Lebenszyklusanalyse: Alles zählen, oder es versuchen
Eine Windkraftanlage emittiert im Betrieb nichts. Ein Solarmodul emittiert im Betrieb nichts. Das zu sagen und dort aufzuhören wäre nutzlos, denn beide mussten hergestellt, transportiert, errichtet und irgendwann entsorgt werden. Die Lebenszyklusanalyse ist die Disziplin, dort nicht aufzuhören, und sie ist der Grund, warum sich Energiequellen überhaupt vergleichen lassen.
Was gezählt wird
Eine Analyse verfolgt ein Produkt von der Wiege bis zur Bahre. Bei einer Windkraftanlage heißt das: gefördertes und verhüttetes Eisenerz, zu einem Turm gewalzter Stahl, aus Harz und Glasfaser gefertigte Blätter, gegossener Beton für ein Fundament, verschiffte Bauteile, ein Kran, der die Maschine errichtet, Jahrzehnte an Wartungsfahrten und schließlich Rückbau samt dem Recycling, das sich erreichen lässt.
Jeder dieser Schritte wird in eine gemeinsame Einheit umgerechnet, meist Kilogramm Kohlendioxid-Äquivalent, in der Methan und Lachgas nach ihrer Erwärmungswirkung gegenüber Kohlendioxid gewichtet werden. Die Summe wird dann durch den gesamten Strom geteilt, den die Maschine über ihr Leben erzeugen wird - weshalb Kapazitätsfaktor und angenommene Lebensdauer für ein Ergebnis ebenso wichtig sind wie die Fertigung selbst.
Die Norm definiert vier Stufen: Ziel und Untersuchungsrahmen, Sachbilanz, in der die physischen Flüsse zusammengetragen werden, Wirkungsabschätzung, in der Flüsse in Wirkungen übersetzt werden, und Auswertung. Die internationalen Normen ISO 14040 und 14044 regeln das Verfahren, weshalb glaubwürdige Analysen ihre Annahmen ausdrücklich nennen - und weshalb man eine, die das nicht tut, mit Misstrauen lesen sollte.
Die entstehenden Werte sind über unabhängige Studien hinweg für ausgereifte Techniken bemerkenswert stabil. Die harmonisierten Mediane des Weltklimarats sind die übliche Bezugsgröße: Kohle rund 820 Gramm je Kilowattstunde, Gas 490, Photovoltaik 41, Wasserkraft 24, Kernkraft 12 und Wind 11. Bemerkenswert ist nicht die Rangfolge, sondern dass Studien mit verschiedenen Methoden zusammenlaufen.
Warum Grenzen die Antwort entscheiden
Die größte Ursache für Unterschiede zwischen Analysen ist nicht Messfehler, sondern wo die Bearbeiterin die Linie gezogen hat. Enthält die Analyse eines Solarmoduls die Leitung, die für den Anschluss des Parks gebaut wurde? Den Speicher, der den Ertrag nutzbar macht? Das Gaskraftwerk, das für windstille, dunkle Abende vorgehalten wird?
Jede dieser Einbeziehungen ist vertretbar, und jede verändert die Zahl erheblich. Eine Studie, die nur das Modul zählt, kommt auf 41 Gramm. Eine Studie, die dem Modul einen Anteil am Systemausgleich zurechnet, kommt auf deutlich mehr. Keine ist unredlich; sie beantworten verschiedene Fragen, und die Uneinigkeit zwischen Befürwortern erweist sich oft als Uneinigkeit über den Untersuchungsrahmen und nicht über Physik.
Das Fertigungsnetz ist der zweite große Hebel. Ein Solarmodul, das in einer Provinz mit Kohlestrom entsteht, trägt weit mehr gebundenen Kohlenstoff als dasselbe Modul aus einer Fabrik am Wassernetz. Da die meisten Module an einer Handvoll Orte entstehen, kann diese eine Annahme einen globalen Mittelwert um ein Drittel verschieben - und sie verbessert sich von selbst, während jene Netze sauberer werden, sodass veröffentlichte Werte in eine vorhersagbare Richtung altern.
Die Zuordnung ist der dritte. Wenn ein Prozess zwei Produkte liefert - eine Raffinerie, die Diesel und Petrochemie erzeugt, oder ein Heizkraftwerk mit Strom und Fernwärme -, müssen die Emissionen zwischen ihnen aufgeteilt werden, und es gibt keinen physikalisch richtigen Weg dafür. Die Normen lassen mehrere Ansätze zu und verlangen, dass die Bearbeiterin angibt, welcher verwendet wurde.
Zwei Wege, die Bilanz aufzubauen
Die prozessbasierte Analyse baut von der physischen Wirklichkeit nach oben. Man listet jeden Eingang - so viele Tonnen Stahl, so viele Kilowattstunden Fabrikstrom - und hängt an jeden einen Emissionsfaktor. Sie ist genau in dem, was sie einschließt, und systematisch blind für das, was sie vergisst, und das Vergessen ist unvermeidlich: Eine vollständige Lieferkette verzweigt sich grenzenlos, also bricht jede Studie irgendwo ab.
Die Input-Output-Analyse arbeitet von der Wirtschaft nach unten. Volkswirtschaftliche Gesamtrechnungen erfassen, was jeder Wirtschaftszweig von jedem anderen bezieht, und Umweltrechnungen erfassen, was jeder Zweig emittiert. Einen Euro Ausgabe durch diese Matrix zu verfolgen erfasst konstruktionsbedingt die gesamte Wirtschaft, ohne Abbruch. Der Preis ist die Auflösung: Sie weiß, was der durchschnittliche für Maschinen ausgegebene Euro emittiert, nicht was diese eine Turbine emittiert.
Hybride Ansätze nutzen Prozessdaten für den wichtigen, gut verstandenen Vordergrund und Input-Output-Daten, um den langen Schwanz des Hintergrunds einzufangen. Die meisten ernsthaften modernen Analysen sind aus diesem Grund hybrid.
Vergleiche der beiden Methoden finden durchgehend, dass rein prozessbasierte Studien unterschätzen, typischerweise um 10 bis 30 Prozent, wegen des Abbruchs. Das sollte man wissen, wenn man einen veröffentlichten Herstellerwert liest, der fast immer prozessbasiert ist.
Wie man eine kritisch liest
Vier Fragen legen das meiste offen. Was ist die funktionelle Einheit - eine ans Netz gelieferte oder eine im Kraftwerk erzeugte Kilowattstunde, die sich um die Übertragungsverluste unterscheiden? Welche Lebensdauer und welcher Kapazitätsfaktor wurden angenommen, da beide im Nenner stehen? Wo endet die Systemgrenze? Und wer hat die Studie bezahlt?
Diese letzte Frage ist kein Zynismus. Von der Industrie finanzierte Analysen sind nicht automatisch falsch und häufig die ausführlichsten verfügbaren, weil der Auftraggeber über Prozessdaten verfügt, die sonst niemand hat. Aber Entscheidungen über den Untersuchungsrahmen sind Ermessensfragen, und Ermessensfragen, die eine interessierte Partei entscheidet, verdienen dieselbe Prüfung wie alle anderen.
Kohlenstoff ist zudem nur eine Größe. Eine Analyse berichtet typischerweise Wasserverbrauch, Flächenbelegung, Humantoxizität, Eutrophierung und Rohstoffzehrung neben den Treibhausgasen, und die Rangfolgen unterscheiden sich. Photovoltaik schneidet beim Kohlenstoff gut ab und bei Rohstoffzehrung und Toxizität weniger gut, wegen der beteiligten Metalle. Wasserkraft schneidet beim Kohlenstoff gut ab und kann bei Fläche und Artenvielfalt schlecht abschneiden. Nur die Kohlenstoffspalte zu berichten ist eine Entscheidung, und meist eine unausgesprochene.
Sorgfältig genutzt ist die Lebenszyklusanalyse das einzige Werkzeug, das einen Vergleich von Technologien überhaupt erlaubt, und dass unabhängige Studien auf dieselbe grobe Rangfolge zulaufen, ist ein echtes Ergebnis. Unsorgfältig genutzt erzeugt sie eine einzelne Zahl, die losgelöst von den Annahmen, die sie hervorgebracht haben, in Schlagzeilen wandert - und der größte Teil des Streits über Energieemissionen ist ein Streit über diese Annahmen, ohne dass es gesagt wird.
Häufige Fragen
Was ist eine Lebenszyklusanalyse?
Ein genormtes Verfahren, das die Umweltwirkungen eines Produkts über sein gesamtes Leben zählt - Rohstoffgewinnung, Fertigung, Transport, Nutzung und Entsorgung. Für Strom ergibt sie einen Wert in Gramm Kohlendioxid-Äquivalent je Kilowattstunde, und das macht den Vergleich zwischen Technologien erst möglich.
Wie hoch sind die typischen Werte für Strom?
Harmonisierte Mediane in Gramm Kohlendioxid-Äquivalent je Kilowattstunde: Kohle rund 820, Erdgas 490, Photovoltaik 41, Wasserkraft 24, Kernkraft 12 und Wind 11. Unabhängige Studien mit verschiedenen Methoden laufen auf diese Rangfolge zu, was selbst ein aussagekräftiges Ergebnis ist.
Warum widersprechen sich Studien?
Meist wegen der Systemgrenzen und nicht wegen der Messung. Ob Übertragung, Speicher oder Reserveleistung einer Quelle zugerechnet werden, kann ihr Ergebnis um den Faktor zwei verändern. Auch das Fertigungsnetz zählt: Ein Modul aus einem Kohlenetz trägt weit mehr gebundenen Kohlenstoff als dasselbe Modul aus einem Wassernetz.
Was unterscheidet prozessbasierte von Input-Output-Analyse?
Prozessbasiert baut von physischen Eingängen auf und ist genau in dem, was sie einschließt, bricht die Lieferkette aber zwangsläufig irgendwo ab. Input-Output leitet von volkswirtschaftlichen Gesamtrechnungen ab und erfasst alles, aber grob. Vergleiche finden, dass prozessbasierte Studien typischerweise um 10 bis 30 Prozent unterschätzen.
Misst die Analyse nur Kohlenstoff?
Nein. Eine vollständige Analyse berichtet Wasserverbrauch, Flächenbelegung, Toxizität, Eutrophierung und Rohstoffzehrung neben den Treibhausgasen, und die Technologien ordnen sich bei jedem anders. Photovoltaik schneidet beim Kohlenstoff gut ab und bei Rohstoffzehrung weniger; Wasserkraft gut beim Kohlenstoff und mitunter schlecht bei Fläche und Artenvielfalt.
