Energiewende und Klimaschutz: Windbranche setzt auf Alternativen zu SF6

O9.02.2023 – Schwefel-Hexaflurid (SF6) ist eine anorganische chemische Verbindung. Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften dient es als Isolier- und Löschgas: Es ist farb- und geruchlos, weder giftig noch brennbar und äußerst reaktionsträge. Wie alle fluorierten Gase ist auch SF6 klimaschädlich, wenn es entweicht.

Seine Verweildauer in der Atmosphäre beträgt mehr als 3.000 Jahre. Das Gas gilt als die Substanz mit der stärksten Treibhauswirkung und wird neben fünf weiteren Treibhausgasen im Kyoto-Protokoll von 1997 erfasst: 1 kg SF6 wirkt rund 22.8000-mal so stark wie ein Kilo Kohlenstoffdioxid (CO2).

Breiter Anwendungsbereich

Unter anderem wird SF6 in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen in der gesamten Elektrizitätsinfrastruktur eingesetzt. Wie das Statistische Bundesamt mitteilt, haben deutsche Unternehmen in 2021 insgesamt 743,2 t SF6 bezogen. Das waren 10 t mehr als im Vorjahr (plus 1,4 Prozent). Die bezogene Menge SF6 entspricht entsprechend umgerechnet 17,5 Mio. t CO2e (Statistisches Bundesamt 2022).

Der größte Abnehmer ist derzeit der die Elektroindustrie und Apparatebau. Den stärksten Anstieg an Bezugsmengen verzeichnen jedoch seit 2009 die Hersteller optischer Glasfasern, die SF6 als Ätzgas verwenden. Den zweitgrößten Zuwachs hat die Halbleiterindustrie, die Schwefel-Hexafluorid zum Ätzen von Bauteilen verwendet.

Windkraft am öffentlichen Pranger

Besonders in die Kritik geriet in den vergangenen Monaten aufgrund diverser Medienberichte, u.a. der ARD, die SF6-Verwendung im Bereich der Windkraft. Daten des Statistischen Bundesamtes zufolge sind allerdings Unternehmen, die Windkraftanlagen herstellen und in die Kategorie Energieversorger fallen, ein nachrangiger Abnehmer. Energieversorger hatten 2019 einen absoluten Anteil von einem Prozent an der insgesamt in Deutschland verwendeten SF6-Menge.

Das Gas wird zu großen Teilen in geschlossenen Systemen verwendet und damit zunächst nicht beabsichtigt freigesetzt. Insgesamt wurden 2020 nach Berechnungen des Umweltbundesamtes zur nationalen Treibhausgas-Berichterstattung in Deutschland 3 Mio. t CO_2e emittiert. Dies entspricht 0,4 Prozent an den gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland von rund 728,7 Mio. t CO_2e im Jahr 2020.

Schallschutzfenster die größten Emittenten

Schallschutzfenster sind nach wie vor die mit Abstand größten Emittenten von SF6 – obwohl der Einsatz des Gases bereits in den 1990er Jahren stark reduziert und seit 2006 verboten wurde. Allerdings basieren die berichteten Emissionen auf Modellannahmen, die davon ausgehen, dass das in den Fenstern gespeicherte SF6 jährlich zu einem Prozent emittiert und nach einer Lebenszeit der Fenster von 25 Jahren vollständig in die Atmosphäre tritt. Die Emissionen von Schallschutzfenstern beliefen sich 2015 kalkulatorisch auf 115 Tonnen, entsprechend 2,6 Mio t CO_2e, und sollten 2019 ihr Maximum erreicht haben.

Derzeit zweigrößter SF6-Emittent sind elektrische Betriebsmittel mit 17 t/Jahr, entsprechend 0,4 Mio. t CO_2e. Dies umfasst Emissionen aus der Herstellung, Nutzung und Entsorgung von elektrischen Betriebsmitteln etwa in Schaltanlagen der Hoch- und Mittelspannung sowie von sonstigen Betriebsmitteln wie Messtransformatoren und Kondensatoren. SF6-Schaltanlagen finden sich u.a. in Umspann-, Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken, aber auch in Biomasse-, Solar- oder Windkraftwerken, wie aus einem Sachstandbericht der Wissenschaftlichen Dienste des Bundestags vom Oktober 2022 hervorgeht.

Brüssel plant schrittweises Verbot

Nun plant Brüssel auch ein SF6-Verbot als Betriebsmittel in elektrischen Anlagen. Auf EU-Ebene zirkuliert derzeit der Entwurf zur Novellierung der F-Gase-V (Verordnung über Fluorierte Gase), laut der der Einsatz von SF6 ab 2026 für die Mittelspannung und bis 2030 für die Hochspannung verboten werden soll. Je nach technischer Verfügbarkeit sollen allerdings Ausnahmen möglich sein.

„Die Branche bemüht sich um die Suche nach Alternativen zum Einsatz von SF6“, unterstreicht Frank Grüneisen, Sprecher des Bundesverband Windenergie (BWE). Besonders im Bereich der Offshore-Windenergie sei hier Siemens Gamesa schon sehr weit fortgeschritten. Das Unternehmen setzt dabei auf die Vakuum-Technologie, um die Entstehung von Lichtbögen zu vermeiden.

Siemens Gamesa geht voran

„In unseren neuen Offshore-Anlagen verwenden wir keine SF6-Schaltanlagen mehr, und wir wollen diese Option mit geringem Treibhauspotenzial für unser gesamtes Portfolio“, sagt Tim Dawidowsky, COO und Chief Sustainability Officer des Unternehmens. Bisher habe man in Offshore-Windparks schon 8 GW SF6-freie Schaltanlagen verbaut.

Als größere Herausforderung sieht Dawidowsky allerdings den Abschied von SF6 bei der Windkraft an Land im Bereich der Mittelspannung. Da Onshore-Anlage in der Regel kleinere Dimensionen haben als große Anlagen auf See, sei es schwieriger diese umzurüsten. Denn durch den Einsatz von SF6 lassen sich Schaltlagen sehr kompakt konstruieren.

Siemens Gamesa arbeite jedoch proaktiv mit seinen Zulieferern zusammen, um diese Herausforderung zu lösen. Ziel sei es bis Mitte der 2020er Jahre eine erste Version einer SF6-freien Schaltanlage für die Mittelspannungsanwendungen in den Onshore-Windturbinen von Siemens Gamesa zu entwickeln, so Dawidowsky.

Rasant wachsende Nachfrage nach S6-freien Schaltanlagen

„Noch gibt es keinen vollständig SF6-freien Windpark, viele unserer Mitglieder versuchen jedoch überall dort, wo es bereits möglich ist, beispielsweise in den größer dimensionierten Umspannwerken, luftisolierte Anlagen zu verbauen“, sagt BWE-Sprecher Grüneisen. Eines der hier am weitesten fortgeschrittenen Unternehmen sei BayWa r.e.

Von einer rasant wachsenden Nachfrage nach SF6-freien Schaltanlagen berichtet jedenfalls Eaton. Jüngst fertigte das Unternehmen die 150.000ste SFE6-freie Xiria-Schaltanlage, die mit Vakuumtechnologie arbeitet, und sich für Anwendungen bis zu 24 kV/630 A eignet. Aufgrund ihrer geringen Abmaße sei sie auch für den Einbau in Onshore-Windkrafttürme geeignet, so Dirk Kaisers, Segment Leader Distributed Energy Management EMEA.

Xiria-Anlagen kämen schon in Windparks in Österreich, Japan, Italien und Irland zum Einsatz. In den Niederlanden beliefere Eaton Enercon Benelux mit der klimaschonenden Technik. Deutsche Windturbinenhersteller, die man beliefere, könne man dagegen derzeit nicht benennen, so Eaton-Sprecher Dirk Kaisers auf Anfrage.
Hans-Christoph Neidlein