Wind und Energie versuchen, das Treibhausgas SF6 zu beseitigen

Dec 23, 2023

Die jährlichen Emissionen des äußerst zerstörerischen Treibhausgases Schwefelhexafluorid (SF6) entsprechen den jährlichen Kohlendioxid-CO2-Emissionen von unglaublichen 100 Millionen Autos.

Das behauptet der deutsche Entwickler gasisolierter Leistungsschaltanlagen Nuventura.

Es ist eines von mehreren führenden Energiesystemunternehmen wie GE, Mitsubishi und Siemens, die derzeit nach brauchbaren Ersatzstoffen für dieses unglaublich umweltschädliche synthetische Gas suchen, das weltweit in Stromerzeugungssystemen sowohl an Land als auch auf See eingesetzt wird.

Im Kyoto-Protokoll von 1997 wurde SF6 als eines der sechs wichtigsten Treibhausgase (THG) identifiziert. Nicht ohne guten Grund: SF6 ist das stärkste Treibhausgas, das die Menschheit kennt, mit einem Erwärmungspotenzial, das 23.900-mal höher ist als das von Kohlendioxid (CO2), und einer Verweildauer in der Atmosphäre von bis zu 3.200 Jahren.

Das Problem kam kürzlich ans Licht, als EV bekannt gab, dass beim Bau des Offshore-Windparks Seagreen vor Schottland Gas freigesetzt worden war.

SF6 wurde vor einem Jahrhundert in Frankreich erfunden und ab den 1950er-Jahren in der Energiewirtschaft flächendeckend eingeführt. Es wird sogar bei Tausenden von Windkraftanlagen in der Nordsee eingesetzt, insbesondere im britischen Sektor.

Europa war der Geburtsort von SF6 und ist nun, angeführt von der EU, zum Epizentrum des Kampfes für die Eliminierung von SF6 aus der Stromerzeugung geworden, der im Wesentlichen durch die Klimakrise vorangetrieben wird.

Die EU gibt den Takt vor. Brüssel fordert eine Gesamtreduzierung der Emissionen fluorierter Gase oder F-Gase – einschließlich SF6 – bis 2030 um zwei Drittel gegenüber dem Niveau von 2014.

Bei der Eliminierung des SF6-Einsatzes wurden offenbar bereits erhebliche Fortschritte erzielt, die Stromerzeugung ist jedoch davon ausgenommen. Allerdings sind die Handschuhe jetzt ausgezogen.

Das weltbekannte Baker Institute sagte in einem Kommentar vom März 2021, dass die atmosphärische Konzentration des Gases in den letzten Jahren rapide zugenommen habe und dass die Verfolgung der SF6-Konzentrationen im Jahr 2015 begonnen habe. Oberflächlich betrachtet sehen die Zahlen harmlos aus, aber das Baker ist besorgt darüber Aktuelle Schätzungen liegen weit daneben.

„Obwohl von den Partnern des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCC) erwartet wird, dass sie ihre Treibhausgasemissionen melden, haben Länder wie China, Indien und Südkorea keine SF6-Emissionen gemeldet“, sagt Baker, der berechnet, dass dies möglicherweise nur China ist verantwortlich für 36 % der weltweiten SF6-Emissionen.

Allerdings gibt es, wie Untersuchungen von Nuventura zeigen, in Ostasien zwar keine SF6-Vorschriften, die sich direkt auf Übertragungs- und Verteilungsbetreiber konzentrieren, es gibt jedoch andere Programme, auch in China.

Während ihr Second Biennial Update Report on Climate Change (veröffentlicht 1918) wenig über SF6-Emissionen sagt, erwägen die Chinesen laut Nuventura neue Vorschriften/Standards, um den SF6-Verbrauch und die SF6-Emissionen zu reduzieren. Ende letzten Jahres wurde eine Arbeitsgruppe mit der Aufgabe „Kontrolle, Beseitigung und Ersatz“ eingerichtet.

Zurück zu Baker, der warnt: „Selbst Industrieländer wie die USA und Großbritannien unterschätzen möglicherweise ihre Produktion erheblich.“

Tatsächlich hat sich der Versuch, aussagekräftige Zahlen für den Einsatz von SF6 bei der Stromerzeugung auf dem heimischen Markt zu ermitteln, als wilde Suche erwiesen, und der Autor gab es auf, den zuvor veröffentlichten Jahresbericht des britischen Treibhausgasinventars von 1990 bis 2020 zu verstehen dieses Jahr, zusammengestellt im Auftrag von BEIS für die Direktion Wissenschaft und Innovation für Klima und Energie (SICE) von Ricardo Energy & Environment.

Kein Wunder, dass es so schwierig ist, die SF6-Realität in den Griff zu bekommen; Nicht einmal im angesagten Offshore-Wind gibt es Klarheit, wie eine Analyse von Esben Holst und Dr. Kristjan Jespersen von der Copenhagen Business School vom Mai 2021 zeigt.

„Man muss sich nur ein wenig mit den Akteuren der Offshore-Windenergie befassen, um unterschiedliche Methoden zur Umwandlung von SF6 in CO2-Äquivalente (CO2e) aufzudecken“, warnen sie.

„Die Berichterstattungsmethoden für Treibhausgasemissionen (Treibhausgasemissionen) von Branchenführern verwenden unterschiedliche Emissionsfaktoren, um SF6 in CO2e umzuwandeln.“

Ein Beispiel für unzureichende Berichterstattung im dänischen Sektor wird von Vattenfall in seinem Nachhaltigkeitsbericht 2019 veranschaulicht, in dem angegeben wird, dass SF6 15.000-mal wirksamer ist als CO2. Der im Greenhouse Gas Protocol angegebene Emissionsfaktor liegt jedoch bei 23.500. Ørsted verwendet in seinem ESG-Bericht 2019 den GGP-Emissionsfaktor für Gas korrekt.

Dies wirft die Frage auf, welche Unterschiede es in der gesamten Nordsee gibt.

„Es ist wichtig, dass wir verstehen, dass SF6 der Bekämpfung des Klimawandels über das Jahr 2100 hinaus so schädlich ist, dass es heute keinen Platz mehr in nachhaltigen Geschäftsmodellen hat“, sagen Holst und Jespersen.

„Selbst wenn die CO2-Emissionen im Einklang mit den Zielen des Pariser Abkommens 2100 reduziert werden, wird die Berichterstattung über einen Zeitraum von 100 Jahren keinen Milliarden Jahre alten Planeten retten.

„Die Treibhausgasberichterstattung muss besser reguliert und überprüft werden, um eine wirklich grüne Energiewende herbeizuführen. Die Freisetzung eines Gases, das irreversible Schäden verursacht, kann kein akzeptabler Kompromiss für einen kurzfristigen „grünen“ Übergang sein.

„Während in den meisten Unternehmensberichten behauptet wird, dass es keine Alternativen gibt, ist dies nicht wahr. Daher ist der Einbau SF6-freier Geräte zwingend erforderlich.

„Ein grüner Übergang geht über das Jahr 2100 hinaus, doch eine schlechte Regulierung ermöglicht es Energieunternehmen, SF6-CO2e durch die Verwendung niedrigerer Emissionsfaktoren positiv darzustellen.

„Offshore-Windenergieunternehmen haben keine vergleichbare, rechenschaftspflichtige und transparente Berichterstattung bereitgestellt – was darauf hindeutet, dass strengere Vorschriften für die Berichterstattung über Treibhausgasemissionen erforderlich sind.“

Im UK Greenhouse Gas Inventory, 1990 to 2020 Annual heißt es: „Derzeit gibt es keine ausgereiften Alternativtechnologien zur Verwendung von SF6, obwohl einige neue Isolierflüssigkeiten getestet werden und in den nächsten Jahren möglicherweise kommerziell nutzbar werden.“

Es wird jedoch eingeräumt, dass die britische Elektrizitätswirtschaft seit der Einführung der EU-F-Gas-Verordnung im Jahr 2006 erhebliche Anstrengungen unternommen hat, um den SF6-Verbrauch zu überwachen und zu reduzieren.

Die Behauptung, es gäbe keine ausgereiften Alternativtechnologien, erscheint unzutreffend.

Laut Stephen Gibbs, Produktmarketingleiter für Vertriebslösungen bei ABB UK: „Glücklicherweise bieten Fortschritte in Wissenschaft und Technik jetzt wettbewerbsfähige SF6-freie Alternativen.“ Die Akzeptanz ökoeffizienter Schaltanlagen ist vielversprechend, da globale Energieversorger bestrebt sind, die Emissionen im Zusammenhang mit SF6-Leckagen zu reduzieren.

„Ein gutes Beispiel ist Northern Powergrid. „Der Energieversorger hat in Umspannwerken in der Grafschaft Durham zwei Schaltanlagenvarianten eingeführt, die beide Alternativen zu SF6-Gas nutzen, um die Umweltbelastung zu reduzieren“, erklärte er im August.

„Laut einem leitenden Angestellten von Northern Powergrid hat der Energieversorger die SF6-Lecks bereits um 23 % reduziert, und das Pilotprojekt wird eine wichtige Rolle spielen, da der Energieversorger anstrebt, diese bis 2028 um weitere 15 % zu reduzieren.“

„Ebenso hat sich UK Power Networks dazu verpflichtet, seinen CO2-Fußabdruck jedes Jahr um 2 % zu reduzieren und SF6-Leckagen auf weniger als 0,2 % zu begrenzen. Um diese Ziele zu erreichen, plante das Unternehmen, die Schaltanlagen seines Werks in Dartford durch Konstruktionen zu ersetzen, die SF6-freie Alternativen verwenden.“

Das Unternehmen führte 2015 AirPlus, seine bahnbrechende SF6-freie Gasgemischtechnologie in Mittelspannungsschaltanlagen, ein und machte diese Technologie mit einem offenen Patent für jedermann nutzbar und unterstützte damit den beschleunigten Ausstieg aus diesem Treibhausgas.

Damit war ABB offenbar der erste Anbieter, der seinen Kunden ein alternatives umweltfreundliches Gas anbot, und das ecoGIS-Portfolio ist das umfassendste in der Branche und deckt den gesamten Bereich bis 40,5 kV ab.

Im April 2021 unterzeichneten GE und Hitachi ABB eine gegenseitige Lizenzvereinbarung zum Ersatz von SF6 durch ein harmloses Mischgas auf Fluornitrilbasis zur Verwendung als Isolator für elektrische Hochspannungsgeräte (HV) und für Schalter.

Die Vereinbarung zur Umstellung auf GEs sogenanntes g3-Gas auf Fluoronitrilbasis soll die Umweltauswirkungen von HV-Systemen im Vergleich zu SF6 „erheblich“ reduzieren.

Und im Vereinigten Königreich beispielsweise kündigten National Grid und die Universität Manchester am 1. November ein 1,9 Millionen Pfund teures, vierjähriges Projekt an, um herauszufinden, wie National Grid eine Nachfülllösung entwickeln kann, die den Ersatz von SF6 durch eine umweltfreundlichere Alternative ermöglicht, ohne dass dies erforderlich ist seine riesige Flotte an Schaltanlagensystemen in England und Wales zu ersetzen oder anderweitig zu modifizieren.

Was die Offshore-Windkraft betrifft, so stimmte der deutsche Konzern Siemens 2018/19 zu, das Joint Venture Siemens Gamesa mit 102 SF6-freien, gasisolierten 8VM1-Hochspannungsschaltanlagen (GIS) für den 714 MW Offshore-Windpark Anglia One (ScottishPower Renewables) im britischen Sektor zu beliefern ).

Die Schaltanlage wurde so konzipiert, dass sie jede Windkraftanlage einzeln vor Überlast und Kurzschlüssen schützt und eine zuverlässige und unterbrechungsfreie Stromversorgung ermöglicht.

Der für Windparks entwickelte 8VM1 aus dem blue GIS-Portfolio von Siemens arbeitet mit Vakuum-Leistungsschaltertechnologie und mit sauberer Luft anstelle von SF6 als Isoliermedium.

East Anglia One begann im Juli 2020 mit der Stromerzeugung.

Siemens Gamesa hat sich zum schnellstmöglichen Ausstieg aus SF6 verpflichtet, spätestens jedoch bis 2030.

„Wir arbeiten eng mit unserer Lieferkette zusammen und haben bereits erhebliche Fortschritte gemacht“, sagte Tim Dawidowsky, Chief Operating Officer von Siemens Gamesa, letzten Monat in einem Siemens-Kommentar.

„Wir haben unsere ersten Turbinen mit SF6-freien Schaltanlagen vor mehr als fünf Jahren installiert und Hunderte dieser Einheiten mit einer Reinluftlösung ohne Risiko der globalen Erwärmung installiert.

„Wir verwenden in keiner unserer neuen Offshore-Anlagen mehr SF6-Schaltanlagen und wollen diese Option mit geringem Treibhauspotenzial für unser gesamtes Portfolio.“

Die Hochspannungs-Offshore-Turbinen sind ein wichtiger erster Schritt; Siemens räumt jedoch ein, dass sich das Mittelspannungssegment, das hauptsächlich an Land genutzt wird, als anspruchsvoller erwiesen hat, da es derzeit keine SF6-freie Alternative für den hier erforderlichen Spannungsbereich und die erforderliche Größe gibt.

„Siemens Gamesa arbeitet proaktiv mit unseren Lieferanten zusammen, um diese Herausforderung zu lösen, und strebt an, bis Mitte der 2020er Jahre die erste Version einer SF6-freien Schaltanlage für die Mittelspannungsanwendungen in den Onshore-Windkraftanlagen von Siemens Gamesa bereitzustellen“, sagt Dawidowsky.

Der deutsche Konzern ist Mitglied der neu gegründeten Switching Gears for Net Zero Alliance, zu der auch Mitsubishi Electroc, Nuventura, Schneider, die Tochtergesellschaft Siemens Energy und Toshiba gehören.

Gemeinsam sehen sie Europa als Vorreiter bei der Suche nach einem SF6-Ersatz.

„Wir sind unermüdlich auf der Suche nach neuen Technologien, die auf Gasen natürlichen Ursprungs basieren“, erklären sie.

„Viele Anwendungen sind mittlerweile verfügbar und erfolgreich im Betrieb erprobt. Wir werden die verbleibenden Portfoliolücken gemäß den in der F-Gase-Verordnung vorgeschlagenen Übergangsfristen schließen. Stromnetze können und sollten F-Gas-frei sein.“