Kohle sabotiert Solar - Aerosole reduzieren PV-Leistung

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Wissenschaft

Kohle sabotiert Solar: Studie zeigt massive Verluste durch Luftverschmutzung

Oxford-Forscher haben 140.000 Solaranlagen weltweit vermessen. Das Ergebnis ist alarmierend.

Eine am 15. Mai 2026 in Nature Sustainability veröffentlichte Studie von Forschern der University of Oxford und des University College London quantifiziert erstmals auf Anlagenebene, wie stark die Luftverschmutzung durch Kohlekraftwerke die globale Solarstromproduktion drückt. Das Ergebnis: 5,8 Prozent der weltweiten PV-Erzeugung gingen 2023 durch Aerosole verloren. Das entspricht 111 Terawattstunden - so viel, wie 18 mittelgroße Kohlekraftwerke im Jahr produzieren.

Dass Kohlekraftwerke dem Klima schaden, ist bekannt. Dass sie gleichzeitig die Technologie sabotieren, die sie ersetzen soll, ist neu - jedenfalls in diesem Ausmaß. Die Studie trägt den Titel "Coal plants persist as a large barrier to the global solar energy transition". Sie liefert Daten, die sowohl die Energiewirtschaft als auch die Klimaforschung zum Umdenken zwingen könnten.

140.000 Solaranlagen per Satellit vermessen

Die methodische Grundlage der Studie ist bemerkenswert. Das Forscherteam um Erstautor Rui Song hat über 140.000 Solaranlagen weltweit per Satellitenbildern identifiziert und kartiert. Mithilfe von Machine Learning und Metas Segment Anything Model wurden die tatsächlichen Modulflächen präzise extrahiert. Frühere Studien hatten die Aerosol-Verluste in China auf 20 bis 25 Prozent geschätzt, weil sie die tatsächliche Verteilung der Anlagen nicht berücksichtigten. Die neue Methodik korrigiert das auf 7,7 Prozent.

Die extrahierten Modulflächen wurden mit atmosphärischen Daten aus dem NASA-Reanalysesystem MERRA-2 kombiniert. So konnte für jede einzelne Anlage berechnet werden, wie viel Strom sie unter optimalen Bedingungen hätte produzieren können - und wie viel durch Wolken und Aerosole tatsächlich verloren ging. Im globalen Durchschnitt gingen 2023 insgesamt 26,9 Prozent der potenziellen PV-Leistung verloren. 21,1 Prozent entfielen auf Wolken, 5,8 Prozent auf Aerosole.

Was sind Aerosole und warum schaden sie Solar?

Aerosole sind winzige Partikel, die in der Atmosphäre schweben. Sie stammen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, insbesondere aus Kohlekraftwerken, aber auch aus Industrie, Verkehr, Landwirtschaft und natürlichen Quellen wie Vulkanen und Wüstenstaub. Diese Partikel streuen und absorbieren einfallendes Sonnenlicht, bevor es die Solarzellen erreicht. Weniger Strahlung an der Erdoberfläche bedeutet weniger Stromproduktion.

Aerosole wirken dabei auf zwei Wegen. Direkt blockieren sie Sonnenlicht durch Streuung und Absorption. Indirekt verändern sie die Wolkenbildung, indem sie als Kondensationskeime fungieren und die Wolkenreflektivität erhöhen. Die Nature-Sustainability-Studie erfasst nur den direkten Effekt. Die tatsächlichen Verluste sind also noch höher. Die Autoren betonen ausdrücklich, dass ihre Schätzungen eine konservative Untergrenze darstellen.

China: Der größte Solarproduzent verliert am meisten

China produzierte 2023 mit 793,5 Terawattstunden 41,5 Prozent des weltweiten Solarstroms. Gleichzeitig entfielen auf China 54,9 Prozent aller globalen Aerosol-Verluste - mehr als auf alle anderen Länder zusammen. Die nationale PV-Produktion wurde durch Aerosole um 7,7 Prozent gesenkt. Fast ein Drittel (29 Prozent) dieser Verluste gehen direkt auf Kohlekraftwerke zurück.

Noch dramatischer ist das sogenannte Loss-to-Growth-Ratio, das die Studie erstmals quantifiziert. Zwischen 2017 und 2023 entsprachen die jährlichen Aerosol-Verluste bestehender Solaranlagen in China im Durchschnitt 38 Prozent der Energie, die durch neu installierte Anlagen hinzukam. In drei aufeinanderfolgenden Jahren überstieg dieses Verhältnis 50 Prozent. Der Spitzenwert lag 2021 bei 62,1 Prozent. In manchen Jahren fraß die Kohleverschmutzung also mehr als die Hälfte des Energiezugewinns durch neue Solaranlagen wieder auf.

Kohle sabotiert Solar - Infografik zur Studie aus Nature Sustainability

Global lag das Loss-to-Growth-Ratio bei durchschnittlich 30 Prozent. Jedes Jahr gingen im Schnitt 74 Terawattstunden durch Aerosole verloren, während neue Solaranlagen 246,6 Terawattstunden hinzufügten. Ein Drittel des Fortschritts wurde durch die Verschmutzung der Kohlekraftwerke zunichtegemacht, die Solar eigentlich ersetzen soll.

Die Paradoxie: China verbessert sich trotzdem

Paradoxerweise ist China das einzige Land, in dem die Aerosol-Verluste nachweislich sinken. Zwischen 2013 und 2023 gingen die Verluste um durchschnittlich 1,4 Prozent pro Jahr zurück. Effektive Aerosolwerte sanken um 1,7 Prozent jährlich, Stickstoffdioxid um 2,4 Prozent, Schwefeldioxid um 1,4 Prozent.

Das liegt nicht daran, dass China weniger Kohle verbrennt. Im Gegenteil: Die Stromerzeugung aus Kohle stieg im selben Zeitraum von 4.093 auf 5.857 Terawattstunden. Die Verbesserung ist das Ergebnis massiver Emissionskontrollen. Ultra-Low-Emission-Nachrüstungen an bestehenden Kohlekraftwerken machen laut der Studie 91 Prozent der Schwefeldioxid-Reduktion aus. Nur 9 Prozent entfallen auf die Stilllegung alter Kraftwerke.

Chinas Beispiel zeigt: Strengere Emissionsstandards können die PV-Verluste reduzieren, auch ohne Kohleausstieg. Aber sie können ihn nicht ersetzen. Die CO2-Emissionen bleiben unberührt, und die Aerosol-Verluste sinken nur graduell.

USA: Geringe Verluste durch geografische Trennung

Im Kontrast zu China verliert die USA nur 3,1 Prozent ihrer PV-Produktion durch Aerosole. Der Hauptgrund: Solaranlagen und Kohlekraftwerke stehen in den USA selten nebeneinander. In China liegen die meisten Solaranlagen im Umkreis von 20 bis 30 Kilometern eines Kohlekraftwerks. In den USA liegt der typische Abstand bei über 100 Kilometern.

Die statistische Korrelation bestätigt den Zusammenhang: In China ist der bivariate Moran's-I-Wert mit 0,5654 signifikant positiv, in den USA liegt er nahe null. Das Aerosol-Problem ist kein inhärentes Merkmal der Solartechnologie. Es ist eine direkte Folge der räumlichen Nähe zu Kohlekraftwerken.

Ko-Platzierung: Der versteckte Nachteil

In vielen Ländern werden Solarparks bewusst auf oder neben dem Gelände von Kohlekraftwerken gebaut, weil dort Netzanschlüsse und Hochspannungsleitungen bereits vorhanden sind. Das spart Infrastrukturkosten und beschleunigt die Inbetriebnahme. Doch die Studie zeigt, dass dieser logistische Vorteil einen messbaren energetischen Nachteil hat.

Selbst in den Wüstenregionen Nordwest-Chinas und der Inneren Mongolei, wo Staub der dominierende Aerosol-Typ ist, bleiben die Sulfat-bedingten Verluste aus Kohleverbrennung überraschend hoch. Die Ko-Platzierung von Solar und Kohle wirkt also auch dort, wo man es nicht erwartet.

Pakistan: 15,1 Prozent Verluste im Solar-Boomland

Besonders drastisch trifft es Pakistan. Dort bewahrt der rasante Solarausbau das Land gerade vor den schlimmsten Folgen der Energiekrise - laut einer Analyse von Renewables First und CREA spart Pakistan 2026 mindestens 6,3 Milliarden Dollar an Öl- und Gasimporten. Gleichzeitig reduzierten Aerosole aus Ziegelöfen, Fahrzeugemissionen, Industrie und Kohlekraftwerken die PV-Produktion 2023 um 15,1 Prozent. Indien liegt in derselben Größenordnung und zeigt im Gegensatz zu China keinen Abwärtstrend.

Was bedeutet das für die Energiewende?

Erstens: Klimamodelle und Energiewende-Prognosen überschätzen den Nutzen von Solar systematisch, wenn sie die Aerosol-Verluste durch noch laufende Kohlekraftwerke nicht berücksichtigen. Erstautor Rui Song warnt: "Unsere Studie zeigt, dass das Risiko besteht, dass wir die Klimavorteile von Solarenergie überschätzen, wenn wir die Verschmutzung durch Kohlekraft nicht unter Kontrolle bringen."

Zweitens: Kohleausstieg ist nicht nur Klimapolitik - er ist Solar-Beschleuniger. Jedes abgeschaltete Kohlekraftwerk macht die Solaranlagen in seiner Umgebung produktiver. Die Studie liefert ein neues ökonomisches Argument für den Kohleausstieg, das über CO2-Reduktion hinausgeht.

Drittens: Die Standortwahl für Solarparks muss neu bewertet werden. Die gängige Praxis, Solaranlagen auf Kohle-Standorten zu platzieren, ist zwar logistisch sinnvoll, hat aber einen versteckten energetischen Preis.

Oxford-Professor Myles Allen, der nicht an der Studie beteiligt war, ordnet ein: "Alle Szenarien, die die Ziele des Pariser Abkommens erfüllen, zeigen einen raschen Ausstieg aus der Kohle, der nicht stattfindet. Der Grund ist, dass Kohlestrom immer noch bemerkenswert billig erscheint - wie diese Studie zeigt, liegt das daran, dass die echten Kosten versteckt sind."

Ausblick: Das Problem wird größer, nicht kleiner

Die Autoren warnen, dass das Problem sich verschärfen könnte. Der rasant steigende Strombedarf durch Elektrifizierung, Industrialisierung und den Boom der Künstlichen Intelligenz treibt viele Länder dazu, Kohlekraftwerke als Backup-Kapazität weiterzubetreiben oder sogar neu zu bauen. In China werden weiterhin neue Kohlekraftwerke genehmigt, offiziell als Reserve für die volatile Erneuerbare-Erzeugung.

5,8 %

GLOBALER PV-VERLUST

111 TWh gingen 2023 durch Aerosole verloren - so viel wie 18 Kohlekraftwerke erzeugen

62,1 %

SPITZENWERT CHINA

So viel des jährlichen Solar-Zugewinns fraß die Kohleverschmutzung 2021 in China

140.945

ANLAGEN VERMESSEN

Per Satellit und Machine Learning kartiert - die bisher umfassendste PV-Datenbank

Die Studie (hier zu Nature Sustainability) macht eine unbequeme Wahrheit sichtbar: Das gleiche Kohlekraftwerk, das als Backup für die Solaranlage bereitgehalten oder neu gebaut wird, degradiert gleichzeitig deren Leistung. Wer Kohle und Solar parallel betreibt, bremst den Nutzen der eigenen Solarinvestition. Die Forscher stellen sämtliche Daten auf Anlagenebene öffentlich zur Verfügung.

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