Tausende neue Arbeitsplätze, saubere Energien, glückliche Menschen – das Image der Solarindustrie ist so makellos, dass die grossen Parteien Aufnahmen von Solarmodulen in ihren Wahlwerbespots einsetzen. In den Köpfen vieler Menschen werden Solarzellen unmittelbar mit Umweltschutz assoziiert.
Das kommt nicht von ungefähr, haben Solarzellen doch eine hervoragende Energiebilanz. Entgegen vieler Mutmassungen erwirtschaften Solarzellen bereits nach durchschnittlich drei Jahren die Energie, die in ihre Herstellung geflossen ist.
Ob aller positiven Erkenntnisse darf aber nicht übersehen werden, dass Solarzellen nicht aus Luft und Liebe zum blauen Planeten hergestellt werden. Wir sprechen von einer industriellen Produktion, die schwindelerregend schnell wächst. Der kumulative Output (gemessen in Megawatt) wuchs von 1999 bis 2008 um 49% - pro Jahr, im Durchschnitt. Eine Ausnahme dabei bildet nun das Jahr 2009, das im Zeichen der Krise steht und der verwöhnten Solarindustrie neben einer reinigenden Konsolidierung, Überkapazitäten und fallenden Modulpreisen dennoch zweistellige Wachstumsraten bescheren wird.
Diesem Reiz erliegen viele Investoren, und so spriessen Solarfabs wie Pilze aus dem Boden. Um der Nachfrage in führenden Verbrauchermärkten wie Deutschland, Japan und in Zukunft wohl auch den USA gerecht zu werden, explodieren die Produktionskapazitäten weltweit.
Linear dazu entwickelt sich die Nachfrage nach Rohstoffen. In diesem Zusammenhang ist an erster Stelle Silizium zu nennen, das als Grundlage für die nach herkömmlicher Technologie hergestellten Solarzellen dient; heute stellen sie rund 85 Prozent des Gesamtvolumens, gefolgt von den neueren, aber zur Zeit noch weniger effizienten Dünnschichtzellen.
Ähnlich wie bei den technologisch verwandten Computerchips werden die Siliziumoberflächen in mehreren Prozessschritten mit Hilfe von aggressiven Chemikalien behandelt. Das dient unter anderem der Texturierung der Oberfläche und garantiert den Solarzellen damit eine optimierte Ausbeute beim Einfangen der Sonnenstrahlen.
Die Liste der in der Produktion eingesetzten Flüssigkeiten und Gase ist lang, und ihre Eigenschaften und Umweltgefährlichkeit sind zum Teil erschreckend. Flüssigkeiten wie etwa Flusssäure, von der grosse Fabs mehr als 1000 Tonnen im Jahr einsetzen, sind nicht nur hochkorrosiv, sondern tragen auch das Zeichen „T+“ für „sehr giftig“. Schon kleine Mengen eingeatmeter Dämpfe oder Flüssigkeit auf der Haut bei unsachgemässer Handhabung können zu schwersten Verletzungen und in gravierenden Fällen zum Tod führen.
Das Recycling dieser Flüssigkeiten ist in vielen Fällen eine grosse technische Herausforderung; es wird verkompliziert durch eine hohe Verdünnung und oftmals Vermischung der Flüssigkeit mit anderen Chemikalien, die nach dem Gebrauch zusätzlich mit den Materialien der behandelten Oberfläche kontaminiert sind. Selbstverständlich findet Recycling im Rahmen der Möglichkeiten statt – aber oft in Ländern, die diesen Service sehr günstig anbieten.
Bei den Gasen sieht es ähnlich aus – das beste Beispiel ist Silan. Was sich wie ein duftiger Weichspüler anhört, ist ein giftiges und hochexplosives Gas, das in der Herstellung von kristallinem Silizium eingesetzt wird. Jedes Jahr sterben Menschen bei Industrieunfällen mit diesem Gas.
Entsprechend streng sind die Vorschriften zum Umgang mit diesen Materialen, die aber nicht in allen Ländern gleich gelebt werden. Besonders in Schwellenländern wie z.B. Kasachstan, Russland oder China, die dank subventionierter Energiekosten leicht auf den Zug der energieintensiven Siliziumherstellung aufspringen konnten, ist die Umweltgesetzgebung im besten Falle lax. Dass man nichts über Arbeitsunfälle hört, heisst nicht, dass sie nicht passieren.
Erschwerend kommt ein in vielen Ländern fahrlässiger Umgang mit gefährlichen Materialien hinzu. In der Herstellung von Silan etwa fällt Siliziumtetrachlorid an, eine hochgiftige Substanz. Grundsätzlich ist sie relativ einfach wieder in den Produktionsprozess zurückzuführen, aber z. B. in China können die Recyclingseinrichtungen mit dem Wachstum der Siliziumproduktion nicht Schritt halten.
Probleme können auch auftreten, wenn zum Beispiel Schwefelhexafluorid, das zum Reinigen der Siliziumreaktoren verwendet wird, etwa durch einen Unfall in die Atmosphäre gelangt. Das Gas hat den höchsten bekannten Treibhauseffekt pro Molekül überhaupt – eine Tonne SF6 entsprechen hier 25.000 Tonnen CO2.
Und so könnte man die Liste nahezu beliebig fortsetzen mit Phosphin, Arsin, Kalilauge, Natronlauge, Salzsäure, Salpetersäure, Aceton, Borbromid, Phosphortrichlorid, Bortrichlorid – alles Materialien, die im direkten Kontakt mit Menschen oder der Atmosphäre grossen Schaden anrichten können.
Das schnelle Wachstum der Industrie verschärft die Problematik weiter. Die Technologie zur Herstellung siliziumbasierter Solarzellen stützt sich in weiten Teilen auf Erfahrungen der weitaus reiferen Halbleiterindustrie. Um im internationalen Rennen nicht auf der Strecke zu bleiben, werden die Konzepte oft kopiert und an die Anforderungen der Photovoltaik angepasst. Das spart Entwicklungszeit und hohe Kosten und gilt für Solarzellenhersteller wie für ihre Lieferanten. Gleichzeitig werden jedoch Gelegenheiten versäumt, die Konzepte der Halbleiterindustrie im Sinne einer besseren Umweltverträglichkeit zu optimieren.
Der Hunger nach Chemikalien legt nahe, die Nachhaltigkeit zu überdenken. Für die vorgenannte Flusssäure etwa ist das Mineral Flussspat der Hauptrohstoff. Die internationalen Vorkommen genügend reinen Flussspats sind endlich – China etwa kürzt bereits die Exporte, um die einheimische Industrie mit dem begehrten Rohstoff zu versorgen. Ob die Vorräte noch dreissig, fünfzig Jahre oder länger reichen, ist ungewiss.
Das Ziel einer Industrie, die so stolz auf ihr Saubermannimage ist, muss es also sein, umweltgefährliche Materialien langfristig nicht nur besser zu recyceln, sondern – wo möglich – ganz zu ersetzen. Erst dann kann man von einer sauberen Industrie sprechen. Helfen kann dabei eine schnelle Durchsetzung von industrieweiten Standards, die zu einer höheren Produktionseffizienz und grösserer Sicherheit führen. Unterstützung durch die Gesetzgeber wäre wünschenswert, aber zur Zeit werden die Entscheidungsträger vermutlich keine übertriebene Eile an den Tag legen, der blühenden Industrie regulatorische Steine in den Weg zu legen. Es bleibt zu hoffen, dass bei der Entwicklung von Solarzellen der nächsten Generation die einmalige Gelegenheit genutzt wird, leichtfertig übernommene Fehler vergangener Zeiten zu vermeiden. (BH)
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