module? Ihr Gewichtsanteil liegt bei weniger als einem Prozent. Bisher hat sich deren chemische Aufbereitung im industriellen Massstab nicht durchgesetzt. Sie werden heute deshalb zusammen mit dem Glas aufbereitet. Firmen in Frankreich und Italien arbeiten an Verfahren, um diesen Rohstoff in Zukunft wiederverwenden zu können.
Bei den Dünnschichtmodulen existieren Verfahren zur Wiederverwendung der wertvollen Materialien wie etwa Indium oder Gallium. Angesichts der minimen bisher angefallenen Mengen von defekten Modulen dieser Technologie konnte bisher noch keine industrielle Verarbeitung etabliert werden, aber diese dürfte zur Verfügung stehen, sobald das Ende der Lebensdauer einer grösseren Anzahl Module erreicht ist. Eine Ausnahme gibt es: Der wichtigste Hersteller von Cadmium-Tellurid-Modulen garantiert schon heute deren Rücknahme und fachgerechte Verarbeitung nach Ende der Lebensdauer.
Weitere Komponenten
Zu einer PV-Anlage gehören weitere Komponenten. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in netztauglichen Wechselstrom um. Es handelt sich um Leistungselektronikgeräte, die nach dem Ende ihrer Lebensdauer wie andere solche Geräte der Wiederverwertung zugeführt werden müssen. Verkabelung und Montagesysteme kommen ins Metallrecycling. Vermehrt kommen Batteriespeicher zum Einsatz, obwohl dies eigentlich in der Schweiz mit ihren Speicherseen nur beschränkt sinnvoll ist. Oft werden dabei Batterien verwendet, die vorgängig in der E-Mobilität im Einsatz waren. Solche second-life-Anwendungen können deren Ökobilanz deutlich verbessern. Zudem gibt es Bestrebungen, im Batterierecycling nebst Kupfer, Kobalt und weiteren Metallen auch Lithium wiederzuverwerten.
Noch ein Wort zur Energiebilanz der Photovoltaik: Unter mitteleuropäischen Einstrahlungsbedingungen beträgt die energetische Rückzahldauer der nicht erneuerbaren Primärenergie einer PV-Anlage rund 2 Jahre – bei einer Lebensdauer von 30 Jahren kann somit 15-mal mehr Energie produziert werden, als in die Produktion und Entsorgung hineingesteckt werden muss.
Fazit: Auch Photovoltaik verursacht Abfälle, deren Recycling jedoch wenig problematisch ist und keine Langzeitfolgen mit sich bringt. Das entbindet uns aber nicht von der Verantwortung, die Kreislaufwirtschaft auch in diesem Bereich weiter voranzubringen, und auch die vergleichsweise saubere Solarenergie effizient einzusetzen.