Kritiker von Wind- und Solarenergie äußern regelmäßig Bedenken darüber, wie viel Land benötigt würde, um den US-Energiesektor zu dekarbonisieren. Glücklicherweise ist die Antwort relativ gering. Eine kürzlich durchgeführte Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) zeigt, dass weniger als 1 Prozent des Landes in den Lower 48 in Anspruch genommen werden würde – das ist eine Fläche, die mit dem derzeitigen Fußabdruck der Industrie für fossile Brennstoffe vergleichbar oder sogar kleiner ist. Und wenn Wind- und Solarprojekte verantwortungsbewusst platziert werden, wären die Auswirkungen auf die Umwelt und die öffentliche Gesundheit weitaus weniger schädlich als die durch die Gewinnung, Produktion und Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Eine Schlüsselrolle für Wind und Sonne
Die Tatsache, dass erneuerbare Energien nicht übermäßig viel Land benötigen, ist eine willkommene Nachricht, denn die Begrenzung der schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels wird es erfordern, dass wir die globalen Wärmeeinfangemissionen bis 2030 etwa halbieren und bis 2050 Netto-Null-Emissionen erreichen, so die Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC). Die Biden-Regierung erkennt an, dass die Vereinigten Staaten einen führenden Beitrag zu Kohlenstoffemissionen leisten, und hat sich verpflichtet, die US-Emissionen bis 2030 um 50 bis 52 Prozent unter das Niveau von 2005 zu senken. Die meisten Studien zeigen, dass das Erreichen dieser Ziele eine beispiellose Zunahme von Wind- und Solarenergie erfordert, um den Energiesektor zu dekarbonisieren und die steigende Nachfrage nach kohlenstofffreiem Strom zu decken, um fossile Brennstoffe im Bau-, Industrie- und Transportsektor zu ersetzen.
A 2022 NREL Studie ergab, dass wir, um das Ziel von Präsident Biden zu erreichen, bis 2030 zu 80 Prozent und bis 2035 zu 100 Prozent kohlenstofffreien Strom zu erzeugen, Wind- und Solarenergie von etwa 14 Prozent des US-Strommix im Jahr 2022 auf 60 bis 75 Prozent bis 2035 unter den Hauptszenarien. In Kombination mit bescheidenen Steigerungen der Geothermie- und Wasserkraftkapazität an bestehenden Staudämmen ohne Antrieb und Upgrades bestehender Anlagen würden erneuerbare Energien bis 2035 70 bis 85 Prozent der gesamten Stromerzeugung in den USA liefern. NREL prognostiziert, dass der größte Teil der verbleibenden Stromerzeugung aus bestehenden Kernkraftwerken stammen würde und eine kleine Menge aus Gasanlagen, Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, Wasserstoff und Biogas.
NREL stellte außerdem fest, dass die Deckung der wachsenden Nachfrage nach kohlenstofffreiem Strom bedeutet, dass sich die gesamte US-Erzeugungskapazität zwischen 2020 und 2035 etwa verdreifachen müsste, einschließlich einer kombinierten Wind- und Solarkapazität von 2.000 Gigawatt (GW). Dies würde Wachstumsraten im Bereich von 43 bis 90 GW pro Jahr für Solar und 70 bis 145 GW pro Jahr für Wind bis zum Ende des Jahrzehnts erfordern, was mehr als eine Vervierfachung der derzeitigen jährlichen Bereitstellungsraten für jede Technologie bedeuten würde.
Obwohl die Standortwahl, die Genehmigung und der Hochlauf der Produktion für all diese neue Wind- und Solarenergie in diesem Zeitrahmen eine Herausforderung darstellen werden, deuten die Studie von NREL und andere Studien darauf hin, dass dies technisch und wirtschaftlich machbar ist. So warten derzeit etwa 930 GW Wind- und Solarkapazität und 420 GW Speicherprojekte auf die Genehmigung zum Anschluss an das Übertragungsnetz Lawrence Berkeley National Lab. Allein in diesem Jahr planen die Entwickler die Installation von 29 GW Solarenergie im Versorgungsmaßstab. Das ist mehr als das Doppelte des derzeitigen Rekords und entspricht mehr als der Hälfte aller neuen US-Kapazitäten, laut jüngsten Daten der Energy Information Administration (EIA). EIA prognostiziert auch, dass sich die US-Batteriespeicherkapazität bis 2023 mehr als verdoppeln wird.
Der Federal Inflation Reduction Act (IRA) wird ebenfalls einen großen Unterschied machen, indem er Hunderte von Milliarden Dollar an neuen Anreizen für diese Technologien bereitstellt. NRELs 2022 Studie zu Standard-Szenarien fanden heraus, dass diese staatlichen Anreize den Einsatz von Wind- und Solarenergie beschleunigen und dazu beitragen würden, die Kohlendioxidemissionen des US-Stromsektors bis 2030 um 80 Prozent unter das Niveau von 2005 zu senken.
Vergleichsweise geringer Platzbedarf
NREL stellte fest, dass die Landfläche, die bis 2035 direkt von Wind- und Solarinfrastruktur belegt wird, weniger als 1 Prozent des Landes in 94 Prozent des Landes und weniger als oder gleich 7 Prozent der gesamten Landfläche in nur drei Bundesstaaten ausmachen würde. Ein wesentlicher Grund dafür, dass relativ wenig Land benötigt wird, liegt darin, dass nur 2 Prozent der Gesamtfläche innerhalb eines Windparks von Windinfrastruktur belegt sind, während die restlichen 98 Prozent für Landwirtschaft, Beweidung oder andere Nutzungen zur Verfügung stehen. Offshore-Windkraftanlagen haben auch eine relativ kleine Stellfläche und können viel größere Turbinen als landgestützte Projekte verwenden. Für den Einsatz von Solaranlagen auf Dächern ist hingegen kein Land erforderlich.
Um all diese saubere Energie aus den windreichen Regionen im Mittleren Westen und den Plains-Staaten zu den großen Lastzentren im Osten zu liefern, sind natürlich auch viele zusätzliche Übertragungsleitungen erforderlich. NREL stellte fest, dass die gesamte US-Übertragungskapazität bis 2035 um das 1,3- bis 2,9-fache des derzeitigen Niveaus steigen müsste. Dies würde 1.400 bis 10.100 Meilen an neuen Hochleistungsleitungen pro Jahr erfordern, vorausgesetzt, der Neubau beginnt 2026.
Aber die große Neuigkeit ist, dass NREL festgestellt hat, dass die Gesamtmenge an Land, die bis 2035 benötigt wird, um unsere Ziele für saubere Energie mit Wind-, Solar- und Fernübertragungsleitungen (19.700 Quadratmeilen) zu erreichen, betragen würde:
gleichwertig zu der derzeit von Eisenbahnen besetzten Landfläche (18.500 Quadratmeilen)
weniger als die Hälfte das Gebiet der aktiven Öl- und Gaspachtverträge (40.500 Quadratmeilen)
weniger als ein Drittel von der Fläche, die derzeit für die Ethanolproduktion benötigt wird (59.500 Quadratmeilen), und
nur etwas mehr als die historisch gestörte Landfläche für den Kohlebergbau (13.100 Quadratmeilen).
Außerdem projiziert NRELs Hauptszenario „Alle Optionen“ ungefähr 250.000 Windkraftanlagen in den Vereinigten Staaten, was erheblich weniger ist als die 1,5 Millionen Öl- und Gasquellen des Landes.
NREL-FLÄCHENNUTZUNGSMODELLIERUNG Die Gesamtfläche, die von Windturbinen und photovoltaischer Solarinfrastruktur (durchgefärbte Kästchen) belegt wird, entspricht ungefähr der Fläche, die von Eisenbahnen belegt wird. (Karte mit freundlicher Genehmigung von NREL: Denholm et al. 2022. Examining Supply-Side Options to Achieve 100% Clean Electricity by 2035.)
Vorteile für die Umwelt und die öffentliche Gesundheit
Am wichtigsten ist jedoch vielleicht die Tatsache, dass der Ersatz fossiler Brennstoffe durch Wind und Sonne die Menge an Land, die für den Abbau, das Bohren, den Transport, die Produktion und die Nutzung fossiler Brennstoffe benötigt wird, drastisch reduzieren wird. Land, das für diese Aktivitäten – und für die Entsorgung von Kohleasche und anderen Abfällen – genutzt wird, verursacht oft erhebliche langfristige Umwelt- und Gesundheitsprobleme für lokale Gemeinschaften.
Im Gegensatz dazu sind die Landnutzungseffekte von Wind- und Solarprojekten eher kurzfristig und reversibel. Wie oben erwähnt, stehen 98 Prozent der für einen Windpark benötigten Fläche für Landwirtschaft, Beweidung oder andere produktive Nutzungen zur Verfügung. Kolokalisierte Solar- und Landwirtschafts- oder „Agrivoltaik“-Systeme können die Landwirtschaft nachhaltiger machen, indem sie sowohl die Energie- als auch die Nahrungsmittelproduktion verbessern. Solarprojekte im Versorgungsmaßstab können auch auf zuvor gestörtem und kontaminiertem Land gebaut werden, das zur Wiederverwendung saniert wurde, einschließlich Brachflächen, Deponien, verlassenes Minenland, Land, das von invasiven Arten betroffen ist, Kiesgruben und Steinbrüche, Resource Conservation and Recovery Act (RCRA) und Superfund-Standorte und stillgelegte Standorte von Kohle- und Erdgaskraftwerken.
Und im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen verbraucht durch Wind und Sonne erzeugter Strom kein Wasser und erzeugt keine Emissionen oder Abfälle, die die Luft, das Land oder die Wasserwege verseuchen können. Wenn Wind- und Solarprojekte das Ende ihrer Nutzungsdauer erreichen, können sie entfernt und das Land leicht wiederhergestellt werden.
Allerdings kann der Abbau einiger kritischer Mineralien für Windkraftanlagen, Sonnenkollektoren und Batterien erhebliche Auswirkungen auf die Landnutzung haben. Strenge Richtlinien und Schutzmaßnahmen sind erforderlich, um diese Auswirkungen zu vermeiden, zu minimieren und abzumildern. Der größte Teil dieses Bergbaus findet derzeit in anderen Ländern statt, aber sowohl die IRA als auch das Infrastrukturgesetz beinhalten Anreize, mehr dieser Mineralien im Inland zu beziehen. Darüber hinaus werden verschiedene Anstrengungen unternommen, um Windkraftanlagenkomponenten, Solarmodule und Batterien zu recyceln und wiederzuverwenden, anstatt sie auf Mülldeponien zu entsorgen. (Weitere Informationen zu diesen Themen finden Sie in diesen aktuellen UCS-Blogs.)
Verantwortungsvolle Standortwahl erforderlich
Der Übergang zu einer sauberen Energiewirtschaft, die sich stark auf Wind und Sonne stützt, ist ein großes und lebenswichtiges Unterfangen. Die Minimierung der Auswirkungen auf die Landnutzung erfordert eine verantwortungsbewusste Standortwahl von Wind- und Solarprojekten, die die Nutzung von empfindlichem oder anderweitig ungeeignetem Land und Wasser vermeidet.
Glücklicherweise berücksichtigt die NREL-Modellierung vieles davon in ihrem Bericht und ähnlichen Video:
Für Windkraft, NREL schließt geschütztes Land (wie Staats- und Nationalparks, Naturschutzgebiete und Gewässer), städtische Gebiete und bergiges oder schwieriges Gelände aus. Es berücksichtigt auch staatliche und bezirkliche Rückschläge sowie Höhenverordnungen und schließt Land aus, das mit anderer bestehender Infrastruktur wie Gebäuden, Straßen, Eisenbahnen und Radar in Konflikt steht.
Für Solaranlagen im Versorgungsmaßstabschließt NREL auch „erstklassige“ oder „wichtige“ Acker- und Ackerflächen aus, wie sie vom US-Landwirtschaftsministerium ausgewiesen werden. Es beschränkt in den meisten Szenarien auch potenzielle neue Solar-PV-Anlagen auf Standorte innerhalb von 12,4 Meilen von der bestehenden Übertragung.
Wenn diese Annahmen berücksichtigt werden, stehen in den meisten NREL-Szenarien etwa 29 Prozent des Landes in den unteren 48 Bundesstaaten für die Windentwicklung zur Verfügung und 39 Prozent könnten für die Solarentwicklung genutzt werden.
NREL berücksichtigt keine Änderungen der Landnutzungsmuster, einschließlich der Auswirkungen des Klimawandels auf die Verfügbarkeit von Land. Aber die Implikationen sind klar und ermutigend: Wenn wir die Wind- und Solarenergie auf verantwortungsvolle und nachhaltige Weise entwickeln, sind die Anforderungen an die Landnutzung überschaubar und die Vorteile für die Umwelt, die öffentliche Gesundheit und die Landnutzung durch den Ersatz fossiler Brennstoffe enorm.
Ursprünglich herausgegeben von der Union of Concerned Scientists, The Equation. Von Steve Clemmer
Ich mag keine Paywalls. Du magst keine Paywalls. Wer mag Paywalls? Hier bei CleanTechnica haben wir eine Zeit lang eine begrenzte Paywall implementiert, aber es fühlte sich immer falsch an – und es war immer schwierig zu entscheiden, was wir dahinter setzen sollten. Theoretisch gehen Ihre exklusivsten und besten Inhalte hinter eine Paywall. Aber dann lesen es weniger Leute! Wir mögen Paywalls einfach nicht und haben uns daher entschieden, unsere abzuschaffen.
Leider ist das Mediengeschäft immer noch ein hartes Halsabschneidergeschäft mit geringen Margen. Es ist eine nie endende olympische Herausforderung, über Wasser zu bleiben oder vielleicht sogar – keuchen – wachsen. So …