The risk to renewable electricity from volcanic eruptions
Diese Studie nutzt den Ausbruch des Tambora im Jahr 1815 als Analogie, um zu demonstrieren, dass ein bedeutendes vulkanisches Ereignis einen gleichzeitigen, anhaltenden globalen Rückgang der Wind- und Sonnenressourcen verursachen könnte, was zu erheblichen Verlusten bei der Stromerzeugung und wirtschaftlichen Kosten führt, die die dringende Notwendigkeit unterstreichen, solche niederfrequenten Klimaschocks in die langfristige Energieplanung einzubeziehen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die Welt stellt ihre Energiequellen um und bewegt sich weg vom Verbrennen fossiler Brennstoffe hin zu Energie, die aus Wind und Sonne gewonnen wird. Diese erneuerbaren Quellen sind sauber und essenziell für ein stabiles Klima, aber sie haben eine verborgene Schwachstelle: Sie hängen vollständig vom Wetter ab. Wenn der Wind aufhört zu wehen oder Wolken die Sonne zu lange verdecken, kann das Licht ausgehen. Wissenschaftler untersuchen schon lange, wie tägliche Stürme oder saisonale Veränderungen diese Stromnetze beeinflussen, aber es gibt eine viel seltenere, dramatischere Art von Wetterereignis, die in der Energieplanung weitgehend ignoriert wurde. Dies ist ein massiver Vulkanausbruch. Wenn ein Vulkan ausreichender Größe explodiert, schleudert er gewaltige Mengen an Gas und Asche hoch in die obere Atmosphäre, wo sie sich ausbreiten und einen globalen Dunstschleier bilden. Dieser Dunst wirkt wie ein dünner, sonnenblockierender Schleier, der den Planeten kühlen und Windmuster verändern kann. Während die Auswirkungen solcher Eruptionen auf die globalen Temperaturen gut bekannt sind, hatte zuvor niemand berechnet, wie diese spezifische Art der atmosphärischen Störung die Elektrizität beeinflussen würde, auf die wir im Alltag angewiesen sind.
Ein Team von Forschern setzte sich zum Ziel, diese Lücke zu schließen, indem es simulierte, was passieren würde, wenn heute ein Vulkan mit der Kraft des Ausbruchs von 1815 explodieren würde. Sie wählten den Ausbruch des Mount Tambora im Jahr 1815 als Modell, da dies einer der bedeutendsten in der aufgezeichneten Geschichte war und ein „Jahr ohne Sommer“ verursachte, das weltweit Ernten vernichtete. Mithunter einem hochentwickelten Computermodell der Erdatmosphäre rekonstruierten die Wissenschaftler die Bedingungen dieser Eruption und beobachteten, wie die resultierende Aerosolwolke – winzige Schwefelpartikel, die das Sonnenlicht reflektieren – mit den Wind- und Sonnenressourcen interagieren würde, die modernen Kraftwerken zur Verfügung stehen. Sie führten hunderte von Simulationen durch, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse nicht nur ein Zufall des Computercodes waren, indem sie testeten, wie die Eruption unter verschiedenen Hintergrundklimata reagieren würde, einschließlich einer wärmeren Zukunftswelt und während natürlicher Wetterzyklen wie El Niño.
Die Simulationen enthüllten eine ernüchternde Realität: Ein vulkanisches Ereignis dieser Größenordnung würde zu einem gleichzeitigen Rückgang sowohl der Wind- als auch der Sonnenenergiegeneration auf der ganzen Welt führen. Der Dunst blockiert das Sonnenlicht und reduziert dadurch direkt die Energie, die Solarpaneele ernten können. Gleichzeitig würde der Kühleffekt der Aerosole die großräumige atmosphärische Zirkulation, die den Wind antreibt, abschwächen, was zu ruhigerer Luft in vielen der weltweit besten Windparkregionen führt. Dieser doppelte Schlag wäre keine kurze Unterbrechung; die Modelle zeigten, dass die Verringerung der Energieressourcen bis zu zwanzig Monate lang anhalten würde. Im Durchschnitt ergab die Studie, dass die weltweiten Wind- und Sonnenressourcen während dieses Zeitraums um etwa 3,6 Prozent zurückgehen würden. Während ein paar Prozent klein klingen mögen, bedeutet dies angesichts der schieren Größe des globalen Energiesystems einen massiven Verlust an Elektrizität.
Als die Forscher diese physikalischen Veränderungen in die Sprache moderner Stromnetze übersetzten, wurden die Zahlen drastisch. Basierend auf der weltweit installierten Wind- und Solarkapazität im Jahr 2024 würde ein einzener Ausbruch in der Größenordnung des Tambora zu einem Verlust von etwa 216,9 Terawattstunden Elektrizität über diese zwanzig Monate führen. Um dies einzuordnen: Das ist die Menge an Elektrizität, die der gesamte Bundesstaat Kalifornien in einem einzigen Jahr verbraucht. Die finanziellen Kosten dieser verlorenen Energie, berechnet anhand aktueller Strompreise, würden etwa 9,2 Milliarden US-Dollar betragen. Die Auswirkungen würden jedoch nicht überall gleich stark zu spüren sein. Die Studie hob eine entscheidende Diskrepanz zwischen den Orten, an denen das Wetter am schlechtesten ist, und den Orten, an denen der Schaden am schwersten ist, hervor. Beispielsweise würden Südamerika und Afrika die größten prozentualen Rückgänge bei Wind und Sonne erleben, was sie zu den physisch empfindlichsten Regionen macht. Da sich jedoch derzeit die größte Konzentration von Wind- und Solarkraftwerken in Asien befindet, würde Asien den größten absoluten Stromverlust erleiden, nämlich mehr als 111 Terawattstunden. Auch Europa und Nordamerika stünden vor erheblichen Verlusten, wenngleich etwas geringer als Asien.
Die Forscher untersuchten auch die zugrunde liegende Physik, um zu verstehen, warum Wind und Sonne sich so verhielten. Sie fanden heraus, dass der vulkanische Dunst die tropische Atmosphäre abkühlt, was die Hadley-Zirkulation schwächt – einen riesigen Motor, der Wärme vom Äquator in Richtung der Pole bewegt. Diese Abschwächung reduziert die Windgeschwindigkeiten in den Subtropen, wo sich viele Windparks befinden. Interessanterweise zeigten die Modelle, dass die Windgeschwindigkeiten in einigen Hochbreitengebieten tatsächlich zunahmen, aber diese Gewinne reichten nicht aus, um die weit verbreiteten Verluste anderswo auszugleichen. Bei der Solarenergie war die Geschichte etwas komplexer. Während die vulkanischen Partikel das direkte Sonnenlicht blockierten, reduzierte der Kühleffekt auch die Bewölkung in einigen Gebieten, was etwas mehr Licht durchließ. Diese Reduzierung der Bewölkung kompensierte teilweise die Dunkelheit durch die Asche, konnte aber den Nettoverlust an Sonnenenergie nicht verhindern. Die Studie deutet darauf hin, dass diese physikalischen Mechanismen robust sind, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich auch dann auftreten würden, wenn die Eruption in einem wärmeren zukünftigen Klima oder während einer anderen natürlichen Wetterphase stattfände.
Diese Arbeit dient als Warnung für die Zukunft der Energieplanung. Da die Welt immer abhängiger von wetterabhängiger Energie wird, wird das Risiko seltener, hochwirksamer Klimaschocks immer kritischer. Die Studie betont, dass heutige Energiesysteme nicht darauf ausgelegt sind, einen Zeitraum von zwei Jahren mit reduzierter Wind- und Sonnenstrahlung zu bewältigen, und dass standardmäßige Batteriespeicher nicht ausreichen, um eine so lange Lücke zu überbrücken. Darüber hinaus haben die Erkenntnisse Auswirkungen auf eine kontroverse Idee namens Solar-Geoengineering, bei der Menschen absichtlich Aerosole in die Atmosphäre injizieren könnten, um den Planeten zu kühlen. Die Studie legt nahe, dass eine solche Intervention zwar die globalen Temperaturen senken könnte, aber unbeabsichtigt die Erzeugung erneuerbarer Energien unterdrücken könnte, was einen neuen Konflikt zwischen Klimaschutz und Energiesicherheit schafft. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass ein massiver Vulkanausbruch zwar ein Ereignis mit geringer Wahrscheinlichkeit ist, sein Potenzial zur Störung des globalen Stromnetzes jedoch hoch genug ist, um in langfristigen Planungen für eine resiliente, kohlenstoffarme Zukunft berücksichtigt zu werden.
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