Windkraftanlage © DOE

Physikalisch gesehen ist die Energiedichte des Windes, ebenso wie die der auf der Erde nutzbaren Sonneneinstrahlung, sehr gering. Somit müssen viele Anlagen gebaut und viel hochwertiges Material eingesetzt werden, um eine verhältnismäßig geringe Energiemenge zu „ernten“.

Die Werkstoffe – bei Windenergieanlagen vor allem Stahl für den Turm und Kupfer für den Generator – herzustellen, daraus Komponenten zu fertigen und diese wiederum zu einer Windenergieanlage zusammen zu setzen erfordert Energie, beispielsweise in Form von Strom, Gas und Wärme. Pro Kilowattstunde Strom aus Windkraft muss wesentlich mehr Material und damit Energie investiert werden als bei Kraftwerken, die Strom aus Kohle oder Öl produzieren. Die Frage nach der Energieeffizienz der Windenergienutzung ist demnach komplizierter als es zunächst aussieht.

Um das Verhältnis zwischen erzeugter und benötigter Energie der Windenergieanlage aufzuklären, müssen Forscher wie Professor Hermann-Josef Wagner, vom Lehrstuhl Energiesysteme und Energiewirtschaft der Ruhr-Universität Bochum (RUB), den Aufwand an Energie und natürlich die damit verbundenen Emissionen an Luftschadstoffen und Klimagasen erst einmal genau bestimmen, und zwar über die gesamte Lebensdauer einer Windenergieanlage hinweg.

Diese Lebenszyklusanalyse, die die Wissenschaftler zum Teil in Zusammenarbeit mit Industriepartnern erstellen, beginnt bei der Herstellung des Materials für die Anlagen, verfolgt dann den Anlagenbau und die Nutzungsphase bis zum Abbau der Anlage und dem Recycling des eingesetzten Materials am Ende seiner Lebenszeit. Dabei berücksichtigen die Forscher alle relevanten Energie- und Emissionsströme, die in und aus dem Fertigungsprozess und aus der Anlage heraus fließen, also zum Beispiel auch für Wartungsarbeiten und Ersatzteiltransporte. Für die Berechnungen gehen sie dabei von einer Betriebsdauer von 20 Jahren für eine Windenergieanlage aus.

Prozesskettenanalyse © RUBIN/RUB

Material- und Energiebedarf können die Wissenschaftler am besten über Prozesskettenanalysen ermitteln und zum so genannten "kumulierten Energieaufwand" summieren. Dabei zerlegen sie einen komplexen Produktionsprozess in eine Vielzahl von Prozessschritten und betrachten das Produkt oder die Dienstleistung ganzheitlich über Herstellung, Nutzung und Entsorgung. Alle Energieströme rechnen sie der Vergleichbarkeit halber auf Primärenergie zurück. Das ist letztendlich die Energiemenge, die in Form von Rohkohle, Rohöl oder Gas der Natur entnommen werden muss, um beispielsweise Strom, Fernwärme oder Benzin zur Verfügung zu haben.