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Stauseen stossen Treibhausgase aus

27.10.2011 von

Wasserkraft ist die wichtigste Quelle für die erneuerbare Stromproduktion. Genutzt wird die potentielle Energie des Wasserkreislaufs. Die für die Stromproduktion benötigten Stauseen emittieren jedoch Treibhausgase. Sind diese Emissionen relevant? Wie können sie vermindert werden? Mit einem Anteil von etwa 16% an der globalen Stromproduktion ist die Wasserkraft gegenwärtig die wichtigste erneuerbare Quelle für Elektrizität. Die Industriestaaten haben ihr so genanntes hydroelektrisches Potential bereits stark ausgebaut. In anderen Teilen der Welt ist der Ausbau der Wasserkraft im Gange: Zum Beispiel am Nil, am Sambesi, am Amazonas und am Mekong sind viele neue Anlagen im Bau oder in Planung. Solche Staudämme können unerwünschte soziale und ökologische Nebenwirkungen haben, welche von der Umsiedlung ganzer Dörfer, über den Kollaps von Fischbeständen bis hin zu erhöhter Küstenerosion reichen. Trotzdem wird Wasserkraft generell als «grüne Energie» betrachtet.

Die Ökobilanz eines Wasserkraftwerks sollte jedoch die zusätzliche Emission von Kohlendioxid und Methangas berücksichtigen, welche durch den Bau und Betrieb eines Stausees entstehen.

Klimawirksames Methan gelangt in die Atmosphäre

Wegen seiner geringen Wasserlöslichkeit und der grossen Klimawirksamkeit steht vor allem das Methangas im Zentrum des Interesses. Dieses Gas kann bei der Stromproduktion mit Wasserkraft auf drei verschiedenen Wegen in die Atmosphäre gelangen: In Stauseen wird das Gas von Mikroorganismen in Sedimentablagerungen produziert. Es gelangt aus den Sedimenten via Diffusion zuerst ins Wasser, und von dort langsam in die Atmosphäre. Im Wasser kann zumindest ein Teil des Gases durch Bakterien auch in Kohlendioxid umgewandelt werden.

In grösseren Stauseen reichert sich das gelöste Gas in der Tiefe an und wird danach via Turbinen an den Fluss zurückgegeben, wo es über einen zweiten, indirekten Weg schneller in die Atmosphäre entweicht. Diese beiden Vorgänge der Methanfreisetzung lassen sich relativ gut analysieren und modellieren, weil sie überall recht gleichmässig verlaufen.

Sehr grosse Methanmengen können über einen dritten Emissionsweg freigesetzt werden: Wenn an einer Flussmündung sehr viele organische Partikel abgelagert werden, dann wird eine derart hohe Methankonzentration aufgebaut, dass sich Gasblasen bilden. Ähnlich wie in einem Bierglas perlen die Gasbläschen an die Oberfläche. Weil solche Blasenströme jedoch zeitlich und räumlich sehr variabel vorkommen, hat man sie bisher oft unterschätzt.

Globale Abschätzung

In einer kürzlich veröffentlichten globalen Übersicht mit Daten aus 85 Stauhaltungen haben Barros und Kollegen (siehe Literaturhinweise) hochgerechnet, dass die hydroelektrischen Anlagen jährlich ca. 275 Millionen Tonnen CO₂-Equivalente pro Jahr freisetzen. Bezogen auf die globale Stromproduktion setzt Wasserkraft knapp 100 kg CO₂ pro Megawattstunde frei. Das entspricht einem Zehntel der Emissionen typischer Kohlekraftwerke. Im weltweiten Mittel sind die Emissionen damit zwar deutlich kleiner als bei Gas- oder Kohlekraftwerken, sie sind jedoch insbesondere in den Tropen nicht zu vernachlässigen.

Was ist zu tun?

Um die Emissionen durch Wasserkraft zu verringern, sollten die Planer für neue Stauseen eine Lage auswählen, wo der Eintrag von organischem Material in den See möglichst gering sein wird. Der Einlauf zu den Turbinen sollte Wasser ansaugen, das mit der Atmosphäre im Austausch steht, sodass sich dort keine hohen Methankonzentrationen anreichern können. Die Ingenieure von heute und morgen müssen berücksichtigen, dass Stauseen nicht nur in den Wasserkreislauf sondern auch in den Kohlenstoffkreislauf eingreifen.

Literatur- und Medienhinweise
  • SF DRS, 11.Oktober 2011. «Schweizer Flusswerke schaden Klima». Tagesschau-Beitrag mit ETH-Professor  Bernhard Wehrli. >hier
  • Barros N. et al. Nature Geosci. 4, 593–596 (2011). >hier
  • Wehrli B, Nature Geosci. 4, 585-586 (2011). >hier
Zum Autor

Bernhard Wehrli ist Professor für Aquatische Chemie an der ETH Zürich und an der Eawag. Persönliches Zitat und Biografie





Kommentare (12) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Herr Professor Wehrli sieht in diesem Beitrag die „Grünheit“ und CO2-Freiheit der Wasserkraft durch möglche Methanbildung in den Stauseen etwas beeinträchtigt. Vom energetischen Standpunkt her sind Wasserkraftwerke beinahe unübertreffbar, denn sie sind regulierbar und können bei Bedarf innert kurzer Zeit sehr viel Strom erzeugen. Zudem sind sie als Speicher von Energie was die Kapazität angeht unübertroffen.

Michael Dittmar hat dann darauf aufmerksam gemacht, dass Wasserkraftwerke auch oft eine gewaltige Umweltzerstörung mit sich bringen. Dieser Aspekt ist hier noch etwas zu kurz gekommen.
Im Artikel Der Amazonas wird angezapft wird geschrieben, dass Brasilien fast vollständig auf Wasserkraft setzt, was seine zukünftige Energieversorgung angeht. Alledings hat das vielfältige und vornehmlich negative Folgen für das Amazonas-Gebiet bis hin zu den Nachbarländern. Hier einige Schlüsselsätze aus dem Artikel
„Die Stauwerke in den Nachbarstaaten drohen die bisherige, nahezu völlig ungestörte Verbindung zwischen den Anden und dem Atlantik zu zerstören“
„Die vielen Dämme an den Oberläufen werden den Amazonas über Hunderte oder Tausende von Kilometern beeinträchtigen.“
„Dämme wie dieser [Belo Monte] blockieren wichtige Routen für wandernde Fischarten, überfluten zehntausende Hektar Regenwald, vertreiben zahlreiche dörfliche Gemeinschaften und setzen gewaltige Mengen Methan aus der verrottenden Vegetation frei.“
– Forderung: „Der Betreiber Norte Energia muss garantieren, dass während der Trockenzeit weiterhin genügend Wasser im Fluss bleibt, damit er nicht austrocknet.“ (Es gibt starke saisonale Schwankungen im Zufluss)
– Es sind allerdings schon Zusatzkraftwerke am Xingu-Oberlauf geplant um saisonale Schwankungen auszugleichen, eine Betonorgie als Endresultat.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Martin ok,

also dank vergangener Techno(fixe) konnte das Wachstum in
Schueben fortgesetzt werden.

Gerade der Schub durch die Entdeckungen wie man das natuerlich
angesammelte aber endliche Kapital, also Humus (fuer die Landwirtschaft) sowie alle anderen Arten des Biomassen Kapitals, sauberes Wasser, Luft etc sowie des Kapitals an fossilen Energiequellen (Oel, Gas und Kohle und auch Uran) nutzen konnte
haben wir die Ghost Carrying capacity fuer den
Homo Collossos erhoehen koennen.
(Lese mal Overshoot von Prof Catton!)

Damit ist die Konsequenz vorgezeichnet:

die nicht nachhaltige Nutzung des nachwachsenden „Bio-Kapitals“
(das was im footprint Konzept gezaehlt wird)
bringt uns schon mal einen overshoot von rund 30%
(1.3 Planeten brauchen wir im Weltmittel sowie rund 4 Planeten fuer uns in Europa).

Zaehlen wir alleine die fossilen Energierohstoffe dazu,
dann erhoeht sich unser footprint um mindestens einen
Faktor 10-20, vermutlich deutlich mehr wenn man das EROEI
beruecksichtigt.

Leider scheinen wir die Grenze bei heutiger Technologie
in etwa erreicht zu haben.

Magische Technofixe koennen wir uns ja nur rein theoretisch
in sehr ferner Zukunft und in (Science?)-Fiction Filmen vorstellen.

Damit haben wir das Ergebnis des Plan A
(seit sagen wir 1972):

Der Overshoot unserer Spezies hat sich seither mehr als verdoppelt!

Und all die heutigen (10 Millionen Menschen verhungern jedes Jahr) und die kommenden Opfer sind das Resultat unserer Ignoranz gegenueber diesen einfachen Zusammenhaengen.

Die Verantwortung liegt bei denen die weiter
unbeirrt an Plan A festgehalten haben, bei denen die den Plan immer noch akzeptieren und bei denen die uns Technofixe oder andere Wunder versprechen.

Die Alternative (Plan Y inzwischen) ist die Realitaet zu erkennen, das zu verbreiten und damit ein Umkehren zu erzwingen.
(sicher sollen wir auch beim schwierigen Abstieg ins Tal
das Seil (technofix), soweit wir eins haben, nutzen

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Hoi Michael,
Limits to Growth gibt es für alle Organismen und oft sind es äussere Grenzen, die das vorgegebene exponentielle Wachstum eindämmen: Eine zu grosse Population einer Tierart wird beispielsweise durch Nahrungsmangel am weiteren Wachstum gehindert. Einige Tierarten reduzieren schon vorher ihren Nachwuchs um so etwas zu verhindern. Der Mensch gehört aber nicht unbedingt zu dieser Sorte. Innovationen wie Ackerbau, Tierzucht und Rohstoffnutzung haben jedoch die Grenzen immer wieder hinausgeschoben und dieses Hinausschieben von Grenzen muss auch jetzt wieder gelingen, sonst kommt es zum erzwungengen Wachstumsstopp.
Bleiben das Wissen und die Technologie, die wir heute haben, mindestens bei einigen erhalten, wird nach einem solchen Einbruch das Wachstum wieder wie gehabt weitergehen – bis zum nächsten Einbruch.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Hoi Martin,

eigentlich ist „Option B“ (aus dem Buch limits of growth)
die Antwort auf das unvermeidbare Ende der Wachstumsgesellschaft gewesen.

Also Plan A ist der durch die begrenzte Erde
erzwungene Niedergang

„mit insgesamt mehr Opfern als alle Kriege in der gesamten Menscheitsgeschichte gebracht haben.“

Die 40 Jahre die wir verschlafen haben machen
die Situation nicht besser und selbst die
optimistischsten Visionen zu einem geordneten
Niedergang sehen nicht sehr erfreulich aus.

Also bitte akzeptiere das Plan A ohne den Technofix
das ist was du beschreibst.

Wenn du selber keinen Plan B hast dann solltest du das
zugeben. Du bist damit nicht alleine.

Aber, optimistische Realisten wie ich versuchen
ein Plan B auf dem heutigen Wissen basiert und nicht
auf utopischen Ideen (Cargo Cult Science) oder die Rueckkehr
des Messias oder aehnlichem zu basieren.

Stimmst du mit mir ueberein dass Plan A und ohne Technofix
dein Scenario ergibt?
und die etlichen Technofixe noch weit in der Ferne liegen?

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

@Michael Dittmar,
die Option B – also die Alternative zur Fortsetzung von Wachstum und Prosperität – ist der erzwungene Niedergang mit insgesamt mehr Opfern als alle Kriege in der gesamten Menscheitsgeschichte gebracht haben.

Es ist schon so: Alle hoffen auf den Technofix, nur in unterschiedlichen Ausgestaltungen. Für die einen sind Windmühlen der Technofix, für die andern Fusionskraftwerke. Schliesslich waren schon die fossilen Energien ein Technofix für den damaligen Energiemangel.

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Hoi Martin,

du schreibst:
„Für mich und unsere gegenwärtige Zivilisation ist das jedoch keine Option, denn ein völliges Einfügen des Menschen in die Natur im Sinne des sich Zurücknehmens, des Verzichts auf Landnahme und Ressourcenverwertung ist nicht kompatibel mit 7 und schon bald 9 Milliarden Menschen auf dem Planeten.“

Das ist sicher eine richtige Beobachtung.
Fuer unsere westliche Zivilisation ist das keine Option.

Aber, wie in dem Film auch gut beobachtet wird..
(die Option A ist keine Option fuer die Zukunft!)

und
(Fast) Jeder der will, kann heute erkennen:
Der Plan A, weiter so wie bisher (Wachstum ueber alles)
ist unmoeglich und bringt allen anderen Optionen den Ruin.

ok, also was ist dein Plan B.
(rein theoretisch weil du den Glauben an die freie Energie noch
nicht aufgegeben hast.. aber mal rein theoretisch..)

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Hoi Michael,
ich muss dir insoweit recht geben, als dass die Nutzung der Wasserkraft einen Fluss „zweckentfremdet“, ihn in den Dienst eines menschlichen Bedürfnisses stellt. Dabei nimmt die Natur meist Schaden, auch wenn man den Schaden minimieren kann.

Ich hab mir auch den zweiten Film angeschaut, der eigentlich die Rückkehr zur Natur propagiert. Für mich und unsere gegenwärtige Zivilisation ist das jedoch keine Option, denn ein völliges Einfügen des Menschen in die Natur im Sinne des sich Zurücknehmens, des Verzichts auf Landnahme und Ressourcenverwertung ist nicht kompatibel mit 7 und schon bald 9 Milliarden Menschen auf dem Planeten.

Somit komme ich wieder zur einzigen Form von Nachhaltigkeit, die sowohl die Natur erhält als auch uns ein weiteres Wachstum oder mindestens einen Erhalt des materiell erreichten ermöglicht: Die zukünftige Technik muss auf 100% Rezyklierung, völlig geschlossene Kreisläufe setzen. Alles was innerhalb der Menschenwelt geschieht nutzt nur die Ressourcen, die innerhalb dieser Menschenwelt vorhanden sind. Abfälle sind Ausgangspunkt für neue Produkte und die Energieproduktion nutzt entweder eine Form der nuklearen Energie, wo schon einige Kilogramm an Rohstoff die Energiebedürfnisse von tausenden von Menschen befriedigt oder eine Kombination von Solar- und Windenergie mit noch zu findenden Speichern für Strom. Das ist eben die altbekannte Raumschiffökonomie. Gewisse Voraussetzungen für eine Raumschiffökonomie sind schon vorhanden. Menschen bevorzugen die Stadt als Lebensraum. Im Jahre 2050 werden 70% der Bevölkerung ins städtischen Gebieten leben. Die zukünftigen Städte müssen also selbstgenügsam existieren können, dann haben wir die Raumschiffökomie.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Hoi Martin,

versuche es doch mal mit etwas mehr gesamheitlichem Denken.

„Und Wasserkraft ist sicherlich grüne Energie“

was ist daran so gruen?

http://www.ndr.de/regional/wasserkraft105.html
(der Rest der Sendung vom 17.11 zum Thema ist auch interessant.

Warum ist es so schwer den Unterschied zwischen
einer Entwicklung zur Nachhaltigkeit
und dem bla bla einer nachhaltigen Entwicklung zu erkennen?

in dem Zusammenhang ein Video von BBC
http://video.google.com/videoplay?docid=2750012006939737230

Sollte jeder mal anschauen,
es koennte auch anders gehen!

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Sehr geehrter Herr Professor Wehrli,
Hydropower ist die ideale Kraftquelle. Mit seiner Regulierbarbarkeit läuft sie nicht nur den neuen Erneuerbaren Wind+Sonne, sondern sogar den etablierten fossilen Energiequellen, Kohle und Öl, ja sogar Erdgas den Rang ab. Und Wasserkraft ist sicherlich grüne Energie, auch wenn etwas Methan (welches nur eine Halbwertszeit von 12 bis 14 Jahren hat) entsteht und entweicht. Allerdings können grosse Wasserkraftwerke die Landschaft und den Wasserhaushalt einer grossen Region ungünstig verändern bis hin zum Wasserentzug (Wasserdiebstahl) für flussabwärtsgelegene Gebiete. Flüsse sind halt mehr als blosse Energiequellen, es sind oft auch Lebensadern für eine ganze Region.
Länder wie China werden ihr grosses hydroelektrisches Potential (318 Gigawatt entsprechend 2000 Terawattstunden == gesamter Primärenergieverbrauch von Frankreich) sicherlich zum grossen Teil ausschöpfen, nur schon um die Produktionsschwankungen ihres ebenfalls gross ausgebauten Windenergiesektors ausgleichen zu können. Nach IEA World Energy Outlook 2011 wird erst im Jahr 2030 (in 19 Jahren also) mehr erneuerbare Energie per Windkraft erzeugt als über Wasserkraftwerke.

Heute erzeugen alle Energiequellen CO2. Nach Emission intensity erzeugt Photovoltaik 100 kg CO2 pro Megawattstunde also gerade soviel wie die heutige methanbelastete Hydroelektrizität. Nur Wind- und Nuklearkraft kommen auf tiefere Werte. Bis auch CO2-Emissionen von 100 oder weniger Kilogramm CO2 pro Megawattstunde eine Rolle spielen muss noch viel Wasser den Rhein hinunterfliessen und wir müssen an vielen anderen Orten CO2-Emissionen einsparen.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 0

Hallo Herr Meier,

interessante Idee, Staudaemme in Westeuropa
(inklusive der Schweiz) zu reduzieren.

Wollen sie wieder Lachse in der Schweiz?
Warum eigentlich nicht.

michael
ps…
ich habe vor 30 Jahren, oder so, mal ein Lied aus Kanada gehoert

„Nur Biber duerfen Daemme bauen.“

http://www.derrickjensen.org/work/published/essays-interviews/actions-speak-louder-than-words/

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 2

@Hr. Dittmar

Ja, von der Schweiz aus (wo an den meisten möglichen Standorten schon ein Staudamm steht), ist es sehr sinnvoll zu sagen: Hallo Chinesen! Ihr dürft keine Dämme bauen und solltet lieber im Winter im Dunkeln frieren. Wegen dem CO2, wisst ihr.

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Guten Tag Herr Wehrli,

Was ist zu tun?

Anstatt auf Technofix zu hoffen sollten „wir“ nicht erstmal
die Fehler der Vergangenheit korrigieren und
einfach erstmal keine neuen Daemme bauen?

Selbst ohne das Methan Problem zeigt ihre Liste der Probleme
ja schon mehr als genug Probleme.

Hier ein aktuelles Beispiel:
http://www.bbc.co.uk/news/world-latin-america-15102520

Was braucht man noch mehr um mit dem Umdenken zu beginnen?

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 0 Daumen runter 1

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