Hoeveel CO2 kost al dat materiaal van een windpark op zee eigenlijk?

Voor de bouw van een windpark op zee is veel materiaal nodig. Vooral veel staal. De vraag is hoeveel CO2 er vrijkomt bij de productie van al die materialen. En of dat opweegt tegen de elektriciteitsproductie van het windpark. Over de hele levenscyclus van windenergie op zee -dus inclusief de productie van alle materialen- is de uitstoot van broeikasgassen ongeveer 10 gram CO2-equivalent per geproduceerde kilowattuur (kWh) elektriciteit. Dat is veel lager dan voor kolenstroom (ca. 1000 gram CO2/kWh) of elektriciteit uit aardgas (ca. 450 gram CO2/kWh). Over de hele levenscyclus gerekend is de CO2-uitstoot van stroom uit een windturbine dus ongeveer 100 keer lager dan van stroom uit een kolencentrale. De CO2-uitstoot voor de bouw van een windpark op zee is daardoor in minder dan een jaar tijd ‘terugverdiend’.

Binnenkant van de stalen fundering voor een offshore windturbine (foto: Ørsted)

Alle onderdelen van windpark op zee meegenomen

Er worden al jarenlang uitgebreide levenscyclusanalyses gemaakt van alle vormen van elektriciteitsproductie. Daarbij wordt de belasting van het milieu in detail berekend ‘van de wieg tot het graf’. Voor een windpark op zee worden daarbij alle onderdelen meegenomen, zie de figuur hieronder. Het gaat natuurlijk om de windturbines en de funderingen, maar ook om de kabels naar het transformatorstation op zee, het transformatorstation op zee, de kabels naar de kust en het transformatorstation op land.

Onderdelen van windpark op zee die worden meegenomen in levenscyclusanalyse en hun bijdrage aan de totale uitstoot van broeikasgassen over de levensduur (bron: SiemensGamesa)

 

Voor elk onderdeel van het windpark wordt berekend welke materialen ervoor gebruikt worden en hoe die materialen geproduceerd of gewonnen worden. Ook de bouw en het onderhoud van het windpark wordt meegenomen in de berekeningen. Net als de ontmanteling van het windpark aan het eind van de levensduur.

Belangrijkste bijdrage aan CO2-voetafdruk komt van de materiaalproductie

In de figuur hierboven is te zien dat de grootste bijdrage aan de uitstoot van broeikasgassen komt van de funderingen (37% in een studie van SiemensGamesa voor een windpark op zee met turbines van 8 MW) en de masten (17%) van de windturbines. Die onderdelen zijn van staal en bij de productie van staal komt veel CO2 vrij.

De grafiek hieronder laat zien dat de uitstoot van broeikasgassen voor een windpark op zee vooral veroorzaakt wordt door de productie van de gebruikte materialen. De bijdrage van de productie van de onderdelen van het windpark, van de installatie en van het beheer en onderhoud van het windpark is veel kleiner. De ontmanteling van het windpark levert een CO2-besparing op doordat veel van de materialen hergebruikt kunnen worden en daarmee de productie van nieuwe materialen uitsparen.

Bijdrage per levensfase aan de totale uitstoot van broeikasgassen over de levensduur van een windpark op zee met turbines van 8 MW (bron: SiemensGamesa)

In de volgende grafiek is te zien wat de bijdrage van de verschillende materialen is aan de uitstoot van broeikasgassen. Zoals gezegd is staal verreweg de belangrijkste.

Bijdrage van verschillende materialen aan de uitstoot van broeikasgassen over de levensduur van een windpark op zee (bron: SiemensGamesa)

Totale CO2-voetafdruk van windenergie op zee

Uiteraard is de CO2-voetafdruk per geproduceerde kilowattuur elektriciteit voor windenergie op zee afhankelijk van een aantal factoren zoals:

• Diepte van de zee (hoe dieper, hoe meer staal nodig is voor de funderingen)
• Het type fundering (voor een funderingspaal ofwel ‘monopile’ is minder staal nodig dan voor een ‘jacket’). Nederlandse windturbines op zee worden tot nu toe allemaal geïnstalleerd op monopiles.
• Afstand tot de kust (hoe verder, hoe langer de kabels)
• De grootte van de windturbines (hoe groter, hoe meer elektriciteitsproductie)
• Windsnelheid (hoe harder het gemiddeld waait, hoe meer elektriciteitsproductie)

De totale uitstoot van broeikasgassen voor windenergie op zee met funderingen op monopiles ligt volgens verschillende levenscyclusanalyses tussen de 6 en 14 gram CO2-equivalent per geproduceerde kilowattuur elektriciteit. Verschillende studies laten zien dat de CO2-voetafdruk lager is voor grotere turbines. Dat komt doordat de elektriciteitsproductie van grotere windturbines meer toeneemt dan het materiaalgebruik.

• Analyse door Amerikaanse onderzoeksinstituut NREL in 2012 van een groot aantal levenscyclusanalyses gaf een mediane CO2-voetafdruk van 14 gram CO2-equivalent per kWh voor windenergie op zee. De offshore windturbines waren destijds nog aanzienlijk kleiner (vermogen van 1 tot 3 MW) dan nu.
• Deze Deense website laat op een kaart de berekende CO2-voetafdruk zien van alle windturbines die er in 2016 in Denemarken stonden. Voor de offshore windturbines die er toen in Denemarken stonden komt de wetenschappelijke analyse uit op een gemiddelde CO2-voetafdruk van 13,6 gram CO2-equivalent per kWh. Ook hier gaat om offshore windturbines van de vorige generatie (met een vermogen van 1 tot 3,6 MW per stuk).
• Een wetenschappelijk artikel van Bonou et al. uit 2016 kwam voor een offshore windturbine van 4 MW op 11 gram CO2-equivalent per kWh geproduceerde elektriciteit en voor een offshore windturbine van 6 MW op 8 gram CO2-equivalent per kWh.
• SiemensGamesa berekende in de eerder genoemde studie voor een windpark op zee met turbines van 8 MW een CO2-voetafdruk van 6 gram CO2-equivalent per kWh.

Toegift voor de liefhebber

De Deense studie laat zien dat de CO2-voetafdruk van windenergie in Denemarken sinds 1980 sterk gedaald is doordat windturbines groter werden en de capaciteitsfactor hoger, zie de grafiek hieronder.