Factsheet Windkraft: Rohstoffabhängigkeiten und Herausforderungen

Windkraft: Rohstoffabhängigkeiten und Herausforderungen Windkraft ist in Deutschland die führende Form der erneuerbaren Energie und trägt allein in Nordrhein-Westfalen mit über 45% zur regenerativen Stromerzeugung bei.1 Um den Ausbau von erneuerbaren Energien weiter voranzutreiben, soll die installierte Windkraftleistung bundesweit bis 2030 verdoppelt werden. Für diesen Zubau von etwa 79 GW wird eine große Menge unterschiedlicher Rohstoffe benötigt. Einige dieser Rohstoffe sind von der EU als kritisch eingestuft worden. Diese zeichnen sich durch eine große Angebotskonzentration und erhöhte Länderrisiken im Bezug auf die Versorgung aus. Eine besonders große Marktkonzentration auf einzelne Staaten besteht in der Förderung und Verarbeitung von Seltenen Erden, Aluminium und Rohstahl (s. Tab. 1). Die weltweite Produktion und Verarbeitung von Seltenen Erden etwa findet nahe­ zu ausschließlich in China statt.2 ­

Rohstoffbedarf von Windkraftanlagen Es gibt verschiedene technische Varianten von Windkraftanlagen, die sich in Bezug auf ihre Bauweise, Größe, Standortanforderungen und auch die verwendeten Rohstoffe unterscheiden können. In der Regel wird eine Stahlstruktur für den Turm und glas- bzw. carbonfaserverstärkter Kunststoff für die Rotorblätter verwendet. In einigen Fällen werden Türme aus Beton und Stahl kombiniert, um die strukturelle Integrität und Stabilität zu erhöhen.2 Bei der Verankerung von Windkraftanlagen am Meeresboden kommen verschiedene Fundamenttypen zum Einsatz, die abhängig von Faktoren wie dem Anlagengewicht, der Wassertiefe und der Bodenbeschaffenheit sind.3 Um den harschen Umwelteinflüssen auf See zu trotzen, wird für Offshore-Windkraftanlagen ein zusätzlicher Korrosionsschutz aus Aluminium und Zink benötigt.4 Des Weiteren kann der Rohstoffbedarf für Windkraftanlagen je nach Bauart variieren. Getriebelose Windkraftanlagen sind ­mechanisch weniger komplex und ermöglichen dadurch Einsparungen im Rohstoffbedarf. Nachteilig für die Rohstoffbilanz bei dieser Bauart ist jedoch der notwendige Einsatz eines größeren und schwereren Ringgenerators.5

Welche Rohstoff­ menge wird für den Windkraftausbau in NRW ­benötigt?

Potenzieller Rohstoff­ bedarf in NRW bis 2030

Eine Potenzialstudie des Landesamtes für Natur, U ­ mwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) zeigt, dass bis 2030 in NRW eine Windkraftleistung von bis zu 16,4 GW erreicht werden könnte.7 Aktuell sind bereits 6,73 GW installiert (Stand Januar 20231). Das bedeutet, es können noch zusätzliche 9,67 GW hinzugefügt werden.

Um den erforderlichen Rohstoffbedarf für den Windkraftausbau in NRW abzuschätzen, wird auf die Rohstoffbedarfsberechnungen der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) für den geplanten Windkraftausbau in Deutschland bis 2030 zurückgegriffen.2 Diese berechneten Rohstoffbedarfe werden auf eine Leistung von 1 GW skaliert und anschließend auf die benötigte Leistung von 9,67 GW hochgerechnet. Hieraus lassen sich Rohstoffmengen für den Zubau von Windkraftkapazitäten in NRW bis 2030 vereinfacht ermitteln (s. Tab. 1).

Rohstoff

Menge in t1

Beton

3.230.000

Stahl

1.120.300

Gusseisen

177.000

Zink

53.000

Polymere

45.000

Kohlefaser- und Glasfaserverbundstoffe

77.000

Kupfer

19.000

Aluminium

12.000

Mangan

8.000

Chrom

5.000

Nickel

4.000

Molybdän

1.000

Seltene Erden

650

Tab. 1: Potenzieller Rohstoffbedarf für den Zubau von Windkraftkapazitäten in NRW bis 2030

Gondel Maschinenhaus für Hauptlager, Getriebe, Generator, Antriebswelle, Steuerungs- und Sicherungssysteme b Aluminium b Kupfer b Stahl| b Gusseisen b GFK b Epoxidharz b Mangan, Molybdän, Selen, Niob, Nickel Antriebsstrang, Getriebe b Stahl b Gusseisen Generator/Turbine b Stahl b Kupfer b Gusseisen b Seltene Erden (nur bei permanent-­ magnetisch erregten Generatoren) b Aluminium b Chromstahl

Rotor 3 Rotorblätter sowie Nabe b CFK, GFK oder Kombination aus beiden b Stahl b Aluminium b Polyesterharz b Gusseisen b Chromstahl Turm und Fundament: b Stahl b Beton (bei Offshore-Windkraftanlagen größtenteils keine Verwendung) b Aluminium (nur bei Offshore-Stahlfundamenten, Korrosionsschutz) b Zink, Nickel

Abb. 1: Windkraftanlagenkomponenten und die verwendeten Rohstoffe3, 6

NRW-Beteiligung in der Wertschöpfungskette von Windkraftanlagen13

Rohstoffförderung & -verarbeitung Stahl, Eisen, Aluminium, Kupfer, Mangan, Chrom, Zink, Beton (Sand und Zement)

Produktion Fundament, Turm, Gondel, Generator, Turbine, Getriebe, Rotor, Lager, Dichtungen

Projektentwicklung, Endmontage Planung, Projektierung, Logistik, Transport, Montage, Instandsetzung, Vermessung

Betrieb, Wartung, Instandhaltung, Services Monitoring, Rechtsberatung, Gutachten, Zertifizierung, Consulting, Rückbau

Aufbau einer Windenergieanlage

Woher stammen die Rohstoffe für ­Windkraftanlagen?

Die Rohstoffe für Windkraftanlagen stammen aus diversen Quellen und ­werden in verschiedenen Teilen der Welt abgebaut (s. Tab. 2)8.

Die hohen Importquoten Deutschlands variieren je nach Rohstoff.

Das für die Herstellung von Roheisen verwendete ­Eisenerz wird ausschließlich aus dem Ausland importiert. Die Hauptlieferländer sind Südafrika, Brasilien, Kanada, die Russische Föderation, Schweden und die ­Ukraine. ­Darüber hinaus importiert die deutsche Stahlindustrie Mangan (aus Nor­wegen, ­Südafrika, Frankreich, Malaysia), Chrom (aus der Türkei), Bauxit (aus ­Guinea), ­Kupfererze und -konzentrate (aus Brasilien, Peru, ­Chile, ­Indonesien), Seltene Erden (aus China, Japan)9 sowie Zinkerze und -­ konzentrate (aus den USA, Australien, Schweden, Peru, Burkina Faso).10 Eine überwiegend nationale bzw. ­regionale Rohstoffversorgung hingegen besteht bei den Baurohstoffen Sand, Kies und ­Kalkstein, die zur Herstellung von Zement und Beton benötigt werden11. In NRW befinden sich beispielsweise große Lagerstätten von Quarzsand und -kies im Sauerland und am N ­ iederrhein12.

Globale Produktion, Weltreserven und Haupt­produzenten der Rohstoffe für Wind­ kraftanlagen Rohstoff

Produktion 2022 in 1000 t

Welt­ Hauptproduzenten reserven Länder in 1000 t

Eisenerz

2.600.000 180.000.000 Australien, Brasilien, China

Zink

13.000

210.000 China, Peru, Australien

Kupfer

22.000

890.000 Chile, Mexiko, Kongo

Aluminium

69.000 (Hütten­ produktion)

31.000.000 China, Indien, Russland (Bauxit)

Mangan

20.000

1.700.000 Südafrika, Gabun, Australien

Chrom

41.000

560.000 Südafrika, Türkei, Kasachstan

Nickel

3.300

>100.000

Indonesien, Philippinen, ­Russland

Molybdän

250

12.000 China, Chile, USA

Seltene Erden

300

130.000 China, USA, Australien

Tab. 2: Globale Produktion, Weltreserven und Hauptproduzenten der Rohstoffe für Windkraftanlagen8

Was kann recycelt werden?

Wie viel kann recycelt werden?

Windkraftanlagen und ihre Bestandteile können zu bis zu 90 % wieder­verwertet und somit in den Wertschöpfungskreislauf zurückgeführt werden. Dies gilt sowohl für die elektrischen Komponenten als auch für den Turm und die darin verbauten Rohstoffe Stahl, Kupfer, Aluminium und Beton. Die Wiederverwertung der Rotorblätter ist heraus­fordernder, da sie aus faserverstärkten Verbundstoffen bestehen und aktuell Recycling­lösungen dafür fehlen. Im Gegensatz dazu können die Fundamente demontiert und der darin enthaltene Betonstahl recycelt werden. Der Stahl wird der Stahlproduktion zugeführt, während der recycelte Betonbruch für den Straßen- und Flächenbau – beispielsweise für Kranstellplätze – genutzt werden kann.14

Obwohl die Lebensdauer von Windkraftanlagen theoretisch über 30 Jahre betragen kann, erfolgt die Abschaltung vieler Anlagen bereits nach 20 Jahren. Das liegt an den Vorschriften des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) aus dem Jahr 2000, welches den Betreibern eine Einspeisevergütung für 20 Jahre gewährt. Ohne diese Vergütung ist der Weiterbetrieb älterer Windkraftanlagen aufgrund steigender Wartungs- und Reparaturkosten wirtschaftlich nicht rentabel. Gemäß den Bestimmungen des Bundes-Immissionsschutzgesetzes ist es untersagt, stillgelegte Windkraftanlagen in der Umwelt zu belassen. Deshalb sind die Betreiber gesetzlich verpflichtet, diese Anlagen zu demontieren. Im Jahr 2021 wurden etwa 6.000 Anlagen mit einer Gesamtleistung von knapp 4,5 GW stillgelegt. In den kommenden Jahren wird die ­EEG-Vergütung für weitere Windkraftanlagen mit einer installierten Leistung von 2 bis 3 GW sukzessiv auslaufen, wodurch in Deutschland jährlich etwa 10.000 t an Materialien aus Altanlagen für das Recycling zur Verfügung stehen.15

Welche Rohstoffe sind kritisch für die Wertschöpfungskette der ­Windindustrie?

Repowering Weniger Anlagen und mehr Leistung

In der Wertschöpfungskette der Windindustrie in NRW bestehen potenzielle Rohstoffknappheiten, die die Produktion und den Ausbau von Windkraftanlagen beeinträchtigen können.

Zu diesen Knappheiten gehören Metalle der Seltenen Erden wie Neodym, Praseodym Dysprosium und Terbium, die in den Permanentmagneten von Generatoren verwendet werden. Da diese Metalle in begrenztem Maße vorkommen und die Förderung in wenigen Ländern - insbesondere in China - konzentriert ist, besteht im Hinblick auf stark angehobene Ausbauziele der Windkraftkapazität das Risiko von Rohstoff- und Fertigungsengpässen.10, 16 Des Weiteren ist für Stahl, Stahlveredelungsmetalle wie Chrom, Mangan, Molybdän, Nickel und das Basismetall Kupfer weltweit eine hohe Nachfrage zu erwarten. Als essenzielle Rohstoffe für die Konstruktion von Windkraftanlagen sowie deren elektrische Komponenten konkurriert die Windindustrie mit anderen Industrien wie dem Bauwesen, der Automobilindustrie und der Elektronikproduktion. Die nordrhein-westfälische Wirtschaft ist in hohem Maße auf internationale Rohstoffmärkte angewiesen. ­Auswirkungen auf die globalen Rohstoffmärkte - sei es durch Angebotsengpässe, Preisschwankungen oder Handelsbeschränkungen infolge von Pandemien oder militärischen Konflikten - können die Verfügbarkeit und die Kosten dieser ­Rohstoffe erheblich beeinflussen.11

Ausblick

140 120

80 60

20

2020

2025

2030

2025

2030

2015

2010

2020

Installierte Leistung

2005

2000

1995

1990

0

Prognose auf Basis des bisherigen Zubaus

Benötigter Zubau für das Klimaschutzziel 2030

Aktueller Stand und Ausblick der Windkraftleistung in NRW 18 16

12 10 8 6 4 2

Installierte Leistung

2015

2010

2005

2000

0 1995

Leistung [GW]

14

1990

Es bleibt abzuwarten, wie sich die globale Rohstofflage entwickeln wird und inwieweit diese Entwicklungen die Verfügbarkeit und die Kosten der für Windkraftanlagen benötigten Materialien beeinflussen werden.

Die aktuelle Dynamik bietet der Industrie die Chance, langfristige Strategien zu entwickeln, um eine nachhaltige und zuverlässige Rohstoffversorgung zu gewährleisten.

100

40

Die kritischsten Rohstoffe für die Herstellung von Windkraftanlagen sind die seltenen Erden. Die starke Marktkonzentration auf von China als Hauptlieferant und -aufbereiter dieser Rohstoffe eröffnet unterschiedliche Szenarien für die zukünftige Entwicklung ihrer Kritikalität. Die globale Nachfrage nach diesen Rohstoffen, die auch für den Bau von Windkraftanlagen unerlässlich sind, wird voraussichtlich weiter steigen. Dies resultiert aus den Erneuerbaren Energiezielen vieler Staaten weltweit sowie der vermehrten Produktion von Schlüsseltechnologien in anderen Sektoren.

Eine Diversifizierung der Rohstoffquellen, beispielsweise durch die Exploration lokaler Lagerstätten, kann in Zukunft dazu beitragen, das Versorgungsrisiko in der Windkraftbranche in NRW zu verringern. In anderen Szenarien profitiert die Windkraftindustrie vor allem von eigenen Innovationen und generellen technologischen Fortschritten, die dazu beitragen, die Effizienz der Rohstoffnutzung zu verbessern und alternative Materialien zu erforschen.

rohstoffe@energy4climate.nrw

160

Leistung [GW]

Die Sicherung der Rohstoffversorgung für Windkraftanlagen in Deutschland, insbesondere in Nordrhein-Westfalen, konzentriert sich auf wenige Staaten weltweit.

Diese Marktkonzentration birgt potenzielle Risiken in Form möglicher Engpässe oder Preisschwankungen, die durch globale Ereignisse oder Marktveränderungen ausgelöst werden können. Die zukünftige Entwicklung der globalen Rohstoffmärkte wird maßgeblich darüber entscheiden, wie sich die Verfügbarkeit und die Kosten der benötigten Materialien für die Windkraftindustrie gestalten werden.

Kontakt

Aktueller Stand und Ausblick der Windkraftleistung in Deutschland

Prognose auf Basis des bisherigen Zubaus

Zubaupotenzial auf Basis der LANUV-Studie9

Quellen: 1 LEE NRW 2023: Windenergie. Landesverband Erneuerbare Energien NRW e. V. 2 Misereor e.V. 2018: Rohstoffe für die Energiewende. Bischöfliches Hilfswerk MISEREOR e. V. 3 BMWK o. J.: Fundamente und Gründungsstrukturen. Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.

4 Sepktrum.de 2022: Erhöhte Metallkonzentrationen um Windräder in der Nordsee.

5 BWE o.J.: Generatorkonzepte. Bundesverband WindEnergie e.V. 6 Randelhoff, Martin 2020: Batterieelektrisch vs. Brennstoffzelle (H2) vs. Power-to-X im Straßenverkehr. Zukunft Mobilität.

7 LANUV 2022: Potenzialstudie Windenergie NRW. Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen.

8 USGS 2023: Mineral Commodity Summaries 2023. U.S. Geological Survey.

9 Ifo Institut 2022: Wie abhängig ist Deutschland von Rohstoffimporten. Leibniz Institut für Wirtschaftsforschung.

10 BGR 2022: Deutschland – Rohstoffsituation 2021. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.

11 Prognos 2019: Rohstoffbedarf im Bereich der erneuerbaren Energien. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

12 BGR 2016: Quarzrohstoffe in Deutschland.

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.

13 BWE 2023: Windindustrie in Deutschland 2023. Bundesverband WindEnergie e.V. 14 Recycling Magazin 2023: Rückbau, Recycling und Repowering. RECYCLING magazin.

15 Sepp Verena 2023: Wohin mit den Rotorblättern? Der Schrottberg an Windkraftanlagen wächst, weil eine Recycling-Lösung fehlt. ­Focus Online.

16 Prognos 2023: Souveränität Deutschlands sichern. Stiftung Klimaneutralität.