Wie wahrscheinlich ist die Beeinträchtigung von Photovoltaikanlagen durch Vulkanstaub?

Damit Photovoltaik-Anlagen beste Erträge bringen und sich möglichst rasch amortisieren, sind saubere Module unerlässlich. Eine flächendeckende Staubschicht auf den Modulen verringert die Leistungsfähigkeit einer PV-Anlage um etwa 25 %. Doch Geologen und Vulkanologen richten den Blick auf ein Naturphänomen, das bislang kaum diskutiert wurde.

Muss tatsächlich mit Vulkanausbrüchen gerechnet werden?

Große Vulkanausbrüche kommen in der Erdgeschichte glücklicherweise selten vor, aber wenn es soweit ist, wirken sie sich oft global aus. Der größte Ausbruch, der jemals dokumentiert worden ist, war der des indonesischen Vulkans Tambora auf der Insel Sumbawa. Das war 1815, die Luftlinie zwischen dem Vulkan und Deutschland beträgt fast 12.000 Kilometer. Die Folge war ein vulkanischer Winter in Europa und Nordamerika im Jahr 1816 und das Absinken der Durchschnittstemperaturen weltweit um 3° C; dieses Jahr wird auch als das „Jahr ohne Sommer“ bezeichnet. 60 Millionen Tonnen Schwefeldioxid gelangten in die Stratosphäre, es bildeten sich dort Tröpfchen aus Schwefelsäure und Wasser. Diese Aerosole reflektierten einen Teil des Sonnenlichts zurück ins All und absorbierten weitere Energie. Die Folge: Die Temperaturen fielen, es kam zu Ernteausfällen und Hungersnöten und es begann die erste große Einwanderungswelle in die USA, um dem Hunger zu entfliehen.

Ist das alles Schnee von gestern? Nein, denn seit einiger Zeit sind einige Vulkane so aktiv, dass Wissenschaftler ihren baldigen Ausbruch für möglich halten.

• Vulkan Öræfajökull
  Der Vulkan Öræfajökull auf Island wird derzeit sehr genau beobachtet: In seiner Umgebung gab es 2017 mehrere kleinere Erdbeben, und von dem über ihm liegenden Gletscher flossen größere Mengen Eiswasser ab – ein Zeichen dafür, dass sich der Untergrund erwärmt hat. Ende November 2017 wurde die Bevölkerung über diese Entwicklung informiert, auch ein Evakuierungsplan wurde ausgearbeitet.
  
  
• Vulkan Katla
  Auch der 120 Kilometer westlich vom Öræfajökull gelegene Vulkan Katla ist wieder so aktiv, dass die zuständige Behörde die Alarmstufe in zwei Stufen bis auf das Niveau „erhöhte Unruhe“ heraufgesetzt hat. Dass die Asche bei einem Ausbruch das europäische Festland erreicht, gilt als wahrscheinlich.
  
  
• Campi Flegrei
  Forscher richten ihr Augenmerk auch auf die Phlegräischen Felder (Campi Flegrei) in Süditalien. In diesem als Hochrisikovulkan bewerteten Gebiet sind seit mehr als 60 Jahren stetig ansteigende seismische Aktivitäten gemessen worden. Dabei hat sich die Energie unter der Erdkruste angehäuft, was einen Ausbruch immer wahrscheinlicher macht. Das macht sich insbesondere seit 2005 dadurch bemerkbar, dass sich der Boden jedes Jahr weiter anhebt. Wenn es hier zu einem Ausbruch kommt, hat das Folgen für ganz Europa.
  
  
• Yellowstone
  In den USA bereitet man sich auf den Ausbruch eines Super-Vulkans vor: Der Yellowstone-Vulkan ist so aktiv, dass sich der Erdmantel pro Jahr um etwa 15 Zentimeter anhebt; ein sicheres Zeichen für einen ansteigenden Druck in der Magmakammer. Die NASA will versuchen, den Ausbruch zu verhindern, indem in den Vulkan ein Loch gebohrt und Wasser hineingepumpt werden soll, um den Vulkan abzukühlen. Kostenpunkt: etwa 3 Milliarden Dollar. Die Experten der NASA geben zu bedenken, dass der Yellowstone-Vulkan ca. alle 600.000 Jahre eine Super-Eruption erlebt. Die letzte ist 640.000 Jahre her.
  
  
• Eifel und Rheintal in Deutschland
  Aber auch in Deutschland wird es unruhig: Seit über einem Jahr gibt es Anzeichen für eine verstärkte Aktivität unter der Eifel und dem Rheintal. Es treten hier vermehrt Indizien für Magma-Bewegungen auf: Aus dem Laacher See in Rheinland-Pfalz tritt Kohlendioxid aus, was auf vulkanische Aktivitäten im Erdinnern hinweist. Auch die mehr als 40 schwachen Erdbeben, die dort im Juni 2017 vom Landesamt für Geologie und Bergbau registriert wurden, sind ein Indikator für Magma-Bewegungen. In der Eifel hat es bisher alle 6.000 bis 8.000 Jahre einen Vulkanausbruch gegeben; der letzte war bereits vor etwa 10.000 Jahren dort, wo sich heute das Ulmener Maar, ein nach einem Vulkanausbruch entstandener See, befindet.

Allen diesen Vulkanen ist gemeinsam, dass es keine Frage ist, ob sie ausbrechen, sondern nur wann. Darin sind sich Vulkanologen einig. Gemeinsam ist ihnen auch, dass ihnen Experten aufgrund ihrer deutlich erhöhten Aktivität erhöhte Aufmerksamkeit widmen und für einige von ihnen bereits Katastrophenszenarien durchgespielt werden.

Vulkane und Photovoltaik – Wo ist der Zusammenhang?

Es mag für uns zwar surreal erscheinen, aber die Gefahr eines Vulkanausbruchs ist da und wird bei einer entsprechenden Stärke sogar globale Folgen haben. Wissenschaftler des Deutschen Geoforschungszentrums (GFZ) im Helmholtz-Zentrum Potsdam haben sich Gedanken darüber gemacht, welchen Einfluss vulkanische Asche auf die Leistungsfähigkeit von Solarzellen hat. Bei ihrem Experiment verwendeten sie Asche aus dem 2010 ausgebrochenen isländischen Vulkan Eyjafjallajökull. Damals wurden etwa 500 Millionen Tonnen Material ausgeworfen. Nur 0,2 % davon erreichten das europäische Festland. Trotz dieser geringen Menge haben die Forscher für deutsche Anlagen einen Leistungsverlust von bis zu 30 % ermittelt. In einer Umgebung von ca. 300 Kilometern rund um den Eyjafjallajökull wären die Auswurfmengen groß genug gewesen, um Photovoltaik-Anlagen mit einer so starken Staubschicht zu bedecken, dass sie keinen Strom mehr produziert hätten. Wie lange sich Vulkanasche in der Luft hält, hängt vom Wetter und Luftströmungen ab und kann nicht sicher vorhergesagt werden. Auch die Höhe, in der sie sich befindet, spielt eine große Rolle: Erreicht sie die Troposphäre in etwa zehn Kilometern Höhe, sinkt sie relativ schnell auf die Erde herab. Regenfälle begünstigen diese Entwicklung. In der Stratosphäre in bis zu 40 Kilometern Höhe kann sie sich hingegen oft jahrelang halten: Hier fehlt der vertikale Luftaustausch, aus der schwefelhaltigen Asche entsteht durch chemische Reaktionen Sulfat-Aerosole, die das Sonnenlicht in den Weltraum zurückwerfen.

Experten haben jedoch auch eine andere Verunreinigungsquelle im Blick, die die Erträge von PV-Anlagen mindert: Wüstenstaub aus der Sahara schafft mehrmals pro Jahr den Weg nach Deutschland und setzt sich auf den Solarzellen ab. Wissenschaftler der Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben das Projekt „Photovoltaikertragsreduktion durch Saharastaub (PerduS)“ ins Leben gerufen, um zusammen mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) sowie dem Prognose-Dienstleistungsunternehmen meteocontrol den Grad der Verschmutzung von Solaranlagen herauszufinden und auf dieser Grundlage Leistungsvorhersagen auszuarbeiten.