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Solarparks in der Gobi-Wüste reduzieren Nordchinas Staubbelastung
Solarparks in der Gobi-Wüste verändern nicht nur die Energieversorgung, sondern offenbar auch den Staubtransport. Satellitendaten und ein gekoppeltes Atmosphärenmodell deuten darauf hin, dass bestehende Anlagen die Partikelbelastung in Nordchina bereits mindern. Bei einem starken Ausbau bis 2060 könnte die durchschnittliche Belastung mit PM10, Partikeln bis zehn Mikrometer Durchmesser, im Frühjahr um rund 14 Prozent sinken.
Nanjing (China). Im Frühjahr tragen kräftige Winde große Mengen mineralischen Staubs aus der Gobi-Wüste nach Nordchina. Besonders in Städten nahe der Wüste kann grober Staub einen großen Anteil der gesamten PM10-Belastung ausmachen. Zugleich entstehen in den trockenen Regionen immer mehr große Photovoltaikanlagen, die nicht nur Sonnenlicht abfangen, sondern auch die Bodenoberfläche und bodennahe Luftströmungen verändern.
Wie stark solche Solarparks die Staubemissionen und den Transport in Richtung dicht besiedelter Gebiete beeinflussen, war bisher kaum quantifiziert. Dabei könnten die Anlagen an mehreren Stellen ansetzen. Ihre Modulreihen erhöhen die Rauigkeit des Geländes, während Maßnahmen rund um Bau und Betrieb, etwa Sandfixierung und örtliche Bewässerung, die Vegetation und die Stabilität des Bodens verändern können.
Forscher der Nanjing University (NJU) um Prof. Xin Huang haben nun Satellitenbeobachtungen mit einem regionalen Atmosphären- und Chemie-Modell verknüpft. Für 17 große Solarparks verglichen sie die Landoberfläche vor und nach dem Bau. Im Frühjahr nahm die Vegetationsbedeckung im Mittel um 17,2 Prozent zu, während die Erodierbarkeit des Bodens um 17,4 Prozent sank. Die Autoren führen diese Entwicklung vor allem auf Bau- und Managementmaßnahmen rund um die Anlagen zurück.
Für die Auswirkungen auf Atmosphäre und Luftqualität nutzte das Team das Modell WRF-Chem mit einer eigens ergänzten Beschreibung von Solarparks und Staubemissionen. Die heutige Simulation bildete 42 bestehende Anlagen in 33 Modellgitterzellen ab. Zusammen umfassten diese Zellen 13.200 Quadratkilometer. Vergleiche mit Messdaten zeigten, dass das Modell die großräumigen PM10-Muster in Nordchina nachvollziehbar reproduzierte.
In den Modellrechnungen verringerten die Solarparks die bodennahe Windgeschwindigkeit innerhalb der Anlagen um 9,3 Prozent beziehungsweise rund 0,5 Meter pro Sekunde. Zusammen mit der geringeren Erodierbarkeit des Bodens sank die berechnete Staubemission im Frühjahr um 352.400 Tonnen pro Monat. Der Transport von Staub in weniger als einem Kilometer Höhe nach Nordchina verringerte sich um 131.400 Tonnen pro Monat.
Nach der Aufteilung der modellierten Effekte gingen 88 Prozent dieser Transportminderung auf die geringere Staubkonzentration an der Quelle zurück. Rund zwölf Prozent entfielen auf Veränderungen des Windfelds. In Städten nahe der Gobi-Wüste lagen die berechneten Rückgänge der mittleren PM10-Konzentration im Frühjahr bei bis zu acht Mikrogramm pro Kubikmeter. An besonders stark belasteten Tagen erreichte der regionale Rückgang im Modell bis zu 5,7 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Für ein Zukunftsszenario orientierten sich die Forscher am Ausbau der Solarenergie, der mit Chinas Ziel der Kohlenstoffneutralität bis 2060 verbunden ist. Die modellierte Solarparkfläche rund um die Gobi-Wüste wuchs dabei auf etwa 140.000 Quadratkilometer und damit auf fast das Elffache der heutigen Modellfläche. Unter diesen Annahmen sanken die Staubemissionen im Modell um 12,2 Prozent und der Staubtransport um 21,2 Prozent.
Für Nordchina ergab sich daraus im Frühjahr eine durchschnittliche PM10-Abnahme von 13,7 Mikrogramm pro Kubikmeter bei Gewichtung nach Bevölkerung. Das entspricht 14,5 Prozent. Flächengewichtet lag der Rückgang bei 15,9 Mikrogramm pro Kubikmeter beziehungsweise 13,8 Prozent. Besonders bei schweren Staubereignissen waren die berechneten Effekte groß und erreichten in Städten nahe der Gobi-Wüste etwa ein Fünftel der PM10-Belastung.
Die Studie verbindet damit beobachtete Veränderungen der Landoberfläc