Im Jahr 1800 war die Energieversorgung in Österreich noch fast vollständig erneuerbar: Brennholz war Wärmequelle, statt zu tanken wurden Tiere versorgt, und mechanische Energie wurde über Wasserkraft bereitgestellt. Große Flächen, vor allem im Wald, waren notwendig, um die Energieträger zu produzieren. Im Laufe der Industrialisierung und der Umstellung der Energieversorgung auf fossile Energieträger nahm die Bedeutung vom Land für die Energiebereitstellung ab, zumindest im globalen Norden, während aber insgesamt der Energieverbrauch deutlich zunahm.

Fast forward ins Jahr 2019: Die Treibhausgasemissionen aus fossilen Energieträgern sind einer der Hauptgründe für die vom Menschen bewirkte Klimaerwärmung und nicht nur Fridays for Future fordert daher, die Verbrennung von fossilen Energieträgern so schnell wie möglich vollständig einzustellen. Die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien bedeutet aber auch eine Rückkehr zu Technologien, die mehr Land benötigen. Würde der globale Energiebedarf wieder hauptsächlich über Biomasse gedeckt werden, dann würden die dafür notwendigen Flächen Lebens- und Futtermittelproduktion verdrängen und natürliche Ökosysteme zerstören. Das könnte gravierende negative Auswirkungen auf Ernährungssicherheit, Biodiversität und die Klimaerwärmung selbst haben.

Nicht nur das Land, sondern auch die Meere werden zur Energiegewinnung bebaut.
Foto: REUTERS/Phil Noble

Herausforderung Energieumstellung

Effizienter sind die "neuen" erneuerbaren Energien Windkraft und Photovoltaik: Diese brauchen für die gleiche Menge an Energiebereitstellung maximal ein Fünftel der Fläche von Biomasse, je nach Technologie in vielen Fällen sogar noch deutlich weniger. Im globalen Durchschnitt müssten daher selbst unter sehr konservativen Annahmen nicht mehr als vier Prozent der Landfläche für erneuerbare Energien eingesetzt werden, um die derzeitige Energienachfrage vollständig abzudecken. Dieser Anteil wäre in dicht besiedelten Ländern mit hoher Energienachfrage bei lokaler Produktion allerdings bedeutend höher. So wird in Deutschland pro verfügbaren Quadratkilometer Land 50-mal mehr Energie verwendet als in Australien, und eine Versorgung mit lokalen erneuerbaren Energieträgern würde einen dementsprechend dichteren Ausbau der erneuerbaren Energien erfordern. Die Energiebereitstellung aus Wasser-, Wind- und Solarkraft beträgt in allen Regionen zurzeit nur einen Bruchteil dieses Gesamtenergiebedarfs. Deutlich wird dadurch, wie groß überall die Herausforderung ist, auf erneuerbare Energien umzustellen. Die Landverfügbarkeit zum Ausbau erneuerbarer Energien ist in großen, nachfrageschwachen Ländern aber um ein Vielfaches höher als in Mitteleuropa.

Große Unterschiede: Dichte der erneuerbaren Energieerzeugung und Energieverwendung auf die Fläche bezogen. In Deutschland ist die Nachfragedichte über 50-mal höher als in Australien. Quelle: BP Statistical Report of World Energy 2019, Worldbank.
Grafik: eigene

Steigerung der Effizienz

Neben der Ausweitung der Landflächen sind technologische Effizienzsteigerungen eine mögliche Antwort auf Landknappheit. So gibt es bei Photovoltaik eine direkte Relation zwischen elektrischer Effizienz von Paneelen und Flächenverbrauch. Vor zehn Jahren wandelten handelsübliche Solarpaneele zehn Prozent der einfallenden Solarstrahlung in Strom um. Heute gibt es bereits Module am Markt, die doppelt so viel Strom auf der gleichen Fläche erzeugen können. Und eine weitere Erhöhung der Effizienz auf fast 50 Prozent wurde im Labor bereits erreicht, am Markt sind solche Solarmodule aber noch nicht erhältlich.

Bei Windkraft ist die Berechnung der notwendigen Landfläche komplizierter. Heutige marktübliche Turbinen sind bereits hocheffizient und nah am physikalisch möglichen Optimum. Turbinen können zwar noch größer gebaut werden, die Energieproduktionsdichte kann dadurch aber nicht notwendigerweise erhöht werden: Je größer die Turbine, umso größer auch die Abstände, die zwischen Turbinen eingehalten werden müssen, weil sonst Luftverwirbelungen die dahinterstehenden Turbinen stören würden. Empirische Daten aus verschiedenen Ländern zeigen, dass sich die Flächeneffizienz von Windparks in den letzten zehn Jahren nicht deutlich erhöht hat. Hier besteht aber noch Potenzial: Derzeit sind noch viele mehr als 20 Jahre alte Turbinen im Einsatz, vor allem in Windkraftvorreiterländern wie Dänemark und den USA. Ersetzte man diese durch neuere Modelle, könnte man auf der gleichen Fläche um mindestens 50 Prozent mehr Energie bereitstellen.

Für Länder mit hohen Energiebedarfsdichten wie jene in Mitteleuropa ist ein weiterer möglicher Ausweg, um Konflikte im Inland zu reduzieren, erneuerbare Treibstoffe zu importieren. Als Energieträger können hier synthetische Brennstoffe in Form von synthetischem Methan oder Wasserstoff dienen, welche aus erneuerbarem Strom, Wasser und Kohlenstoffdioxid hergestellt werden können.

Fallbeispiel Brasilien

Aber natürlich müssten diese Brennstoffe in anderen Regionen produziert werden. Brasilien ist ein mögliches Exportland, da es hohe Flächen- und gleichzeitig hohe Windkraft- und Photovoltaikpotenziale aufweist. Für Brasilien untersuchen wir deswegen zurzeit die Auswirkungen des Ausbaus der Windenergie auf die Veränderungen der Landbedeckung im Bundesstaat Ceará. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass Windparks vor allem auf natürlichen Flächen in der Caatinga (Savanne) und Dünen gebaut wurden, und nicht wie zum Beispiel in Österreich üblich auf landwirtschaftlichen Flächen. Gleichzeitig hat sich auf den Windparkflächen die Landwirtschaft im Anschluss stärker ausgedehnt als im Durchschnitt des Bundesstaates. Die Ambivalenz der Expansion erneuerbarer Energien wird in dem in Brasilien am geringsten geschützten und hochempfindlichen Lebensraum der Caatinga besonders deutlich.

Weniger Caatinga und Wald, dafür mehr Landwirtschaft: die Veränderung der Landbedeckung an Windparkstandorten. Quelle: Researchgate
Grafik: eigene

Zudem sind in Brasilien etliche soziale Fragen mit dem Ausbau der Windkraft verbunden: So haben Windparkbetreiber zum Beispiel Zäune um die Parks errichtet und damit Fischergemeinden von ihren traditionellen Fischergründen abgeschnitten, und manche Projektwerber haben lokale Gemeinschaften in Umweltverträglichkeitsprüfungen einfach von den Karten gelöscht. Gleichzeitig gibt es aber auch Beispiele, wo Windparks durch die Förderung kommunaler Projekte in der betroffenen Bevölkerung eine hohe Akzeptanz erreichen konnten.

Windparks haben in Brasilien zur Abholzung der Caatinga geführt.
Foto: Johannes Schmidt

Quo vadis?

In jedem Fall ist eines klar: Global gehandelte erneuerbare Brennstoffe verbinden nicht nur die Energiesysteme in verschiedenen Erdteilen miteinander. Diese Entwicklung birgt ebenso die Gefahr, potenzielle negative Auswirkungen in Länder des globalen Südens zu verlagern, wo Konflikte um Infrastrukturexpansion auf andere politische und institutionelle Rahmenbedingungen treffen als in Europa – und Umwelt- und Sozialrechte nicht in jedem Fall im gleichen Umfang durchsetzbar sind wie hier.

Absolute Grenzen für die Expansion von erneuerbaren Energien gibt es auch im dichtbesiedelten Mitteleuropa nicht. Aber mit einer starken Zunahme der sozial-ökologischen Konflikte um die Expansion dieser Energieträger ist zu rechnen. Neue Technologien werden die zusätzliche Nachfrage nach Land reduzieren, aber nicht vollständig kompensieren können, weil eine vollständige Energiewende sehr hoher Mengen an erneuerbaren Energien bedarf. Ob der Handel mit erneuerbaren Energieträgern aus anderen Regionen eine langfristig wirkungsvolle, nachhaltige Lösung sein kann, wird sehr stark von den politischen und institutionellen Rahmenbedingungen in den Quell- und Zielländern abhängen – und ob die globalen Volkswirtschaften ihre Ökonomien stärker schützen oder auf die Öffnung von Märkten setzen werden. (Johannes Schmidt, Michael Klingler, Peter Regner, Olga Turkovska, Sebastian Wehrle, 16.10.2019)