Zielsetzung:
Die Solarenergie ist neben der Windenergie eine der Hauptsäulen der Energiewende. Damit die Klimaziele erreicht werden, ist es notwendig die Solarindustrie weltweit massiv zu skalieren. Pierre Verlinden, einer der weltweit führendsten Solarexperten, äußert sich dazu 2020 im Journal of Renewable and Sustainable Energie wie folgt: “The [PV] industry has demonstrated that it is capable to grow at a very high rate and to continuously reduce the cost of manufacturing. There are no challenges related to the technology, manufacturing cost, or sustainability, except for the consumption of silver, which needs to be reduced by at least a factor of 4 […].”
Silber ist die einzige kritische Ressource in der Solarzellenproduktion. Derzeit werden bereits weltweit ca. 17 % des jährlich in Minen abgebauten Silbers für die Solarzellenfertigung beansprucht. Gleichzeitig wächst die Fertigungskapazität für Solarzellen exponentiell um 20 - 30 % pro Jahr. Ohne technologische Innovation würde die Solarindustrie bereits im Jahr 2030 das gesamte weltweit verfügbare Silber aus dem Bergbau nachfragen. Es versteht sich von selbst, dass dies kein tragfähiges Szenario ist, zumal auch andere Zukunftstechnologien, wie die Elektromobilität, einen zunehmend hohen Silberbedarf anmelden.
Expert*innen sind sich einig, dass die Versorgung der Solarindustrie mit Silber für die elektrischen Kontakte der Solarzellen bereits in 2 - 4 Jahren das größte Problem für das nötige Wachstum der Solarindustrie sein wird und somit auch zum Flaschenhals für die gesamte Energiewende wird.
Das Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, PV2+, hat eine patentierte Galvaniktechnologie entwickelt, die es Solarzellenherstellern erlaubt mithilfe eines speziell entwickelten Elektrolyten, in Solarzellenkontakten Silber durch Kupfer zu substituieren. Dies ermöglicht die Skalierung der Solarindustrie und löst somit eine der zentralen Nachhaltigkeitsherausforderungen unserer Zeit.
Fazit:
Das Förderprojekt PV2+ verfolgte das Ziel, Silber durch Kupfer in Solarzellenkontakten zu ersetzen, um Kosten zu senken, die Rohstoffabhängigkeit zu verringern und die ökologische Nachhaltigkeit der Photovoltaikbranche zu stärken. Die gewählte technische Vorgehensweise erwies sich als sehr erfolgreich: Prozesse wie Sputtern und Laserablation wurden optimiert und auf Industrieanlagen übertragen, eine neue Galvanikanlage ermöglichte die homogene Kupferabscheidung auf über 500 Zellen bei stabilisiertem Elektrolyt. Der Proof of Concept wurde durch bessere Zellleistungen auf Industriewafern und einem ROI < 1 Jahr erbracht. Auch erste Umsätze durch Kundenbemusterungen bestätigen den Marktbedarf.
Strategisch war eine Kurskorrektur nötig: Aufgrund des Rückgangs der europäischen Solarindustrie wurde der Fokus erfolgreich auf Asien und die USA sowie auf eigene pilotähnliche Demoproduktion verlagert. Diese Neuausrichtung erwies sich als essenziell für Markteintritt und Skalierung.
Alternative technische Ansätze wie Kupfer-Nanopartikel oder Polymermasken wurden geprüft, boten jedoch keine vergleichbare Leistung, Wirtschaftlichkeit oder Umweltbilanz wie das patentierte Galvanikverfahren von PV2+. Die zentrale alternative Idee war daher nicht technologischer, sondern strategischer Natur und sie trug maßgeblich zur Zielerreichung bei.
Ziel des hier beschriebenen Projektes ist die Quantifizierung des Beitrages des Bioweinbaus zur ökologischen Nachhaltigkeit in der Weinbauregion Rheingau. Hierfür wird in Kooperationen mit verschiedenen Praxispartnern analysiert, wie sich die Umweltwirkung des Weinbaus im Rahmen der Betriebsumstellung von integrierter auf ökologische Bewirtschaftung bezüglich Klima, Biodiversität, Gewässerschutz, Bodenfruchtbarkeit sowie Ressourceneffizienz auswirkt. Dadurch erhoffen sich die Antragsteller eine klare Charakterisierung der Stärken und Schwächen des Bioweinbaus im Rheingau in Bezug auf die ökologische Nachhaltigkeit.
Die ökologische Nachhaltigkeit der Anbausysteme in Bergregionen Thailands wird durch Erosion, Abnahme der Bodenfruchtbarkeit, sowie hohen Druck durch Unkräuter und Schädlinge in Frage gestellt. Die Lychee-Produktion im Untersuchungsgebiet ist gekennzeichnet von suboptimaler Bestandesführung und starkem Befallsdruck durch die Schädlinge Aceria litchi, Conopomorpha sinensis, Indarbela dea und Tessaratoma papillosa, der zu schweren Ertragsverlusten führt. In dieser Untersuchung soll die Wirksamkeit von Azadirachtin, Bacillus thuringiensis, Beauveria bassiana, Steinernema carpocapsae und synthetischen Akariziden (u.a. Spiromesifen) auf die Schadorganismen in Laborversuchen ermittelt werden. Auf Grundlage dieser Ergebnisse sowie der Erfahrungen örtlicher Landwirte sollen dann verschiedene Kontrollmethoden integriert und unter Feldbedingungen erprobt werden.
Seit Jahren wird die Gemeinsame Agrarpolitik dafür kritisiert, dass sie die Umweltprobleme nicht ausreichend adressiert und ihre selbsternannten Ziele nicht erreicht. Zur Verbesserung hat die EU-Kommission in der jüngsten Reform einen indikatorenbasierten Politikbewertungsrahmen vorgeschlagen. Der Agrar- und Ernährungssektor ist ein komplexes System mit vielfältigen Trade-offs (Komplementaritäten, Substituten, Synergien) zwischen Produktion, ökologischer Nachhaltigkeit und gesellschaftlichen Anforderungen. Daher muss jeder Bewertungsrahmen diese Trade-offs berücksichtigen. Vor dem Hintergrund des wissenschaftlichen Standes wird die folgende Hypothese für das Forschungsprojekt abgeleitet: Eine indikatorenbasierte Politikbewertung reicht nicht aus, um die nachhaltige Entwicklung des Agrar- und Ernährungssektors zu steuern, wenn Trade-offs zwischen der Produktion und der Bereitstellung von Nahrungsmitteln, biobasierten Produkten und öffentlichen Gütern bestehen. Folglich muss die indikatorenbasierte Politikbewertung erweitert werden, damit die Trade-offs berücksichtigt werden. Das vorgeschlagene Projekt adressiert diese Forschungslücke. Das Forschungsziel des Projekts ist es, eine indikatorenbasierte Politikbewertung mit einem theoriekonsistenten produktionsökonomischen Ansatz zu kombinieren, um gemeinsam Situation und Veränderungen in der Produktion und Bereitstellung von Nahrungsmitteln, biobasierten Produkten und öffentlichen Gütern in einem vergleichbaren Ansatz über die EU-Regionen hinweg und im Zeitverlauf zu bewerten. Dazu wird erstens in einem theoriekonsistenten Rahmen die Systematisierung von Trade-offs vorgenommen; zweitens werden Verknüpfungen zwischen Indikatoren, Veränderungen im Zeitverlauf und Vergleiche zwischen den Regionen mit dem Ziel analysiert, die Anzahl der Indikatoren zu verdichten und potenziell übergreifende "Dachindikatoren“ zu identifizieren; und drittens werden regionale Produktionsmöglichkeitsgrenzen ökonometrisch geschätzt, um Opportunitätskosten über Regionen und Zeit hinweg zu bewerten. Das Projekt ist innovativ, da es einen bestehenden theoriekonsistenten Ansatz auf den Kontext der Produktion und Bereitstellung von Nahrungsmitteln, biobasierten Produkten und öffentlichen Gütern erweitert, da es das Konzept der "Dachindikatoren" von den Ökowissenschaften auf den Bereich der Agrarpolitik überträgt und da es eine monetäre Schätzung der Opportunitätskosten liefert, die die Trade-offs aufzeigt, die in der aktuellen Agrarpolitik bestehen. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts (theoretische Systematisierung von Trade-offs, Dachindikatoren, Opportunitätskosten) können genutzt werden, um Entscheidungsträger über diese Nachhaltigkeitskompromisse zu informieren und können somit zur Faktenbasis für Entscheidungen über den zukünftigen Weg des EU-Agrar- und Ernährungssektors beitragen. Die Informationen über regionale Opportunitätskosten können ein wertvoller Input für die modellbasierte Politikfolgenabschätzung sein.