Sind schwimmende Solarpaneele ein gangbarer Weg zur Dekarbonisierung?

Dekarbonisierung – wie der Name schon sagt – zielt darauf ab, den Ausstoß von Kohlendioxid in die Atmosphäre zu verringern oder zu entfernen. Das Ziel, in groben Zügen, ist der Umstieg auf die Nutzung kohlenstoffarmer Energiequellen. 

Bis jetzt wissen wir alle, warum wir Kohlendioxid aus der Atmosphäre reduzieren oder entfernen müssen. Vor fast einem Jahrzehnt hatte die Welt das Pariser Abkommen, das die Begrenzung der globalen Erwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau forderte und ernsthafte Initiativen ergriff, um sie bis 2050 auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, unter anderem durch das Streben nach Netto‑Kohlenstoffneutralität. 

Dekarbonisierung ist eine so notwendige und dringende Aufgabe für die Zukunft der Welt, dass Regierungen, Unternehmen und die Gesellschaft im Allgemeinen bestrebt sind, Wege zu finden, sie zu beschleunigen. Sie erfordert jedoch radikal andere Energiesysteme, die auf alternativen Energiequellen basieren, die sich auf grüne Elektrizität und grüne Moleküle stützen. Eine neue Forschungsstudie hat die Möglichkeit vorgestellt, schwimmende Solarpaneele als Weg zur Dekarbonisierung zu nutzen. Aber sind diese Paneele machbar? Schauen wir uns das an. 

Globales Potenzial für den Einsatz kohlenstoffarmer schwimmender Solaranlagen

Ein Team von Forschern der Universitäten Bangor und Lancaster sowie des UK Centre for Ecology and Hydrology unternahm den Versuch, die Menge an Energie zu berechnen, die durch den Einsatz schwimmender Solaranlagen erzeugt werden könnte und bereitgestellt werden kann. Konkret berechneten die Forscher die tägliche elektrische Leistung von schwimmenden Photovoltaikanlagen auf etwa 68.000 Seen und Stauseen weltweit. 

Um als am besten geeignet für die Installation von Solartechnologie zu gelten, muss ein Standort nicht weiter als 10 km von einem Bevölkerungszentrum entfernt sein und darf nicht in einem Schutzgebiet liegen. Außerdem sollten Seen und Stauseen nicht länger als sechs Monate im Jahr trocken oder gefroren sein. Nur 10 % der Oberfläche dieser Seen und Stauseen wurden für die Berechnung berücksichtigt.

Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren und abhängig von Höhe, Breite und Jahreszeit betrug die potenzielle jährliche Stromerzeugung durch FPV auf diesen Seen 1302 Terawattstunden (TWh), etwa das Vierfache des gesamten jährlichen Strombedarfs des Vereinigten Königreichs.

Die Ergebnisse veranlassten die Forscher, tiefer zu forschen und die globalen Möglichkeiten dieser Methode zu untersuchen. Länderspezifisch könnten fünf Nationen ihren gesamten Strombedarf aus FPV decken. Zu diesen fünf gehörten Papua-Neuguinea, Äthiopien und Ruanda. Länder wie Bolivien und Tonga könnten dagegen bis zu 87 % bzw. 92 % ihres Bedarfs auf diese Weise decken.

Mehrere andere Länder aus Afrika, der Karibik, Südamerika und Zentralasien könnten durch den Einsatz von FPVs zwischen 40 % und 70 % ihres jährlichen Strombedarfs decken. Selbst entwickelte Länder wie Finnland und Dänemark könnten jeweils 17 % bzw. 7 % ihres Jahresbedarfs aus solchen Quellen beziehen.

FPVs könnten auch die Wasserknappheit verringern, indem sie dekarbonisierten Strom erzeugen. Wie? Im nächsten Abschnitt werden wir die Lösung kurz untersuchen.

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Wie FPVs die Wasserknappheit reduzieren können

Kurz gesagt können FPVs die Wasserknappheit verringern, indem sie den Wasserverlust durch Verdunstung mindern. Zahlreiche wissenschaftliche Studien bestätigen die Behauptung, dass FPV‑Systeme zu den effizientesten Strategien zur Bekämpfung der Wasserknappheit gehören, indem sie den evaporativen Wasserverlust aus globalen Stauseen und Seen reduzieren. Die Art und Weise, wie FPVs den evaporativen Wasserverlust reduzieren, ist zweigleisig. 

Erstens bieten FPVs Schatten und senken die Wassertemperatur an der Oberfläche. Dieser Schatten hilft, den Dampfdruckgradienten an der Luft‑Wasser‑Grenzfläche zu unterdrücken, welcher einer der Haupttreiber für latente Wärmeflüsse und Verdunstung ist.

Abgesehen von ihren Schattierungseffekten dienen die FPVs auch als Windbarrieren. Die Windgeschwindigkeit korreliert direkt mit den Verdunstungsraten, und gedämpfter Wind wirkt als mildernder Faktor. Während er über die Vorteile von FPV sprach, sagte Dr. Lastyn Woolway, Hauptautor des Papiers der Bangor University, hat Folgendes gesagt:

“Selbst mit den Kriterien, die wir festgelegt haben, um ein realistisches Szenario für den Einsatz von FPV zu schaffen, gibt es Vorteile in allen Bereichen, hauptsächlich in einkommensschwächeren Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung, aber auch in nordeuropäischen Ländern. Die von uns gewählten Kriterien basierten auf offensichtlichen Ausschlüssen, wie Seen in Schutzgebieten, sowie auf Faktoren, die die Kosten und Risiken der Installation reduzieren könnten.”

Es ist ein gangbarer Weg zur Dekarbonisierung, der zusätzliche Vorteile mit sich bringt. Dennoch können viele andere Strategien dazu beitragen, dass große Industriesektoren – oft verbunden mit der Nutzung fossiler Brennstoffe und Kohlenstoffemissionen – effektiv dekarbonisiert werden. In den kommenden Abschnitten diskutieren wir einige dieser Branchen und untersuchen ihre möglichen Dekarbonisierungspfade.

Chemikalien

Der Einsatz von Predictive Analytics, fortschrittlicher Visualisierung und KI‑gestützten Energiemanagement‑Tools kann der Chemieindustrie helfen, ihre Ressourcen- und Energieeffizienz zu verbessern. Sie könnte zunehmend nachhaltige Abfälle oder biobasierte Rohstoffe nutzen, wie Pflanzen‑ oder Tierfette, Zucker, Lignin, Hemicellulose, Stärke, Mais oder Zucker. Ein weiterer möglicher Weg für diese Branche, positiv zu den Dekarbonisierungszielen beizutragen, könnte darin bestehen, die Herstellung von Neu‑Materialien wie Polymeren, Kautschuk, Batterien, Verpackungsmaterialien, Lösungsmitteln, Wärmeübertragungsflüssigkeiten und Schmierstoffen zu vermeiden.

Öl und Gas

Unternehmen aus dem Öl‑ und Gassektor müssen drastische Maßnahmen ergreifen, um erfolgreich zu dekarbonisieren. Einige Unternehmen haben bereits ihre erneuerbaren Energiefähigkeiten aufgebaut, während andere Unternehmen aus angrenzenden Bereichen, wie Solaranlageninstallateure oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV), übernehmen, um ihr Portfolio an emissionsarmen bis emissionsfreien Angeboten zu erweitern.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Kohlendioxid in einen Rohstoff umzuwandeln. Die Nutzung von Kohlendioxid als Ausgangsstoff kann potenziell Märkte im Wert von Milliarden Dollar schaffen. Zum Beispiel verwenden Unternehmen wie C2CNT geschmolzene Elektrolyse, um Kohlendioxid direkt in Kohlenstoffnanoröhren zu verwandeln, die stärker als Stahl und hochleitfähig sind.

Stromversorger und Erneuerbare Energien

Dieser Sektor beschäftigt sich bereits seit langem proaktiv mit der Dekarbonisierung. Dennoch gibt es Verbesserungsbedarf. Die Akteure der Branche müssen sich für ein günstigeres, effizienteres und wirksameres regulatorisches Umfeld einsetzen. 

Um ihre Abläufe nahtlos, gut koordiniert und optimiert zu gestalten, müssen Unternehmen rechtzeitig zu digitalen Werkzeugen wechseln, die eine schlanke Organisationsstruktur ermöglichen. Zudem besteht ein größerer Bedarf, neue Wachstumsstrategien zu entdecken. 

Bergbau und Metall

Im Bergbausektor investieren Unternehmen in erneuerbare Energieprojekte, um ihre Emissionen auszugleichen. Beispielsweise hat BHP eine Vereinbarung unterzeichnet, um neue Solar‑ und Windparks im australischen Bundesstaat Queensland zu entwickeln, damit sie ihren Kohlebetrieb in der Region mit Solarenergie betreiben und ihre indirekten Emissionen im Land innerhalb von fünf Jahren um 20 % senken können. Bergbauunternehmen sind bisher gut positioniert, um ihre betrieblichen Emissionen unter Kontrolle zu halten. Allerdings müssen sie sich stärker um die Emissionen in der Wertschöpfungskette kümmern und proaktiv handeln.

Während Branchenabschnitte und Regierungen kontinuierlich ihre Umweltauswirkungen bewerten, insbesondere im Hinblick auf CO₂‑Fußabdrücke, entwickeln einzelne Unternehmen innovative Lösungen. In den nächsten Abschnitten werden wir uns einige dieser Unternehmen ansehen. 

#1. Ciel & Terre International

Gegründet im Jahr 2006 als Spezialist für die Integration von Photovoltaiksystemen, Ciel & Terre International hat seit 2011 großflächige schwimmende PV‑Anlagen entwickelt. Das Unternehmen hat schwimmende PV‑Anlagen weltweit installiert, darunter Ondani Ike, Japan, Changbin 3 und 4, Taiwan, Tata Steel (TATASTEEL.BO ) Jamshedpur, Indien, Montpezat, Frankreich, Canoe Brook, USA und viele weitere. 

Das Unternehmen verfügt über mehr als zehn Jahre Test‑ und Felderfahrung sowie über 30 Jahre Produktion von schwimmender Solarenergie mit seinen Kraftwerken. Seine Arbeit umfasst weltweit 280 schwimmende Solarprojekte. 

Obwohl wir nicht den gesamten Umfang des Unternehmens im Detail besprechen werden, gehen wir auf eines seiner Vorzeigeprodukte, Hydrelio Air Optim, ein. Es handelt sich um ein flexibles schwimmendes Solarsystem, das die Weiterentwicklung des ursprünglichen Systems des Unternehmens, Hydrelio Classic, darstellt – die weltweit erste patentierte und industrialisierte schwimmende Solarlösung, die 2010 erschien. Die Lösung kann starken Windbedingungen von bis zu 210 km/h bzw. 130 mph standhalten, was einem dynamischen Druck von 1625 Pascal entspricht. Ihre UV‑stabilisierte Technologie bietet eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren. Sie kann sich effizient an Küsten‑ und Near‑Coast‑Bedingungen bis zu 1 Meter anpassen, abhängig von der Wellenlänge. Das Produkt wird aus den besten Materialien gefertigt, um Korrosionsbeständigkeit und Trinkwasserverträglichkeit zu gewährleisten. 

Ciel & Terre hat zudem eine Tochtergesellschaft namens Floating Solar UK. Sie soll das Hydrelio‑System im Vereinigten Königreich liefern. Nach Angaben des Unternehmens selbst hat Ciel & Terre bislang fast 740.000 Tonnen Kohlendioxid vermieden.

#2. Kyocera Global

Ein weiteres Unternehmen, das herausragende Arbeit beim Aufbau einer dekarbonisierten Gesellschaft leistet, ist Kyocera Global. Eine seiner innovativen und bahnbrechenden Lösungen umfasst die FIT‑Solarmodule, die Kyocera‑Mitarbeiter auf ihren Wohnhausdächern installiert haben. Der überschüssige Strom, der von diesen Modulen erzeugt wird, zusammen mit dem von den Kyocera‑Nicht‑FIT‑ und JEPX+‑Solarkraftwerken erzeugten Strom, fließt in die Digital Grid P2P‑Plattform, die dann die Kyocera Yokohama Nakayama‑Anlage mit nicht‑fossiler Elektrizität versorgt. 

Kyocera ist ein bewährter Akteur beim Bau von schwimmenden Solarpanel‑Lösungen. Im Jahr 2018 startete das Unternehmen Japans größte 13,7 MW schwimmende Solarkraftanlage. Sie wurde auf der Oberfläche eines von der Wasserbehörde der Präfektur Chiba verwalteten Reservoirs für industrielle Nutzung errichtet und hat eine Fläche von 180.000 m² (über 44 Acres). 

50.904 Kyocera‑Solarmodule wurden installiert, um voraussichtlich 16.170 Megawattstunden (MWh) pro Jahr zu erzeugen, was fast 5.000 typische Haushalte versorgen könnte. Der Strom wurde an  TEPCO Energy Partner, Incorporated verkauft. Das Projekt wurde ursprünglich von der Public Enterprises Agency der Präfektur Chiba initiiert, die Unternehmen suchte, um ihre Umweltbelastung zu reduzieren.

Als diese Kraftwerksanlage in Betrieb ging, hatte die Kyocera Solar TCL‑Einrichtung bereits über 60 Solarkraftwerke in ganz Japan gebaut und sieben schwimmende Solarkraftwerke entwickelt, die Japans Süßwasser‑Staudämme und -Reservoirs statt landwirtschaftlicher Flächen nutzten. 

Laut den neuesten verfügbaren Daten, betrug der Umsatz von Kyocera Global 1.492.672 Millionen Yen für die neun Monate bis zum 31. Dezember 2023. 

Schwimmende Solarpaneele und die Zukunft der Dekarbonisierung

Laut einem Bericht der Weltbank, der die Machbarkeit des Baus schwimmender Solarkraftwerke in Indien untersuchte, gibt es bestimmte Hindernisse für die großflächige Umsetzung. Diese Hindernisse gelten auch für ein globales Szenario. Die Erzeugung von Solarenergie aus schwimmenden Paneelen könnte teurer sein als bei bodengestützten Installationen. Es fehlt an Klarheit bezüglich der Zulassungskriterien für einen schwimmenden Solarstandort. Die Fertigungskapazität der Ausrüstung, die beim Bau dieser Anlagen hilft, ist in vielen Fällen begrenzt.

Die Weltbank wies zudem Wege darauf hin, wie Anbieter die Einführung beschleunigen und maximieren könnten. Sie sprach sich für die Festlegung klarer Ziele für die schwimmende Solarkapazität aus, um die übergeordneten Solarenergieziele des Landes zu erreichen. 

Wie das Experiment, mit dem wir unsere Diskussion begannen, empfahl sie die Schaffung eines Verzeichnisses potenzieller Standorte für schwimmende Solarprojekte, um ein positives Signal an den Markt zu senden und den Projektentwicklungsprozess zu straffen. 

In naher Zukunft wird das Wachstum der FPV‑basierten Solarstromerzeugung die Förderung und Ermutigung der Herstellung von schwimmenden Solarausrüstungen nach standardisierten Verfahren und Zertifizierungen erfordern, um Qualität sicherzustellen. Da es sich noch um ein aufstrebendes Feld handelt, werden Investitionen in Institutionen nötig sein, die zuverlässige Machbarkeitsstudien für solche Projekte durchführen können.

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