Dürre führt zu mehr Emissionen fossiler Brennstoffe

Durch die Dürre wird die Stromerzeugung aus Wasserkraft im Westen der USA reduziert, und Kraftwerke auf Basis fossiler Brennstoffe in benachbarten Gebieten müssen den größten Teil der Lücke auffangen.

Neueren Forschungsergebnissen zufolge führt die zunehmende Verbrennung fossiler Brennstoffe während Dürreperioden zu einer größeren Umwelt- und Gesundheitsbelastung für Gemeinden in der Nähe von Kraftwerken, die auf fossilen Brennstoffen basieren und möglicherweise nicht von der eigentlichen Dürre betroffen sind. Der Preis der Dürre, so die Wissenschaftler, übersteige die Kosten für den Verlust von Wasserkraft.

Darüber hinaus könnten zukünftige Szenarien für erneuerbare Energien den Strombedarf während Dürreperioden möglicherweise nicht decken, sagte Minghao Qiu, leitender Forscher der Studie und Erdsystemwissenschaftler an der Stanford University in Kalifornien. „Vielleicht werden erneuerbare Energien in einem normalen Jahr mehr als 80 % unseres Stroms erzeugen“, sagte er. „Aber bei Dürre, wenn wir eine zusätzliche Quelle benötigen, um unsere Stromlücken zu schließen, gehen diese Energieszenarien davon aus, dass wir stark auf fossile Brennstoffe angewiesen sein werden.“

Der Energiebedarf der Bewohner verschwindet während einer Dürre nicht einfach – er wächst manchmal sogar.

Da der vom Menschen verursachte Klimawandel den Planeten erwärmt, kam es in dürregefährdeten Gebieten zu längeren und häufigeren Dürreperioden. Weniger Niederschläge bedeuten, dass weniger Wasser durch Wasserkraftwerke fließt und weniger Energie aus Wasserkraft erzeugt wird. Frühere Studien haben ergeben, dass Extremereignisse wie das, das Kalifornien 2012–2016 heimsuchte, Verbraucher 0,5–1,5 Milliarden US-Dollar pro Jahr kosten können.

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Aber der Energiebedarf der Bewohner verschwindet während einer Dürre nicht einfach – er wächst sogar manchmal, da Trockenheit mit Hitzewellen einhergehen kann, die die Menschen dazu zwingen, ihre Klimaanlage aufzudrehen. Welche Energiequellen ersetzen also die verlorene Wasserkraft, wer produziert diese Energie und was kostet sie die Bewohner?

Um diese Fragen zu beantworten, sammelten die Forscher Archivdaten zu Dürre, Kraftwerksenergieerzeugung und Kohlenstoffemissionen im Westen der USA im Zeitraum 2001–2021. Sie teilten die Region in drei Gebiete auf – Nordwesten, Südwesten und Kalifornien – um zu untersuchen, wie sich die Energieproduktion und die Kohlenstoffemissionen in den einzelnen Gebieten in Dürrezeiten veränderten, selbst wenn eine Dürre in einem anderen Gebiet auftrat.

Die Erzeugung fossiler Kraftwerke sei im Vergleich zu Zeiten ohne Dürre um bis zu 65 % gestiegen, sagte Qiu. Dies lag vor allem daran, dass Strom aus Kraftwerken für fossile Brennstoffe die durch Dürre verloren gegangene Wasserkraft ersetzte. Anlagen für fossile Brennstoffe können die Produktion schneller steigern als erneuerbare Energiequellen.

Doch auch Generatoren mit fossilen Brennstoffen benötigen als Teil ihres Kühlprozesses Wasser. Aufgrund des Mangels an verfügbarem Wasser laufen auch diese Anlagen nicht effizient, so dass noch mehr Brennstoff benötigt wird, um die benötigte Energie zu erzeugen. Dürrebedingte Hitzewellen und Waldbrände könnten auch die Effizienz von Kraftwerken mit Solar- oder Windenergie beeinträchtigen; Möglicherweise müssen auch fossile Brennstoffe diesen Energieverlust ausgleichen.

Das Team stellte fest, dass mehr als die Hälfte der zunehmenden Verbrennung fossiler Brennstoffe außerhalb der von der Dürre betroffenen Region stattfindet. Dies ist auf das vernetzte Stromnetz zurückzuführen, das es benachbarten Gebieten ermöglicht, ihre Stromerzeugung zu steigern und diesen Strom in das von der Dürre betroffene Gebiet zu exportieren. Qiu erklärte, dass unter normalen Bedingungen beispielsweise der Nordwesten Strom aus Wasserkraft nach Kalifornien und in den Südwesten exportiere. Doch während einer extremen Dürre kann der Nordwesten nicht so viel Energie in die beiden anderen Gebiete exportieren.

„Daher müssen Kalifornien und der Südwesten [während einer Dürre im Nordwesten] zusätzliche Stromquellen finden, um ihren Bedarf zu decken“, sagte er. „Und was wir in historischen Daten finden, ist, dass sie ihre eigenen Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen hochfahren.“ Der daraus resultierende Anstieg der Kohlenstoffemissionen verschlechtert die Luftqualität und gefährdet die Gesundheit der Menschen über die Grenzen einer Dürre hinaus.

Das Team stellte fest, dass etwa 12 % der gesamten regionalen Kohlendioxidemissionen durch Dürre verursacht wurden.

Die gesamten gesundheitlichen und wirtschaftlichen Kosten der dürrebedingten Produktion fossiler Brennstoffe betrugen etwa das 1,5- bis 2-fache der Kosten für den verlorenen Strom aus Wasserkraft, sagte Qiu. Das beläuft sich im Zeitraum 2001–2021 auf etwa 20 Milliarden US-Dollar, zuzüglich der Kosten für die verlorene Wasserkraft. Etwa 14 Milliarden US-Dollar (70 %) davon entfallen auf Kohlenstoffemissionen, 5,1 Milliarden US-Dollar (25 %) auf Emissionen kleiner Partikel (PM2,5) und 0,9 Milliarden US-Dollar (5 %) auf Methanlecks.

Die Ergebnisse wurden in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America veröffentlicht.

Wenn der Klimawandel ungebremst anhält, werden schwere Dürren immer extremer und häufiger. Die Forscher untersuchten ein aggressives Szenario für den Übergang zu erneuerbaren Energien und stellten fest, dass das Wachstum erneuerbarer Energien möglicherweise nicht mit der prognostizierten Zunahme von Dürren und dem daraus resultierenden Verlust von Wasserkraft Schritt halten kann.

„Einige der schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels werden sich auf die Wassersysteme auswirken.“

„Die Studie untermauert die Schlussfolgerung, dass einige der schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels auf Wassersysteme einwirken werden, und unterstreicht die engen Zusammenhänge zwischen Wasser und Energie“, sagte Peter Gleick, Experte für Wasserressourcenmanagement und Mitbegründer des Pacific Institute in Oakland. Kalifornien, ein gemeinnütziges Forschungszentrum. „Ein besseres, integriertes Management von Wasser- und Energiesystemen bietet erhebliche Vorteile sowohl bei der Minderung der Treibhausgasemissionen als auch bei der Anpassung an jetzt unvermeidbare Auswirkungen.“ Gleick war an der neuen Forschung nicht beteiligt.

Die Ergebnisse seien „hochgradig übertragbar“ auf andere Regionen der Welt, die stark auf Wasserkraft angewiesen sind und in Zukunft hydroklimatische Veränderungen erleben werden, sagte Jordan Kern, ein Umweltwissenschaftler an der North Carolina State University in Raleigh, der nicht an der Studie beteiligt war.

„Für Staaten und Regionen, die derzeit auf Wasserkraft angewiesen sind … wird die anhaltende Anfälligkeit für Dürre die Dekarbonisierung des Netzes und damit auch anderer Teile der Wirtschaft erschweren“, erklärte Kern.

„Energiesystemplaner müssen bei der Gestaltung künftiger, dekarbonisierter Stromnetze mit einer Dürre rechnen.“

„Insbesondere“, sagte Kern, „müssen Energiesystemplaner die Erwartung einer Dürre berücksichtigen … bei der Gestaltung künftiger, dekarbonisierter Stromnetze.“ Dies bedeutet den Aufbau zusätzlicher Kapazitäten anderer Art, die möglicherweise mit fossilen Brennstoffen zusammenhängen oder nicht. Fazit: Dies führt zu zusätzlichen finanziellen Kosten für die Verbraucher.“

Die derzeitige Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen als Ersatzenergiequelle sei besorgniserregend, sagte Gleick, aber einige westliche Staaten hätten bereits Fortschritte bei der Entwicklung weiterer erneuerbarer Energiequellen gemacht, um den dürrebedingten Rückgang der Wasserkraft auszugleichen.

„Ich glaube nicht, dass es einen Klimaforscher gibt, der nicht der Meinung ist, dass die Bemühungen zur Abkehr von fossilen Brennstoffen nicht beschleunigt und intensiviert werden sollten“, sagte er. „Je schneller wir jedoch auf erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne umsteigen, desto weniger schwerwiegend ist dieses Problem, da die verlorene Wasserkraft durch kohlenstofffreie Alternativen ausgeglichen werden kann.“

– Kimberly MS Cartier (@AstroKimCartier), Mitarbeiterautorin