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Klimawirkung? Windkraft sorgt für Trockenheit & Regen

(geschrieben für die BNE-digital.de) Erneuerbare Energien wie Windkraft sollen zur Bekämpfung des Klimawandels gravierend beitragen. Aber: Ist Windenergie wirklich nachhaltig oder eigentlich brandgefährlich? Verwandeln sie grünes Land in ausgetrocknetes Ödland? Welche Folgen hat es anderseits, wenn durch Windkraft auf dem Meer unzählige Tonnen Wasser mehr kondensieren und Regenwolken bilden? Welche dann irgendwo über (ausgetrocknetem) Land schlagartig abregnen? Was etwa in der Sahara gut ist, kann woanders für Überschwemmungen sorgen.

Über all das sind sich die verschiedensten Experten noch nicht einig. Doch richtig soll sein:

  • Bei dem in der ⁠Atmosphäre⁠ natürlich vorhandenen ⁠Treibhauseffekt⁠ spielt Wasserdampf die wichtigste Rolle (lt. DKK, IPCC sowie Umweltbundesamt).
  • Er entsteht durch Verdunstung von Feuchtigkeit; Windkraftanlagen verdunsten mehr Feuchtigkeit, als Wind allein es jemals könnte. Mehr Wasserdampf in der Atmosphäre sorgt für mehr Regen an anderer Stelle. Dagegen wird das direkte Umland trockener und beeinflusst das Mikroklima – wie sehr, ist ungeklärt.
  • Durch diese Rückkopplungen verstärkt Wasserdampf in der Luft seinerseits den Klimawandel (lt. Umweltbundesamt sowie Lee M. Miller / David W. Keith, Harward).
  • Prof. C. Jauch (Flensburg) und Prof. S. Emeis (Köln) haben die Vision, mit Hilfe von Windkraftanlagen sogar absichtlich Regen zu machen, um etwas gegen Wassermangel tun zu können (siehe Anlage). Andere Wissenschaftler versuchen Selbiges zum Beispiel in der Sahara-Wüste.
Foto oben: Windpark Friedrichskoog in Dithmarschen mit freundlicher Genehmigung von rundumweg.de

Windfarmen an Land und auf See sollen der Schlüssel für eine nachhaltige Energieversorgung der Zukunft sein.

Deutschland ist bereits der drittgrößte Megawatt-Produzent auf der Welt (Statistik). Dennoch wird der Ausbau der Windenergie forciert. “Die Bundesregierung hat das Ziel, den Strom aus erneuerbaren Energien bis 2030 zu verdoppeln. Bis Ende 2032 müssen die einzelnen Bundesländer zwei Prozent ihrer Fläche für die Windenergie ausweisen. Bis 2027 sollen 1,4 Prozent der Flächen für Windenergie bereitstehen, hat der Bundestag im „Windenergie-an-Land-Gesetz“ festgelegt” informiert der Bund auf seiner Website (Link).

Doch die negativen Seiten von großen Windkraft-Farmen sind viele und die Folgen bis heute nicht abschließend erforscht!

Vogelschlag, Lärmbelastung, Landschaftsveränderung, Infraschall, Flächenverbrauch, SF6, Beeinträchtigung des Tourismus, Wertverlust von Immobilien, Insektensterben und Probleme mit der Entsorgung nach 20 Jahren – das sind bekannte Folgen von Windkraftanlagen. Doch welche Folgen hat es, wenn durch riesige Windkraft-Farmen auf dem Meer unzählige Tonnen Wasser kondensiert werden und Wolken bilden? Entstehen dadurch die jüngsten massiven Regenfälle? Und vor allem: Was ist, wenn Windkraft für Windverwirbelungen sorgt, welche die Erdoberfläche austrocknen lassen – wie Wäsche auf der Leine?

Wechselwirkungen mit der Atmosphäre

Windenergieanlagen sind weithin bekannt als effiziente Kraftwerke, die sauberen und erneuerbaren Strom erzeugen. Doch es gibt noch eine faszinierende Seite dieser beeindruckenden Strukturen, die oft übersehen wird – ihre Wechselwirkung mit der Atmosphäre und ihre potenzielle Rolle bei der Entstehung von Trockenheit einerseits sowie Wolken und Niederschlag andererseits.

Windenergieanlagen nutzen die natürliche Kraft des Windes, um Turbinen anzutreiben und so elektrische Energie zu erzeugen. Doch während sie ihren Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen und zur Bekämpfung des Klimawandels leisten, interagieren sie auch mit der Umgebung, in der sie installiert sind.

Experten haben festgestellt, dass Windenergieanlagen ein beeindruckendes Potenzial besitzen, Wasser in die Atmosphäre zu bringen und somit die Wolkenbildung zu beeinflussen. Verändern sie so das Klima?

Grafik: canva.com

Wie das funktioniert?

Wenn die riesigen Windturbinen sich drehen, wird die Luft in ihrer unmittelbaren Umgebung verwirbelt und aufgewirbelt. Dieser Effekt führt dazu, dass die feuchte Luft aufsteigt und abkühlt. Die kühle Luft kann weniger Wasserdampf halten, was zur Kondensation führt. Die Kondensation wiederum führt zur Bildung von Wassertropfen und schließlich zu Wolken (mehr zu Wasserdampf und Klimawirkungen siehe unten).

Die neu entstandenen Wolken können durch Winde in unterschiedliche Regionen getragen werden, und wenn die Bedingungen stimmen, entlädt sich der in den Wolken gespeicherte Niederschlag an anderer Stelle in Form von Regen oder Schnee. Zwar ist der Einfluss einzelner Windenergieanlagen auf das Wetter ist begrenzt. Um einen spürbaren Effekt auf das Klima oder den Niederschlag zu erzielen, sind sehr große Windfarmen und andere klimatische Faktoren von größerer Bedeutung.

Onshore-Windparks wie der größte in Schleswig-Holstein, der Windpark Friedrichskoog in Dithmarschen an der Nordsee (Foto oben) mit 142 installierten Anlagen, werden vermutlich eine Wirkung auf die Verdunstung von Feuchtigkeit haben (Ann. der Redaktion). Betreiber soll die Firma Denker & Wulf sein. In 2023 darf die Firma AVK Wind GmbH ＆ Co. KG weitere Anlagen bauen.

Welche Wirkung auf das Wetter haben wohl die weltweit größten Anlagen in USA, China und Indien? Welche riesige Offshore-Windfarmen in der Nordsee?

Etwa die Jiuquan Wind Power Base / Gansu Wind Farm (China) mit rund 7.000 Windturbinen? Im Jahr 2010 wurden in der chinesischen Provinz Gansu die ersten 3.500 Windkraftanlagen installiert. Seitdem scheinen sich massive Regenfälle in Nordchina zu häufen (z.B. in 2010, 2012, 2013, … 2023) und andererseits trocknet der Shiyang-Fluss aus. Besteht möglicherweise ein Zusammenhang zwischen Windfarmen und Extremwetter? Einige Wissenschaftler halten das für möglich.

Gansu Windfarm, China (Foto: Popolon, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Windenergieanlagen, die als Symbol für CO2-freie, nachhaltige Stromerzeugung stehen, können andererseits Einfluss auf die lokale Wetterdynamik nehmen.

Lee M. Miller und David W. Keith von der School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA 02139, USA, stellten bereits 2018 in ihrer Studie “Klimaauswirkungen der Windkraft” fest:

Die Grafik zeigt: Durch Windkraft erhöht sich die Durchmischung der Grenzschicht und verändert die großräumige atmosphärische Strömung, was den Klimawandel anheizt.

“Windkraft kann das Klima beeinflussen, indem sie die atmosphärische Grenzschicht verändert. Mindestens 40 Veröffentlichungen und 10 Beobachtungsstudien stellen mittlerweile einen Zusammenhang zwischen Windkraft und klimatischen Auswirkungen her. Wir führen den ersten Vergleich zwischen den klimatischen Auswirkungen von großflächiger Windenergie und Beobachtungen auf Standortebene durch und kommen zu dem Ergebnis, dass die Erwärmung durch Windkraftanlagen nachts am größten ist. 

Die klimatischen Auswirkungen der Windenergie werden mit zunehmender Installation weiter zunehmen.” Infolge heißt es:

“Die Erwärmung durch den Wind kann die vermiedene Erwärmung durch reduzierte Emissionen für ein Jahrhundert übersteigen!”

(O-Ton aus der Studie, übersetzt aus dem Englischen).

Das Deutsche Klima-Konsortium e. V. (DKK) erklärt, auf Basis eines IPCC-Berichts von 2014, auf seinem Blog (Textauszug, stark gekürzt):

Als größter Beitragender zum natürlichen Treibhauseffekt spielt Wasserdampf eine wesentliche Rolle.

Prof. Dr. Mojib Latif, Geomar, erklärt zudem in einem Youtube-Video vom 2.6.23 des DKK, wie der natürliche Treibhauseffekt funktioniert. Siehe: https://youtu.be/WSA9aaCmqXM

“Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas in der Erdatmosphäre. Der Beitrag von Wasserdampf zum natürlichen Treibhauseffekt gegenüber dem von Kohlendioxid (CO2) hängt von der Berechnungsmethode ab, kann aber als ungefähr zwei- bis dreimal größer betrachtet werden.

Zusätzlicher Wasserdampf wird der Atmosphäre durch anthropogene Aktivitäten zugeführt – überwiegend durch vermehrte Verdunstung. Wie oben bereits zu lesen war, findet durch Windkraftanlagen eine höhere Verdunstung statt. …  “Man kann sich daher fragen, warum so ein starker Fokus auf CO2 und nicht auf Wasserdampf als Antrieb des Klimawandels liegt” fragen sich die Autoren des DKK in dem Beitrag.

“Wasserdampf verhält sich in einer grundlegenden Weise anders als CO2: Er kann kondensieren und sich niederschlagen. … Anthropogene Emissionen haben einen signifikanten Einfluss auf Wasserdampf in der Stratosphäre, der Schicht in der Atmosphäre oberhalb von etwa 10 km Höhe. …

“… und bestimmt dort das Wettergeschehen. Sensitivitätsstudien mit verschiedenen Klimamodellen haben gezeigt, dass schon geringe Änderungen der Wasserdampfkonzentration, vor allem in der unteren tropischen Stratosphäre, zu beträchtlichen Änderungen in der Strahlungsbilanz in der Atmosphäre und der Temperatur am Erdboden führen können… (Solomon et al., 2010, gelesen auf ESKP). … es bilden sich Wolken und es kommt zu Niederschlägen.

DKK: “Zurzeit (2014) hat Wasserdampf den größten Treibhauseffekt in der Erdatmosphäre. Andere Treibhausgase, vor allem CO2, sind jedoch notwendig, um die Anwesenheit von Wasserdampf in der Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Würden diese anderen Gase aus der Atmosphäre entfernt, würde ihre Temperatur tatsächlich genügend absinken, um eine Abnahme des Wasserdampfes zu verursachen, was zu einem ungebremsten Rückgang des Treibhauseffektes führen und dadurch die Erde in einen gefrorenen Zustand stürzen würde.  … Wasserdampf ist kein signifikanter Initial-Antrieb, aber trotzdem ein grundlegender Akteur des Klimawandels.

Vision: mit Windparks absichtlich Regen machen

Der “Regenmacher” Prof. Clemens Jauch aus Flensburg erklärte in einem Interview (Me2Be): “Wind überstreicht normalerweise horizontale Flächen – also Gewässer, Felder, Waldgebiete. Feuchtigkeit verdunstet dabei und gelangt in die Atmosphäre. Temperatur, Höhe der Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit haben einen massiven Einfluss darauf, wie schnell Verdunstung stattfinden kann. Die Rotorblätter einer Windenergieanlage bilden eine senkrechte Fläche, durch die der Wind hindurchweht. Da hat der Wind viel mehr Möglichkeiten, Wasser in die Atmosphäre zu blasen. Hinzu kommt, dass der Rotor sich dreht und eine Art Fahrtwind entsteht. An der Spitze von so einem Rotorblatt gibt es üblicherweise Windgeschwindigkeiten von weit über 200 Kilometer pro Stunde. Das ist irrwitzig hoch – und lässt mehr Wasser verdunsten, als Wind allein es könnte.”

Professor Jauch entwickelt, im Fachbereich Energie und Biotechnologie der Hochschule Flensburg, Windkraftanlagen, die Wolken erzeugen sollen – und so Wasser von der Küste ins Landesinnere schicken. Dabei arbeitet er mit Prof. Dr. Stefan Emeis, Professor für Meteorologie an der Universität zu Köln, ebenfalls tätig am Institut für Meteorologie und Klimaforschung, zusammen – siehe Veröffentlichung

Stehen die Windräder nicht nah am Wasser, verdunsten sie Feuchtigkeit aus der Luft, dem Erdboden und Pflanzen.

Aber der Prozess könne auch umgekehrt und Regen gemacht werden, sagte Jauch. Professor Emeis ergänzte auf Anfrage der Redaktion: “Diese neuen Anlagen sollen auf sowieso schon trockenen Gebieten entstehen, aber in unmittelbarer Nähe von Flüssen.” Flussmündungen wären der ideale Standort für Windkraftanlagen, wo sich Süßwasser in Kürze mit Salzwasser vermischt. Dort geht es nicht nur um ein paar Liter, sondern um viele Kubikmeter – pro Sekunde. Dort könnten in der Zukunft möglicherweise Windparks strategisch platziert werden, um gezielt die Wolkenbildung und den Niederschlag in bestimmten Regionen zu beeinflussen, um beispielsweise Wasserknappheit zu bekämpfen oder die landwirtschaftliche Produktion zu unterstützen.

Doch: der um ein vielfaches erhöhte Wasserdampf in der Atmosphäre regnet dann an anderer Stelle ab – ggf unkontrolliert viel? “Ja. Das Abregnen kann von uns in keiner Weise kontrolliert werden. Idealerweise ist die vorherrschende Windrichtung vom Meer zum Land. Weiter hinten an Land ist ansteigendes Gelände, das die Luft zum Aufsteigen zwingt und somit die Niederschlagsbildung einleitet.” schrieb Prof. Emeis. “Allerdings sind die bei uns angedachten Mengen im globalen Maßstab gesehen so gering, dass kein messbarer Einfluss auf die globale Erwärmung zu befürchten ist.”

Auswirkungen von riesigen Solar- und Windfarmen in der Sahara.

Eine Forschergruppe um Yan Li an der University of Maryland simulierte in einem Klimamodell die Auswirkungen von riesigen Solarparks und Windenergieanlagen in der Sahara. Davon berichtet ihre Studie aus dem Jahr 2018.

“Ihre Berechnungen ergaben, dass eine Rückkopplungsschleife in Gang gesetzt wird, sobald die Module 20% der Gesamtfläche der Wüste bedecken. Die durch den Albedo-Effekt zusätzlich zurückbleibende Wärme führt zu einem stärkeren Temperaturunterschied zwischen dem Land und den umliegenden Ozeanen. Dadurch sinkt der Luftdruck an der Wasseroberfläche, weshalb mehr Wasser verdunstet und zu Regentropfen kondensiert. Höhere lokale Niederschlagsmengen wären die Folge (hier: in der Sahara), die wiederum ließen Pflanzen gedeihen, was dann seinerseits die Regenmenge weiter erhöhen würde.” heißt es in einem Artikel auf SPEKTRUM. “Ähnliches bewirken laut den Modellrechnungen riesige Windparks in den Wüstengebieten. Sie erwärmen die oberflächennahe Luft, weil die Windturbinen die vertikale Durchmischung der Luftmassen verstärken.”

In der Summe aller Experten-Aussagen in dem SPEKTRUM-Artikel bleibt übrig:

Was in der Sahara theoretisch gut ist: Mehr Regen durch Windkraft und Solaranlagen lokal zu produzieren, ist andererseits negativ: “Feuchtigkeit und Wärmenergie würden sich schließlich über die Atmosphäre und die Ozeane über den gesamten Globus verteilen, was zu einem Anstieg der weltweiten Durchschnittstemperatur um 0,16 Grad Celsius führte. Dürren, etwa im Amazonasgebiet, wären die Folge, inklusive des Verlusts von Waldflächen.” Wo Regen am Ende abregnet, kann niemand gezielt beeinflussen.

Mehr Trockenheit in unmittelbarer Nähe

Einerseits kann mehr Regen entstehen, andererseits die nahe Umgebung von Windfarmen trockener werden und das Mikroklima beeinflussen.

Große Windkraft-Farmen stehen überwiegend auf dem Meer (Offshore) oder Onshore, auf dem flachen Land und in Wäldern. Windkraft auf dem Meer und nahe Flüssen kann wohl für oben genannte Effekte sorgen. Windkraftanlagen (genauso wie Solarparks) auf dem Festland verbrauchen nicht nur landwirtschaftliche Flächen, sondern könnten auch zu Veränderungen des regionalen Klimas führen, die eine Austrocknung der Erdoberfläche zur Folge haben.

Wie stark und überhaupt: Darüber streiten sich die Experten noch.

Auf jeden Fall kann eine trockenere Erdoberfläche die Gefahr von Bränden erhöhen, vornehmlich in Zeiten mit sommerlichen Temperaturen. Dies dürfte sowohl Wald- als auch Flächenbrände begünstigen und somit eine erhöhte Brandgefahr im betroffenen Gebieten darstellen.

Des Weiteren könnte die Trockenheit der Erdoberfläche negative Auswirkungen auf die Natur und landwirtschaftliche Erzeugnisse haben. Trockene Böden können das Pflanzenwachstum und die Verfügbarkeit von Wasser für Pflanzen einschränken, was zu Ertragseinbußen und anderen Herausforderungen für die Landwirtschaft führen kann. Zudem könnte die natürliche Vegetation und das Ökosystem durch die veränderten klimatischen Bedingungen beeinflusst werden.

In einem großen angelegten Bericht auf SPEKTRUM heißt es u.a.: “Je größer ein Windpark, desto größer auch seine Auswirkungen auf das Mikroklima.”

Bereits 2013 hat selbst der wissenschaftliche Dienst vom Bundestag dokumentiert:

4. Potenzielle Auswirkungen der Windenergienutzung auf das Klima:

“Windräder beeinflussen das Mikroklima in der Umgebung der Windenergieanlage, indem sie die umgebende Luft durchmischen. Ein sich drehendes Windrad schaufelt Luft von unten nach oben und umgekehrt, was sich auf die Temperatur in Bodennähe auswirken und dazu führen kann, dass die Temperatur an der Bodenoberfläche auf dem Gelände eines Windparks verglichen mit der Umgebung steigt, das lokale Mikroklima sich also erwärmt. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass der Boden durch verstärkte Luftzufuhr über das Windrad schneller austrocknet.” … “Es gibt auch Berichte darüber, dass große Windfarmen das lokale Klima verändern und die durch die Rotoren erzeugten Turbulenzen zu höheren Nachttemperaturen führen.” (Quelle).

Resümee der Autorin (Susanne Braun-Speck):

“Nachhaltigkeit? Offensichtlich sorgt Windkraft zwar für “sauberen Strom”, aber auch für mehr Trockenheit und andererseits für mehr Regen. Es muss dringend mehr zu dem Thema geforscht werden, bevor es zu spät ist!”

Der bereits oben genannte Bericht vom SPIEGEL veröffentlichte am 27.7.23, einen Beitrag, in dem es um Trockenheit geht.

Quellen:

Weitere Zahlen & Fakten:

Die Vielzahl an Windkraftanlagen in Norddeutschland sorgt für Umsatz, insbesondere bei den federführenden Anlagenbetreiber Enercon (Aurich, SH), Vestas (Hamburg) und Nordex (Hamburg).

Diese Statistik zeigt die wichtigsten Länder Europas nach Höhe der Stromerzeugung aus Windenergie im Jahr 2022. Deutschland steht mit großem Abstand an erster Stelle.