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Windkraft-Repowering kann Materialbedarf deutlich reduzieren
Der Ausbau der Windenergie braucht große Mengen an Beton, Stahl, Kupfer und weiteren Materialien. Eine Modellstudie für Deutschland zeigt nun, dass Repowering deutlich ressourceneffizienter ausfällt, wenn Fundamente, Türme oder Infrastruktur weitergenutzt werden. Je nach Standort und Strategie sinkt der kumulierte Bedarf einzelner Materialien bis 2050 um bis zu 15 Prozent.
Bayreuth (Deutschland). Windkraftanlagen müssen in den kommenden Jahrzehnten nicht nur neu gebaut, sondern zunehmend auch ersetzt werden, weil Teile des bestehenden Anlagenparks altern. Damit wächst der Materialbedarf einer Energiewende, für die auch Rohstoffverbrauch und Ressourceneffizienz eine wichtige Rolle spielen. Entscheidend ist deshalb, ob alte Anlagen vollständig abgerissen oder Teile von ihnen weitergenutzt werden.
Beim sogenannten Repowering werden ältere Windenergieanlagen durch modernere Technik ersetzt, was die Leistung bereits genutzter Standorte erhöhen kann. Im Modell erfolgt dieser Austausch im Mittel mehrere Jahre vor dem technischen Lebensende, weshalb bislang kaum quantifiziert war, wie stark verschiedene Repoweringformen den kumulierten Materialbedarf des deutschen Windenergieausbaus verändern.
Forscher der Universität Bayreuth (UBT) um Riccarda Hieke haben dafür eine dynamische Materialflussanalyse aufgebaut, die den deutschen Windkraftbestand von 1988 bis 2050 abbildet. Hieke ist in der Fachpublikation als Korrespondenzautorin ausgewiesen. Das Modell kombiniert standortspezifische Bestandsdaten mit Annahmen zu Lebensdauer, Anlagenentwicklung, Repowering und den politischen Ausbauzielen für Windenergie an Land und auf See.
Berücksichtigt wurden mehr als 95 Prozent der Anlagenmasse, darunter Beton, Stahl, Aluminium, Kupfer, Polymere und Verbundwerkstoffe sowie die kritischen Metalle Neodym und Dysprosium. Die Forscher modellierten vier Wege, die vom Verdoppeln der Windparkleistung ohne Wiederverwendung über eine Leistungssteigerung um 50 Prozent mit weitergenutzter Infrastruktur bis zum partiellen Repowering und einem Ausbau ausschließlich durch neue Anlagen reichen.
Beim partiellen Repowering werden Rotor und Gondel geeigneter Anlagen ersetzt, während unter anderem Fundamente, Türme und Windpark-Infrastruktur erhalten bleiben. Alle Szenarien orientieren sich an denselben langfristigen deutschen Ausbauzielen, doch eine Obergrenze von zwölf Gigawatt neuer Leistung pro Jahr führt in zwei Repowering-Szenarien zunächst zu Rückständen. Bis 2035 erreichen diese Pfade wieder den angesetzten Zielwert, sodass sich der kumulierte Materialbedarf bis 2050 unter unterschiedlichen Erneuerungsstrategien vergleichen lässt.
Repowering ohne Wiederverwendung erzeugt über alle betrachteten Materialien hinweg den höchsten Bedarf und schneidet aus Materialsicht sogar schlechter ab als ein Auslaufen der Anlagen bis zum Lebensende mit anschließendem Neubau. Der Grund liegt vor allem darin, dass der frühere Austausch Materialströme beschleunigt, ohne vorhandene Komponenten weiter zu nutzen.
Mit Wiederverwendung ändert sich die Bilanz deutlich. Bei Offshore-Windparks erreicht das Szenario mit erneuerten Turbinen und weitergenutzter Infrastruktur die niedrigsten Bedarfe für Beton, Kupfer und Polymere. Gegenüber dem Repowering ohne Wiederverwendung sinken sie um 15, 11 und 12 Prozent. Partielles Repowering spart dort bei Stahl und Aluminium jeweils acht Prozent.
An Land erzielt das partielle Repowering die größten Einsparungen. Werden Fundamente, Türme und Infrastruktur erhalten, sinkt der kumulierte Bedarf an Kupfer, Stahl, Aluminium, Polymeren und Beton je nach Material um sieben bis 14 Prozent. Die Studie beziffert die Einsparungen gegenüber Repowering ohne Wiederverwendung auf 14 Prozent bei Beton, 13 Prozent bei Aluminium und Polymeren, zehn Prozent bei Stahl sowie sieben Prozent bei Kupfer.
„Unser Ziel war es, die materiellen Anforderungen unterschiedlicher Ausbau- und Repoweringpfade systematisch zu untersuchen und Potenziale für Materialeinsparun