Footprint von CO₂-Footprint

Braunkohlekraftwerk Niederaussem © Stodtmeister – „Eigene Werke“ CC BY 3.0. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=13279041

Bei diversen Diskussions-Events, Social Media Threads, auch Beiträgen der „AG Energetik“ etc. nahm ich mich immer wieder des Themas „CO2“ an – z.B. indem ich über den CO2-Ausstoß von Elektrofahrzeugen, sog. „Erneuerbaren Energien“ (im folg. „EE’s“) oder Kernkraftwerken sprach bzw. diesen als eine Komponente des „Impacts in die Biosphäre“ betrachtete. Dies brachte mir prompt bohrende Fragen ein, etwa ob „ausgerechnet ich“ an den angeblich CO2 -verursachten und somit anthropogenen Klimawandel glauben würde etc.

Nun, die Antwort, die ich auf solche Fragen zu geben pflegte und von der ich (fälschlicherweise!)  angenommen hatte, sie sei irgendwie salomonisch, lautete für gewöhnlich „ist mir egal“ oder „für mich irrelevant“, was zur Klärung der meinigen Position in Sachen CO2 und Klimawandel eher einen kontraproduktiven Beitrag geleistet hatte. Als ich dann noch zu erkennen gab, dass ich zwischen dem CO2 aus dem Darmtrakt eines Wiederkäuers und dem aus einem Kohlekraftwerk u.U. einen Unterschied sehen würde, war alles endgültig im Eimer… 😳

An dieser Stelle wird es langsam Zeit sowohl den nur mittelbar beteiligten Leser als auch den eifernden Opponenten zu beruhigen. Keine Angst! Ich weiß natürlich genauso gut wie Ihr alle, dass der Einfluss vom anthropogenen CO2 auf das Weltklima infinitesimal klein ist und folgerichtig zu den Fakenews des Jahrhunderts gehört – so ähnlich wie die 20’000 Todesopfer des Reaktorunglücks von Fukushima 👿. Eine völlig andere Frage ist freilich die, welcher Impact, insbesondere welcher Schadstoffausstoß mit der Emission von z.B. 1 Kg CO2 einhergeht. Dies zu berechnen ist genau der Gegenstand der vorliegenden AG. Dabei gewinnt der Terminus „Footprint“ eine ganz andere, reale Bedeutung, die doch ansonsten vollkommen ausgeblendet wird ➡: Nicht das CO2 ist das Problem – die anderen Schadstoffe und der gesamte Impact drum herum sind es!

➡ Auf den ersten Blick richtet sich die ganze CO2 -Diskussion in erster Linie gegen die sog. Kohlelobby und spielt dem ökoindustriellen Komplex, also der „Ökolobby“, in die Hände. Aber so einfach ist es nicht, wie ein kurzer Blick spätestens auf die reziproke Interessenlage verrät, sprich bei der Fragestellung, wer denn ein Interesse daran haben könnte, durch die CO2 -Diskussion von ganz anderen Problemfeldern abzulenken. Wie ich anhand von z.T. heftigsten Reaktionen bei den o.g. Events festgestellt habe, sind es in Wahrheit beide Lobbygruppen, die ein wahrlich fundamentales Interesse an der ganzen CO2– und Klimadiskussion haben. Die Ökolobby wie die Kohlelobby brauchen nichts so sehnsüchtig, wie ein einziges, lösbares (!) Problem, was nach dessen Beseitigung die sog. „Energiewende“ Wirklichkeit werden lassen kann. Und diese wollen doch beide: die Ökos für deren fürstlich vergütete EE’s und die Kohlelobby für deren Backup- und intermittierende fossile Kraftwerke!
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Kohlekraftwerk Neurath. Quelle © WikiCommons

Die vorliegende AG wollen wir zunächst mit einer ganz anderen Aufgabe beginnen, nämlich der Berechnung von Brennstoffverbrauch eines Braunkohlekraftwerks, das die elektrische Last von 4 GW fährt (das links abgebildete Kohlekraftwerk Neurath kann eine solche Leistung aufbringen). Der Hintergrund der Geschichte ist der, dass bei der Betrachtung von Schadstoffausstoß eines solchen fossilen Meilers die emittierten Stoffe häufig in Milli- oder sogar Mikrogramm angegeben werden, was dann doch sehr homöopathisch daherkommt. Wenn z.B. das Kilo Braunkohle nur einige Mikrogramm an Uran-238 enthält, lohnt es sich dann überhaupt noch über dieses Uran zu diskutieren?

Nun, unsere ganz einfache Rechnung zeigt, dass die Menge, die ja das Gift bekanntlich macht, durchaus signifikante Größenordnungen erreichen kann. Wenn nämlich das Kraftwerk Neurath seine volle elektrische Last von 4.4 GW fährt, so bedeutet es etwa das 3-fache ➡ an „verheizter“ Braunkohle und das wiederum heißt (geteilt durch den Brennwert von Braunkohle), dass selbst ein nicht ganz ausgelastetes Kohlekraftwerk Neurath mehr als eine Tonne Braunkohle verbrennt und zwar… pro Sekunde!

 

➡ Zwar sind höhere Carnot-Wirkungsgrade für die neuesten Blöcke F und G angegeben, aber wir haben hier den gesamten Prozess zu berücksichtigen, bis hin zur Abgabe ins Stromnetz, so dass wir mit diesem Mittelwert über alle Blöcke hinweg noch gut bedient sind.
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Æ Nun zu der eigentlichen Rechenaufgabe dieser AG, die darin besteht, Schadstoffemissionen pro Tonne ausgestoßenem CO2 zu berechnen. Es wird sich demnach um per se dimensionslose Größen handeln, die für jede Schadstoffgruppe getrennt den Ausstoß bezogen auf gleiche Einheit (hilfsweise eine Tonne) ausgestoßenem CO2 angibt:

  angegeben z.B. in Gramm/Tonne CO2.

Es ist offensichtlich, dass diese „Zetas“ von Brennstoff zu Brennstoff, von Anlage zu Anlage – ja, sogar von Block zu Block innerhalb derselben Anlage – variieren werden. Allerdings behaupte ich, dass sich diese Abweichungen in Grenzen halten werden. Steinkohle stößt weniger Schwefelverbindungen aus als z.B. Braunkohle – aber auch weniger CO2, so dass sich der Quotient nur mäßig verändern dürfte. Aber das muss die vorliegende AG eben noch belegen.

Zunächst machen wir es uns ein wenig einfach, indem wir schlicht auf die frei zugänglichen „Wiki“-Daten zurückgreifen: Dort sind ja bereits diejenigen Angaben zu finden, die wir brauchen, nämlich die absoluten (Betriebs-) Emissionen von CO2 auf der einen sowie von NOx, SOx, Feinstaub und diversen Schwermetallen auf der anderen Seite, bezogen auf die größten deutschen Kohlekraftwerke. Wir müssen lediglich die einzelnen Emissionen in Relation zu CO2 setzen und erhalten so die jeweiligen ζ-Koeffizienten. Dies führt sodann zu folgendem Bild, zunächst für Braunkohlekraftwerke:

Kraftwerk CO2 (Tonnen)
Niederaußem 28.100.000 6.37·10-4 2.44·10-4 1.37·10-5 1.78·10-8   0.04·10-8  0.18·10-8  0.72·10-8 0.18·10-8  0.36·10-8
Jänschwalde* 23.800.000 7.86·10-4 8.99·10-4 2.26·10-5 2.49·10-8  0.04·10-8 1.29·10-8   0.84·10-8 0.54·10-8   0.42·10-8
Weisweiler 19.900.000 6.38·10-4 1.54·10-4 2.29·10-5 1.36·10-8   0.05·10-8 0.52·10-8   1.00·10-8 0.34·10-8   0.50·10-8
Neurath 16.900.000 6.92·10-4 1.89·10-4 1.49·10-5 1.07·10-8  0.06·10-8   0.30·10-8   1.18·10-8 0.25·10-8   0.59·10-8
Boxberg 15.100.000 7,09·10-4 5.17·10-4 1.11·10-5 1.50·10-8  0.07·10-8 1.01·10-8 1.57·10-8  0.13·10-8   0.66·10-8
Frimmersdorf 14.400.000 6.30·10-4 3.90·10-4 1.78·10-5 1.06·10-8   0.07·10-8   0.33·10-8   1.38·10-8 0.25·10-8   0.69·10-8
Lippendorf** 12.500.000 6.86·10-4 11.04·10-4 0.86·10-5 9.28·10-8 0.55·10-8 15.68·10-8 6.31·10-8 0.17·10-8 4.16·10-8
Schwarze Pumpe 11.200.000 4.12·10-4 6.30·10-4 0.90·10-5 2.17·10-8 0.56·10-8   0.45·10-8 3.29·10-8 0.32·10-8 2.00·10-8
Schkopau 5.120.000 6.48·10-4 9.31·10-4 1.46·10-5 4.43·10-8 2.51·10-8  0.98·10-8  3.90·10-8  0.39·10-8  1.95·10-8

… und für Steinkohlekraftwerke:

Kraftwerk CO2 (Tonnen)
Scholven 9.390.000 7.09·10-4 4.61·10-4 2.60·10-5 1.44·10-8 0.33·10-8 0.92·10-8 2.13·10-8 0.54·10-8 1.06·10-8
Mannheim 6.510.000 5.45·10-4 2.29·10-4 2.60·10-5 2.24·10-8  0.15·10-8  0.77·10-8 3.07·10-8 1.04·10-8 1.54·10-8
Voerde 6.240.000 7.53·10-4 4.55·10-4  1.60·10-5 0.63·10-8  0.16·10-8  0.80·10-8 3.20·10-8  0.32·10-8 1.60·10-8
Staudinger* 4.480.000 6.18·10-4 1.48·10-4 1.56·10-5 1.02·10-8 0.43·10-8 2.92·10-8 4.46·10-8 0.24·10-8 4.29·10-8
Heyden 3.870.000 7.55·10-4 3.67·10-4 2.24·10-5 0.73·10-8  0.26·10-8  1.29·10-8 5.17·10-8   0.52·10-8 2.58·10-8
Heilbronn 3.240.000 6.67·10-4 5.12·10-4  2.58·10-5 1.05·10-8  0.31·10-8  1.55·10-8 6.17·10-8   0.62·10-8 3.09·10-8
Werne* 3.140.000 6.05·10-4 3.73·10-4  3.18·10-5 0.37·10-8  0.32·10-8  1.59·10-8 6.37·10-8   0.64·10-8 3.18·10-8
Wilhelmshaven 3.100.000 6.58·10-4 4.48·10-4 4.39·10-5 0.96·10-8 0.38·10-8  1.63·10-8 6.45·10-8   0.65·10-8 3.26·10-8
Bergkamen 3.020.000 6.95·10-4 6.75·10-4  3.26·10-5 0.60·10-8  0.33·10-8  1.66·10-8 6.62·10-8   0.66·10-8 3.31·10-8
Herne 2.480.000 7.22·10-4 5.40·10-4  4.03·10-5 1.22·10-8  0.40·10-8  2.01·10-8 8.06·10-8   0.81·10-8 4.03·10-8
Altbach** 2.220.000 6.08·10-4 4.08·10-4  4.50·10-5 1.35·10-8  0.45·10-8   2.25·10-8 9.01·10-8  0.90·10-8 4.50·10-8
Karlsruhe* 2.170.000 5.25·10-4 4.98·10-4  4.61·10-5 0.88·10-8  0.46·10-8   2.31·10-8 9.22·10-8  0.92·10-8 4.61·10-8
Veltheim** 1.740.000 7.41·10-4 2.30·10-4 3.02·10-5 0.58·10-8 1.29·10-8   2.87·10-8 11.49·10-8 8.97·10-8 5.74·10-8
Bexbach 1.300.000 7.00·10-4 5.74·10-4  7.69·10-5  0.77·10-8  0.77·10-8   3.85·10-8 15.38·10-8  1.54·10-8 7.69·10-8

Hierzu kann man nur sagen, wenn das keine Korrelation ist 😯! Denn es ist schon erstaunlich, wie eng beieinander die ζ-Koeffizienten liegen. Es gibt nur ganz wenig „Abweichler“, die auch gut zu erklären sind, aber alles verbleibt grundsätzlich innerhalb derselben Größenordnung: Bei NOx bzw. SOx ist es jeweils die 10-4, bei Feinstaub die 10-5 und bei den Schwermetallen dominiert jeweils die 10-8.

Was aber viel wichtiger ist: es scheint so gut wie keine Rolle zu spielen, ob nun Steinkohle oder Braunkohle verfeuert wird. Denn die durchschnittlichen ζ-Koeffizienten sind bei bei NOx und SOx beispielsweise nahezu gleich und bei Feinstaub sowie den einzelnen Schwermetallen gibt es zwar signifikante, wenn auch stets in derselben Größenordnung verbleibende (!) Unterschiede, die aber von Metall zu Metall alternieren, so dass übers gesamte Spektrum hinweg betrachtet sich die Unterschiede wohl austarieren dürften ➡.

➡ Es gibt eine Fülle von relevanten Stoffen, Schwermetallen, deren Verbindungen etc. bis hin zu radioaktiven Stoffen 😮 (letztere sind in der „the-END“-Studie genauer unter die Lupe genommen worden), so dass man den Ansatz von 100·10-8 rechtfertigen kann. Auch hier gilt die Hauptvermutung der Studie, nämlich, dass dieser Wert auch für Erdöl, Erdgas sowie andere fossile Brennstoffe im Großen und Ganzen ähnlich liegen wird.
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Kraftwerk
Braunkohle 6.43·10-4 4.94·10-4 1.58·10-5 ➡ 1·10-6
Steinkohle 6.64·10-4 4.22·10-4 3.09·10-5 ➡ 1·10-6
Erdöl/Erdgas      
Durchschnitt 6.50·10-4 4.50·10-4 2.50·10-5 ➡ 1·10-6

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Tagebau_radioaktiv
„Durch die Tagebautätigkeiten wird das natürliche Gleichgewicht gestört. Tochternuklide der natürlich in der Kohle und dem Abraum vorkommenden radioaktiven Stoffe werden über den Feinstaub und das Sümpfungswasser in die Umwelt freigesetzt.“
Grafik: BG Niederzier. Quelle © BUND.
https://www.bund-nrw.de/themen/braunkohle/hintergruende-und-publikationen/braunkohle-und-gesundheit/radioaktivitaet-aus-Tagebauen

Was die übrig gebliebenen, noch zu untersuchenden Stoffe anbelangt (den „Rest“ in der obigen Tabelle), so kann es sich nur um jene Stoffe handeln, die in sehr geringen Mengen im Brennstoff enthalten sind und in die Biosphäre ausgestoßen werden. Eine Konzentration von nur einigen Gramm pro Tonne Brennstoff sollte zwar kein Problem sein – nicht so, wenn es sich um radioaktive Stoffe handelt… 😳:mrgreen:. Tja, bei der Radioaktivität… da verstehen wir keinen Spaß ! Denn hier sind noch so geringe Mengen stets relevant – schließlich sind ein paar Gramm von ausgetretenem Uran in einem Kernkraftwerk stets ein Störfall wenn nicht ein Super-GAU… Und wenn Niederaußem z.B. eine Tonne Brankohle pro Sekunde verbrennt, dann könnte es sich u.U. Sekunde für Sekunde zu einer nicht unbeträchtlichen Größe zusammenläppern; schauen wir mal.

Bei den nachfolgenden und für diese AG abschließenden Überlegungen stützen wir uns auf die BUND-Studie, die bereits zu Anfang des Jahrhunderts Zahlen zur so genannten radioaktiven Exposition bei Kohlekraftwerken und Tagebauen ermittelt hat. Demnach betrage das geogene „erdbürtige“ Vorkommen von Uran 2-3 g und von 12-15 g Thorium – je 1 t Braunkohle.

Bei diesen Angaben werden natürlich die ζ-Faktoren fürs Uran und Thorium (all die anderen Radionuklide lassen wir außer Betracht) bei allen Braun- und Steinkohlekraftwerken untereinander identisch sein. Dies ist einfach definitorisch so, zumindest solange der CO2-Ausstoß eine Funktion von Brennstoffverbrauch bleiben wird. Jedoch wieviel die ζ-Faktoren konkret betragen und ob sie für Braun- und Steinkohle vergleichbar sind, das wollen wir auf jeden Fall näher untersuchen. Zu diesem Zwecke müssen wir je ein exemplarisches Braun- sowie Steinkohlekraftwerk hernehmen und die ζ-Faktoren für beide Radionuklide berechnen.

➡ Der OnLine-Wortlaut der Studie wurde mehrmals geändert, zumeist entsprechend abgeschwächt 😉 . Stand da früher noch etwas von einem „schmutzigen Geheimnis“ oder „meist verschwiegenem-“ bzw. „verschämtem- Problem“, so sucht man in der neuesten Version vergebens nach alledem. Die Studie war seinerzeit ein wesentlicher Ideengeber für die KiKTK-Studie.
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Bei Niederaußem wissen wir bereits um den Verbrauch von 1 t Braunkohle pro Sekunde, macht 80 t/anno Uran, ζ = 2.85·10-6  bzw. 400 t/anno Thorium, ζ = 14.25·10-6 . Schloven (Steinkohle) verbrennt ca. 1/3 weniger an Steinkohle (pro kWh). Unterstellen wir, dass der Gehalt von Radionukliden in Braun- und Steinkohle gleich ist, erhalten wir die entsprechenden ζ-Faktoren wie folgt:

EW-NeinDanke➡ Dies sollten sich all jene vergegenwärtigen, die jeden noch so vernachlässigbaren Störfall in einer kerntechnischen Anlage wegen ein paar Gramm ausgetretener „Radioaktivität“ zu einem Super-Ober-Mega GAU :mrgreen: 😀 hochstilisieren. Zu Eurer Info: in nur einem Jahr „bereichert“ alleine Niederaußem unsere Flora, Gewässer und die Biosphäre überhaupt mit sage und schreibe 80 Tonnen (!) Uran – wenn wir nur dieses Radionuklid hernehmen – darunter eine halbe Tonne (nicht Kilogramm!) von dem lupenreinen 235’er Isotop, das fürs Bestücken mehrerer Kernkraftwerke sowie Atomsprengköpfe reichen würde. Angesprochen seien dabei alle „Atomkraftgegner“ in der Politik, Wirtschaft, in den Medien, der Wissenschaft, aber auch und insbesondere selbsternannte „Arzte gegen den Atomkrieg“ oder auch jene „Ärzte“, die bei einem bevorstehenden Wechsel der Brennstäbe in einem Kernkraftwerk ihren Patienten Jodtabletten verschreiben… 😀
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Kraftwerk
Braunkohle 6.43·10-4 4.94·10-4 1.58·10-5 3·10-6 15·10-6
Steinkohle 6.64·10-4 4.22·10-4 3.09·10-5 2·10-6 10·10-6
Erdöl/Erdgas
Durchschnitt 6.50·10-4 4.50·10-4 2.50·10-5 2.5·10-6 12.5·10-6

 

Schlussfolgerung: Ohne den Sachverhalt für Erdöl und Erdgas untersucht zu haben (dies bleibt evtl. einem späteren Teil 2 der AG vorbehalten), wurde die Eingangs vermutete Korrelation einwandfrei belegt. Der Ausstoß von CO2 bei der Verbrennung von Braun- bzw. Steinkohle ist proportional zu dem anderer Schadstoffe und kann somit als Indikator für diesen Ausstoß – und somit als Indikator für den Impact im Allgemeinen – betrachtet werden. Demzufolge ist das CO2 jenseits von Klimadiskussionen etc. überhaupt nicht das Problem. Die Reduktion von dessen Ausstoß (stets durch Kohleverbrennung – nicht etwa durch natürliche Prozesse, Atmung o.ä.) macht dennoch durchaus Sinn – geht sie doch mit der Reduktion hochgiftiger Stoffe einher, auch und gerade der Radionuklide… :mrgreen: Hier können wir dasselbe Fazit ziehen, das bereits andernorts häufig gezogen worden ist: Alles steht und fällt mit der Kernenergie! 

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