Erneuerbare Energien-Anlagen

Mit Blick auf Versorgungsrisiken und die Bedeutung für die europäische Wirtschaft werden einige Rohstoffe, u.a. Technologiemetalle, im Critical Raw Material Act (CRMA) als kritisch bzw. mit Blick auf ihre Bedeutung für Umwelt-, Digital- und Verteidigungstechnologien als „strategisch“ angesehen, so dass eine hochwertige Rückgewinnung dieser Rohstoffe zunehmend wichtig wird. Die Novelle des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) sieht u.a. vor, dass spätestens ab Mitte 2028 alle neu eingebauten Heizungen mit mindestens 65 Prozent EE betrieben werden müssen. In Neubaugebieten und größeren Städten gilt das bereits früher. Damit werden Wärmeerzeuger wie z.B. Wärmepumpen zunehmend Öl- und Gasheizungen ersetzen, um die Wärmeversorgung zu dekarbonisieren. Damit sinken die Rohstoffbedarfe bspw. für Kupfer, Stahl oder Aluminium für fossile Heizanlagen, steigen aber zunächst für Wärmepumpen.

Der Status Quo der Zirkularität bei EE-Anlagen unterscheidet sich dabei erheblich und je nach eingesetzten Rohstoffen: z. B. von weitgehend etablierten hochwertigen Recycling-Kreisläufen für Kupfer und zum Teil Aluminium, über Downcycling von Glas bis hin zur noch linearen minderwertigen Verwertung, beispielsweise für Indium aus PV-Modulen sowie Faserverbundwerkstoffen in den Rotorblättern von WEA, wo das hochwertige Recycling bisher mangels Wirtschaftlichkeit noch nicht über Pilotverfahren hinauskommt. In der Vergangenheit wurde bereits intensiv an technischen Lösungen geforscht, aus denen bislang aber noch keine (wirtschaftliche) Marktreife hervorgegangen ist.

Mit Blick auf eine technische Lebensdauer von ca. 20 bis 30 Jahren beispielsweise für WEA oder PV-Module und den Beginn des Hochlaufs dieser Technologien angereizt insbesondere durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz aus dem Jahr 2000 ist für die kommenden Jahre ein sehr starker Anstieg des Abfallaufkommens sowohl bei PV-Modulen als auch bei WEA zu erwarten, für die jetzt entsprechende Infrastrukturen zur ordnungsgemäßen Rücknahme sowie umweltgerechten und hochwertigen Verwertung aufgebaut bzw. ausgebaut werden müssen. Die rechtlichen Ausgangslagen unterscheiden sich dabei deutlich zwischen den verschiedenen Technologien: PV-Module unterliegen dem ElektroG und somit der (geteilten) Produktverantwortung; hingegen sind bei WEA die Betreiber verpflichtet, entsprechende Rücklagen für den Rückbau vorzusehen.

Das Recycling der unterschiedlichen Anlagenkomponenten von WEA unterliegt unterschiedlichen allgemeinen und spezifischen Regelungen (wie z.B. der Abfallhierarchie § 6 KrWG, der GewAbfV, der Altöl-Verordnung, dem Batteriegesetz oder der ErsatzbaustoffVO). Wärmepumpen fallen zum Teil in den Anwendungsbereich der Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE-RL) bzw. des nationalen ElektroG.

Für die Entsorgung, Behandlung und Verwertung ist grundsätzlich der Hersteller verantwortlich. Als ortsfeste Großanlagen (bzw. ortsfeste Einrichtungen) können Wärmepumpen aber auch vom Anwendungsbereich des ElektroG ausgeschlossen sein, dann richtet sich die Entsorgung nach den Vorgaben des Kreislaufwirtschaftsgesetzes (KrWG). Als Kältemittel verwendete F-Gase (z.B. teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW)) müssen vom Anlagenbetreiber nach der F-Gas-Verordnung zurückgewonnen werden, damit sie recycelt, aufgearbeitet oder zerstört werden. Nach der Chemikalien-Klimaschutzverordnung (ChemKlimaschutzV) sind die Hersteller und Vertreiber von F-Gasen verpflichtet, diese zurückzunehmen oder die Rücknahme sicherzustellen.

Die Hemmnisse für die Kreislaufführung von Rohstoffen aus EE-Anlagen sind komplex und unterscheiden sich wie dargestellt stark zwischen den einzelnen Rohstoffgruppen und Anwendungen. Beispielsweise werden für mineralische Baurohstoffe wie Beton in WEA schon heute hohe Recyclingquoten erreicht, die Herausforderungen liegen hier stärker in den Anreizen für ein möglichst hochwertiges Recycling bzw. der Vermeidung von Downcycling (vgl. Kap. 4.8 des Strategietextes). Bei WEA stellen sich die Herausforderungen insbesondere bei Rotorblättern. Die damit verbundenen Leichtbau-Potenziale sind ein wichtiger Faktor für den schnellen Hochlauf der Windenergieproduktion. Gleichzeitig ist das hochwertige Recycling glasfaserverstärkter Kunststoffe bisher kaum wirtschaftlich, daher wird die Glasfaser z.B. bei der Zementklinkerherstellung im Zementwerk rohstofflich genutzt. Aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) lassen sich die Carbonfasern mittels Pyrolyse zurückgewinnen, die Anlagenkapazität muss sich jedoch an die Prognose der Abfallmengen anpassen. Hinzu kommen hohe Unsicherheiten über die tatsächlich in Rotorblättern eingesetzten Materialien. Auch für die in getriebelosen Rotoren eingesetzten Permanentmagnete fehlt es in der Regel noch an wirtschaftlichen Anreizen für eine separate Erfassung, so dass diese häufig mit dem Stahlschrott zusammen verwertet und damit nicht weiter genutzt werden.

Der beschädigungsfreie Abbau, Transport sowie die ordnungsgemäße Erfassung von PV-Anlagen bzw. PV-Modulen sind zentrale Anforderungen für eine (Vorbereitung zur) Wiederverwendung oder das hochwertige Recycling und die Rückgewinnung von Rohstoffen wie Glas oder (kritischen bzw. strategischen) Technologiemetalle wie Silizium, Indium und Gallium. Zudem fehlen praxisorientierte Anforderungen, Kriterien und Anwendungshilfen, die bei der Entscheidung helfen, ob ein (Alt-)Modul noch als funktionsfähiges gebrauchtes Gerät weiterverwendet oder als Abfallbewirtschaftungs-maßnahme zur Wiederverwendung vorbereitet werden kann oder zu recyceln ist. Speziell hinsichtlich der Entsorgung von PV-Altmodulen im privaten Gebrauch fehlt sowohl den Bürgerinnen und Bürgern als auch den mit dem Abbau beauftragten Handwerksbetrieben häufig noch das Bewusstsein für die richtige Entsorgung bzw. fehlen Anreize für die Abgabe an entsprechenden Sammel- und Rücknahmestellen. Häufig fehlt es auch bei den Abfallsammelstellen der öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträger an geeigneter Infrastruktur. Zu geringe Mengen an Altmodulen behindern die großtechnische (und wirtschaftliche) Etablierung von Recyclingverfahren, insbesondere für Dünnschichtmodule. Parallel dazu gibt es auch Hinweise auf die illegale Verbringung von (eigentlich) Abfall-Modulen ins Ausland. Auch das Produktdesign ist noch nicht auf eine optimale Zerlegung und Materialtrennung ausgerichtet. Sandwichverbünde müssen so gestaltet sein, dass sowohl eine Reparatur als auch das hochwertige Recycling und die Rückgewinnung kritischer Rohstoffe nicht verhindert werden. Die Förderung von (anwendungs-)sicherem und nachhaltigem Design sind daher von besonders hohem Stellenwert.

Spezielle Herausforderungen zeigen sich bei Wärmepumpen sowie bei Schaltanlagen in PV-Anlagen und WEA, in denen hoch klimabelastende F-Gase eingesetzt werden, die daher gemäß der F-Gas-Verordnung zurückgewonnen werden müssen, um anschließend recycelt, aufgearbeitet oder zerstört zu werden. Hier bestehen EU-weite gesetzliche Regelungen und Verpflichtungen zur Rücknahme, Entsorgung und Behandlung von Wärmepumpen, die dem ElektroG unterliegen, andererseits fehlen spezielle Entsorgungsregelungen (z.B. Rücknahmestrukturen) für Wärmepumpen, die nicht dem ElektroG unterliegen.

EE-Anlagen werden in verschiedenen europäischen und nationalen Vorhaben adressiert: Die europäische WEEE-RL, die national durch das ElektroG umgesetzt ist, definiert u.a. verbindliche Recyclingquoten für PV-Module und Wärmepumpen und befindet sich aktuell in der Konsultationsphase für eine Überarbeitung. Auf nationaler Ebene werden in der Elektro- und Elektronik-Altgeräte-Behandlungsverordnung (EAG-BehandV) erste Anforderungen für mehr Zirkularität an die Erstbehandlung und das Recycling von PV-Modulen sowie grundsätzlich alle Elektrogeräte und Bauteile aus Elektrogeräten (z.B. auch aus Wärmepumpen im Anwendungsbereich des ElektroG) gestellt. Die Europäische Kommission ist zudem dabei, Regelungsvorschläge für PV-Module, Wechselrichter und PV-Komplettsysteme zu entwickeln.

Zur Zirkularität von Wärmepumpen wird von der Internationalen Energieagentur (IEA) aktuell eine eigene Arbeitsgruppe gegründet, die sich auf der internationalen Ebene mit Ansätzen für eine optimierte Kreislaufführung dieser Anlagen auseinandersetzen soll. Auch die Industrie hat das Thema aufgegriffen und ist teilweise Selbstverpflichtungen in Richtung Zero Waste für das Jahr 2040 eingegangen bzw. hat diese angekündigt.

Auf Grundlage der in Kapitel 1.3 dargestellten Vision einer umfassenden Kreislaufwirtschaft für das Jahr 2045 und als Ergänzung des Leitbildes und der übergeordneten Ziele, die in Kapitel 2 formuliert werden, gelten für dieses Handlungsfeld zusätzlich die folgenden Ziele:

Im Feld der EE-Anlagen ergeben sich unterschiedliche Zielvorgaben, die in einen sinnvollen Ausgleich gebracht werden müssen. Mit Blick auf das Ziel der Treibhausgasneutralität bis zum Jahr 2045 ist ein deutlich zunehmender Ausbau der EE notwendig. Dabei sollte vor allem für kritische bzw. strategische Technologiemetalle auf eine hochwertige Schließung von Stoffkreisläufen abgezielt werden, um damit sowohl direkt zum Ressourcen- und Klimaschutz beizutragen und gleichzeitig die Resilienz von Lieferketten für die EE-Branche zu erhöhen.

Nationale und europäische Ziele:

• Rückgewinnung der kritischen Rohstoffe aus Windenergieanlagen und PV-Modulen, in Orientierung an den Zielen des CRMA
• Erarbeitung technologischer Standards zur Skalierung von Rücknahmeinfrastrukturen
• Hochwertige Verwertung oder Weiterverwendung demontierter Rotorblätter bis zum Jahr 2040
• Entwicklung und Operationalisierung konkreter Indikatoren zur Recyclingfähigkeit der Produkte und ihrer Komponenten bis zum Jahr 2030

Zirkuläres Anlagendesign fördern

Um die Kreislaufführung einzelner Komponenten von WEA zu stärken, die heute noch nicht hochwertig recycelt werden (können), sollen Impulse für ein stärker zirkulär ausgerichtetes Produktdesign gesetzt werden. Hierzu soll sich auf europäischer (und möglichst auf internationaler) Ebene im Dialog mit den Anlagenherstellern dafür eingesetzt werden, dass Standards zum Design von Rotorblättern entwickelt werden, z.B. zur Zerlegbarkeit oder der sauberen Trennbarkeit von faserhaltigen Teilen der Rotorblätter. Dazu soll auf der DIN SPEC 4866 aufgebaut werden, in der bereits entsprechende Konzepte gemeinsam mit der Industrie entwickelt werden; diese DIN SPEC ist zeitnah auch in internationale Normungsprozesse einzubringen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unterstützt entsprechende Technologieentwicklungen im Rahmen des Energieforschungsprogramms.

Recycling optimieren

Während Anreize für ein zirkuläres Produktdesign erst für zukünftig errichtete WEA greifen werden, braucht es für die in den kommenden Jahren stark ansteigende Anzahl außer Betrieb gesetzter Anlagen optimierte Demontage- und Recyclingprozesse.

Hierzu sollen untergesetzliche Verordnungsbestimmungen erlassen werden, wonach CFK-haltige Abfälle nicht in Abfallverbrennungsanlagen entsorgt und nicht oder nur bei Beachtung bestimmter Maßgaben in Zementöfen energetisch verwerten werden dürfen. Parallel dazu wird geprüft, ob Qualitätsanforderungen an Verwertungsbetriebe für Rotorblätter bzw. Entsorgungsfachbetriebe für die Entsorgung faserhaltiger Abfälle entwickelt werden sollten. Es soll hierzu an die Länder herantreten werden, um (weitere) Maßnahmen abzustimmen. Ziel ist dabei auch, die landesrechtlichen Vorgaben einheitlich im Sinne der NKWS fortzuentwickeln. Dies darf allerdings nicht zu einer ausschließlichen Deponierung solcher Abfälle führen.

Es braucht daher gleichzeitig eine fokussierte Forschungsförderung für innovative Recyclingverfahren für GFK/ CFK-Abfälle und andere relevante Abfallströme (z.B. Balsaholz). Das BMWK betreibt entsprechende Forschungsförderung im Rahmen des Energieforschungsprogramms.

Zur Förderung des Recyclings von Permanentmagneten soll die Umsetzung konkreter Maßnahmen in Umsetzung des CRMA geprüft werden, wie die umfassende Erfassung der Produktströme (Monitoring) inklusive der Ex- und Importe von Schrotten, den Aufbau einer Sammellogistik für Permanentmagnete aus den relevanten Herkunftsbereichen, die Einführung von Sammel- und Recyclingquoten für Permanentmagnete oder die Förderung von Anlagen zur Wiederverwendung und des Recyclings von Permanentmagneten.

Über das Recycling hinaus sollen auch innovative Anwendungen zur Wiederverwendung („reuse“) oder Weiterverwendung einzelner Komponenten für andere Zwecke („repurposing“) gefördert werden, bspw. in Form von Demonstrationsvorhaben. So können etwa Rotorblätter als Bauteile in Lärmschutzwänden, Produktionshallen, Bühnen, Aussichtstürmen oder schwimmenden Pontons (off-shore) wiederverwendet werden. Durch einen solchen „Re-Use-Ansatz“ ließen sich CO₂-Emissionen und Kosten einsparen und durch ein „Second Life“ 10-20 Jahre Zeit gewinnen, in denen innovative Recyclingverfahren weiterentwickelt werden können.

Nutzungsdauer von Photovoltaik-Modulen verlängern und zirkuläres Anlagendesign fördern

PV-Module besitzen eine lange technische Lebensdauer, wobei das Lebensdauerende bei Wegfall der Förderung sowie der Demontage der Module bzw. ganzer PV-Anlagen häufig noch nicht erreicht ist. Ziel muss daher eine Verlängerung der Nutzungsdauer durch „Second-Life“-Maßnahmen sein, also die Reparatur und Wiederverwendung bzw. Vorbereitung zur Wiederverwendung von gebrauchten bzw. Abfall-PV-Modulen, um den Verbrauch von Primärrohstoffen und -ressourcen sowie Umweltauswirkungen zu reduzieren. Dafür soll ein digitaler Dokumentationsleitfaden entwickelt werden, der den Umgang mit ausgedienten, abzubauenden Modulen erfasst und beschreibt und hierfür eindeutige und nachprüfbare Kriterien definiert. Hierzu soll zukünftig auf Daten aus zu entwickelnden digitalen Produktpässen für PV-Module aufgebaut werden. Praxisorientierte Checklisten, nachprüfbare Kriterien und Handlungsanweisungen sollen als zentraler Bestandteil des Leitfadens u.a. die Unterscheidung zwischen Abfall und Nicht-Abfall vereinfachen, auch um illegale (Abfall-)Behandlungen und -Verbringungen zu reduzieren und zu vermeiden.

Es soll geprüft werden, ob die Herstellerverantwortung gestärkt werden kann, indem zukünftig bei der verpflichtenden Anmeldung einer PV-Anlage bei der Bundesnetzagentur (BNetzA) immer auch die rechtsverbindliche Registrierungsnummer angegeben werden sollte (ohne den Bürokratieaufwand zu erhöhen, bspw. automatisiert), um sicherzustellen, dass nur legal in Verkehr gebrachte und sichere Module in Betrieb gehen und Hersteller sich nicht ihrer organisatorischen und finanziellen Entsorgungsverantwortung am Lebensende entziehen.

Durch die NKWS sollen auch Anreize für ein zirkuläres Produktdesign gesetzt werden. PV-Module zeichnen sich heute durch eine hohe Komplexität aus, die auf die Optimierung der Stromerträge und Reduktion der Effizienzverluste abzielt, aber das Recycling dabei mitunter deutlich erschwert. Einzelne Materialfraktionen bzw. Komponenten müssen möglichst einfach demontierbar und reparierbar gestaltet werden, ohne dabei die Haltbarkeit, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Module zu beeinträchtigen. Für ein solches „Design for Circularity“ soll sich auf europäischer Ebene eingesetzt werden.

Entsorgung optimieren

Für installierte PV-Module bzw. bestehende PV-Anlagen, die in den kommenden Jahren vermehrt das Ende ihrer Nutzungsphase erreichen werden, wird die Entsorgungskette gestärkt – von der Sammlung und Rücknahme über die (Erst-)Behandlung bis hin zur Rückgewinnung von Rohstoffen. Hierzu sollen zukünftig bei Stilllegung einer PV-Anlage bei der BNetzA automatisch Hinweise an die Haushalte verschickt werden, wie die PV-Altmodule ordnungsgemäß und umweltgerecht zu entsorgen sind. Ebenso werden Betreiber von großflächigen PV-Anlagen und Solarparks auf die ordnungsgemäße Entsorgung hingewiesen. Es soll zudem geprüft werden, ob darüber hinaus bei größeren Abfallmengen auch konkrete Nachweispflichten für die ordnungsgemäße Entsorgung notwendig sind, ohne den Bürokratieaufwand zu erhöhen (bspw. digital und automatisiert).

Im Hinblick auf die anstehende Überarbeitung der WEEE-Richtlinie soll geprüft werden, wie die Vorgaben für ein hochwertiges Recycling von PV-Modulen weiterzuentwickeln sind; eine mögliche Option ist die Einführung stoffspezifischer Recyclingquoten, die sich auch an den Zielen Langlebigkeit, Reparaturfähigkeit und Wiederverwendbarkeit von PV-Modulen orientieren sollten, sowie EU-einheitlicher Behandlungsstandards.

Es sollen zum Auf- und Ausbau von Recyclingkapazitäten spezielle Investitionsprogramme gefördert werden (vgl. Kap. 3.5 des Strategietextes), insbesondere für CIGS-Dünnschichtmodule als auch für kristalline Siliziummodule.

Für die Rückgewinnung von Silizium, Indium und Gallium aus PV-Modulen sollen weitere Forschungsvorhaben unterstützt werden, um entsprechende (wirtschaftliche) Verfahren marktreif zu machen. Zusätzlich soll für neue PV-Technologien wie „building-integrated“-Module, Perowskit-Solarzellen oder PV-Folien(-Module) die Entwicklung von Verfahren zum hochwertigen Recycling unterstützt werden.

Um die richtige Entsorgung nicht mehr genutzter PV-Module zu unterstützen, sollen die Chancen und Risiken verschiedener Modelle geprüft werden. Zudem sollen Entsorgungshinweise für Handwerksbetriebe und -verbände sowie für Nutzende entwickelt und verstärkt kommuniziert werden.

Die Potenziale zur Ressourcenschonung bei Wärmepumpen sind sehr unterschiedlich. So ist zwischen „kleinen“ Hausgeräten und „großen“ Wärmepumpen in der Industrie sowie in der Nah- und Fernwärmeversorgung zu unterscheiden. Kleine Hausgeräte haben eine größere Stückzahl und einen entsprechend großen Markt. Nachfolgend wird der Fokus auf kleine Wärmepumpen gelegt.

Zirkuläres Anlagendesign fördern

Wärmepumpen werden schon heute aufgrund ihrer positiven Materialwerte in der Regel separat verwertet. Angesichts des jetzt notwendigen Hochlaufs im Kontext der Wärmewende sollten jedoch auch Anreize für ein zirkuläres Design gesetzt werden, in dem die Upgrade-Fähigkeit der Anlagen sowie die Reparierbarkeit einzelner Komponenten in den Fokus gerückt wird. Dies ist auch für die Verbraucherinnen und Verbraucher zentral, damit sie ihre Wärmepumpe so lange wie möglich nutzen können. Hierfür soll sich auf europäischer Ebene einsetzt werden.

Zugleich sollen hierzu Forschungsvorhaben gezielt unterstützt werden, die u.a. auf Ergebnisse der IEA SHC Task 71 zu Lebenszyklusanalysen bei Wärmepumpen bzw. der IEA HPT Task zu Circular Economy aufbauen. 

Unterstützung zirkulärer Geschäftsmodelle

Für die Zirkularität von Wärmepumpen wird es zentral auf die Unterstützung entsprechender Geschäftsmodelle ankommen, durch die sich eine möglichst effiziente Nutzung und hochwertige Kreislaufführung der Anlagen auch auszahlt (beispielsweise im Kontext von „Heating as a Service“).

Hierzu sollen mögliche regulatorische Hemmnisse beispielsweise von Contracting-Modellen gegenüber den klassischen Vertriebsstrukturen geprüft und adressiert werden, so etwa mit Blick auf die notwendigen Rücknahmesysteme (reverse logistics).

Zur weiteren Begleitung des Hochlaufs von Wärmepumpen soll ein Monitoring entwickelt werden, aus dem sich mögliche notwendige Weiterentwicklungen der Produktverantwortung ableiten lassen.

Aufbau einer optimierten Entsorgung

Wärmepumpen werden in der Praxis häufig nicht entsprechend den Vorgaben des ElektroG entsorgt, oft aus Unwissenheit, aufgrund der Marktstrukturen sowie weil (Groß-)Wärmepumpen (und ortsfeste Anlagen) vom Anwendungsbereich des ElektroG ausgenommen sein können und dann der Entsorgungsweg ein anderer (ggf. nicht ordnungsgemäßer oder nicht umweltgerechter) ist. Damit Wärmepumpen richtig entsorgt werden, sollen Entsorgungshinweise für Handwerksbetriebe und -verbände ebenso wie für Nutzende entwickelt und verstärkt kommuniziert werden. Zudem soll auch geprüft werden, inwieweit verpflichtende Rücknahmesysteme zu einer verbesserten Kreislaufführung für Produkte oder einzelne Komponenten/Rohstoffe beitragen können.