In Brüssel bekriegen sich die Lobbyisten. Etablierte Hersteller von Solarmodulen wollen die neue, günstigere Dünnschichttechnik mit vorgeschobenen ökologischen Argumenten aus dem Markt drängen. Dabei setzt auch die alte Siliziumzelle der Umwelt zu. Solarstrom ist alles andere als grün.

Unaufgeregt, fast lautlos, wie von Geisterhand. Die Produktionsbänder bei First Solar in Frankfurt an der Oder laufen im Takt einer eingespielten Fertigung. Hier wird kein Gramm Material verschenkt. Der Hallenboden wirkt geleckt, die Luft sauberer als draußen. First Solar stellt Solarmodule her, aus Cadmiumtellurid. Der Halbleiter wird in einem Arbeitsgang hauchfein auf Glas abgeschieden. „Die Cadmiumschicht in unserem Modul ist nur halb so dick wie ein menschliches Haar“, sagt Unternehmenssprecher Brandon Mitchener. „Für jedes Modul verbrauchen wir derzeit 14 Gramm Cadmiumtellurid.“ Das entspricht sieben Gramm reinen Cadmiums.

„Die Reinigung der Abscheidekammern erfolgt automatisch“, erläutert Werkschef Burghard von Westerholt. „Um die Staubfilter rechtzeitig auszutauschen, überwachen wir laufend die Druckverhältnisse.“ Westerholt darf keinen Fehler machen. Werden die Grenzwerte nur einmal überschritten, ereignet sich auch nur ein kleiner Unfall mit dem giftigen Cad-miumtellurid, kommt sein Vorhaben in Verruf. Cadmiumtellurid ist ein Schwermetall und somit ein Politikum. Umweltpolitiker wollen Solarmodule, die diese chemische Verbindung enthalten, auf die schwarze Liste setzen.

Diese Liste trägt die sperrige Bezeichnung „Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe“, kurz RoHS (Restriction of Hazardous Substances) oder 2002/95/EG. Derzeit wird in Brüssel ihre Novellierung verhandelt. Lobbyisten liefern sich einen Schlagabtausch. Es geht um die Frage, welche Technologie den milliardenschweren Solarmarkt in Europa künftig dominieren wird: etablierte, aber teure kristalline Siliziumzellen, wie sie der deutsche Marktführer und Börsenstar Solarworld anbietet, oder neuartige und wesentlich günstigere Dünnschichtmodule wie die aus der Frankfurter First-Solar-Fabrik.

Die Novelle von RoHS wird im einflussreichen Umweltausschuss des Europaparlaments verhandelt, dem der Sozialdemokrat Jo Leinen vorsitzt. „Umweltschutz und Klimaschutz müssen auch die Gefährlichkeit von Nebenwirkungen bedenken“, sagt er. „Cadmium ist ein Schwermetall.“ Rückendeckung erhält Leinen in erster Linie von der Siliziumindustrie, die derzeit noch 85 Prozent des Solarmarktes dominiert. „Ich halte es für höchst fragwürdig und nicht nachvollziehbar, warum ausgerechnet Fotovoltaik als grüne Technologie von einer Umweltrichtlinie ausgenommen werden soll“, sagt Jürgen Werner, Chef des Instituts für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart, ein alter Siliziumhase.

Wenig überraschend stößt auch Milan Nitzschke, den der Bonner Solarworld-Konzern in Brüssel platziert hat, in das gleiche Horn: „Es wäre absurd, Solarmodule aus der Richtlinie auszuschließen.“

Solarworld ist der größte Solarkonzern auf dem deutschen Markt. Seit zehn Jahren fertigt das Unternehmen seine Module ausschließlich mit konventionellen Siliziumzellen. Doch seit 2007 wird das von Frank Asbeck geführte Bonner Unternehmen hart von den Amerikanern bedrängt, die gnadenlos auf die Kosten drücken. Ab dem Herbst könnte sich der Konflikt zuspitzen: Der Vermittlungsausschuss entscheidet über den Streit zwischen Bund und Ländern zur Einspeisevergütung. Die soll, geht es nach dem Gesetzesentwurf der Bundesregierung, um 16 Prozent für Dachanlagen und elf Prozent für Solarparks sinken. Das geht den Bundesländern zu weit, sie fürchten Arbeitsplatzverluste und stoppten den Entwurf im Bundesrat. Ganz verhindern werden sie die Senkung jedoch nicht, damit wird der deutsche Solar-Markt erstmals schrumpfen.

Nun hängt es an der Entscheidung in Brüssel, wer künftig die Solarmilliarden verdienen darf. Die Kunden und Investoren haben bereits abgestimmt: Allein bei großen Solarparks hat First Solar innerhalb von vier Jahren rund 50 Prozent Marktanteile ergattert. Die Zeiten werden ungemütlicher für die erfolgsverwöhnte Solarworld – es sei denn, die EU stemmt sich gegen den Wettbewerb.

Die Richtlinie 2002/95/EG verbietet Schwermetalle wie Blei, Chrom, Quecksilber oder Cadmium ausdrücklich in tragbaren und Haushaltsgeräten. Solarmodule gelten als Generatoren, die man fest auf das Dach schraubt, damit sie 20 Jahre lang Strom produzieren. Sie werden zur Kraftwerkstechnik gezählt, für die RoHS nicht gilt. Andernfalls müsste man alle konventionellen Stromerzeuger abschalten. Das Umweltbundesamt hat errechnet, dass allein die deutschen Kohlekraftwerke jährlich 1,6 Tonnen Cadmium ausstoßen.

Auch Ölkraftwerke emittieren Cadmium, deshalb verfügen sie über spezielle Abgasfilter. In Atomreaktoren wird Cadmium als Moderator eingesetzt, um die Kettenreaktion in Schach zu halten. Winfried Hoffmann, Vizepräsident des Europäischen Industrieverbandes der Fotovoltaikhersteller, kommentiert: „Wenn Solarmodule jetzt mit in die Verordnung kommen, wird das der Umwelt mehr Schaden zufügen als gegenwärtig.“

Metallisches Cadmium wirkt krebserregend, das ist unumstritten. Bei Cadmiumtellurid ist es nicht erwiesen, man muss es aber vermuten. In den Solarmodulen ist der Halbleiter zwischen Folien und Gläsern wetterfest und brandsicher eingeschweißt. Das Werk in Frankfurt stößt jährlich Solarmodule mit einer Gesamtleistung von rund 200 Megawatt aus. Ein baugleiches Werk steht am Stammsitz in Perrysburg im US-Bundesstaat Ohio; in Malaysia wird gerade eine gigantische Fabrik mit 800 Megawatt Jahreskapazität errichtet. Damit knackt First Solar als erster Produzent von Dünnschichtmodulen die Grenze von einem Gigawatt. Mit ihrer Massenfertigung drückten die Amerikaner die Kosten unter einen US-Dollar, also achtzig Eurocent pro Watt. Hersteller von Solarmodulen aus Siliziumzellen kämpfen mit Kosten von 1,50 bis 1,80 Euro.

Mit dem Einsatz von Cadmium steht First Solar nicht allein. Weltweit verwenden rund 25 Solarhersteller entsprechende chemische Verbindungen. Fünf Anbieter nutzen Cadmiumtellurid. Ein großer chinesischer Konzern, der Zugriff auf die Tellurminen im Reich der Mitte hat, bereitet derzeit eine erste Linie in Asien vor – als schlüsselfertige Fabrik in Thüringen eingekauft. Andere verwenden neue Solargeneratoren aus CIS- oder CIGS-Kristalliten. „Wir brauchen Cadmiumsulfid als Pufferschicht zwischen Halbleiter und Glas“, erläutert Franz Karg, Technikchef des Solarmodulherstellers Avancis im sächsischen Torgau. Händeringend suchen die CIS-Hersteller nach Ersatz, etwa durch Oxide aus Indium und Zink. Denn sie spüren den politischen Druck, der auf dem Cadmium lastet. Wird RoHS auf Solarmodule ausgedehnt, können sie ihre neuen Werke einstampfen. Die Anspannung ist enorm. Die Schweden, die bis Ende 2009 die Präsidentschaft des Europarates innehatten, haben den Vorschlag in die Welt gesetzt. In Stockholm zieht der mächtige Solarkonzern REC die Fäden, einer der größten Hersteller von konventionellen Siliziumzellen. Nun wandert die Idee durch die Ausschüsse in Brüssel.

Mit Cadmiumtellurid sind ökologische Kriterien für die Solarbranche überhaupt erst auf das Tapet gekommen. Mit dem Vertrieb ihrer Produkte bauten die Amerikaner von First Solar ein flächendeckendes System zur Rücknahme von Altmodulen auf. „Alle Solarmodule erhalten eine Seriennummer ins Glas graviert, mit der man den Lebensweg zurückverfolgen kann“, erläutert Werksleiter Burghard von Westerholt. „Mit dem Verkauf der Module legen wir Geld bei einer unabhängigen Versicherung zurück, um das Recycling auch für den Fall zu garantieren, dass es First Solar in 20 Jahren möglicherweise nicht mehr gibt.“

Dagegen ist das Recycling von Solarsilizium nicht über eine Pilotanlage im sächsischen Freiberg hinausgekommen. Dort zerlegt eine Tochterfirma von Solarworld rund 1200 Tonnen Modulschrott im Jahr. Das Silizium wird mit viel Energie und Chemie zurückgewonnen. Die Kapazität der Frankfurter Hammermühle von First Solar hingegen liegt bei jährlich 3500 Tonnen. „In der Recyclinganlage nutzen wir zehnprozentige Schwefelsäure, um den Halbleiter von den Glasscherben zu lösen“, sagt der Werkschef. „Die ätzende Säure wird im Kreislauf geführt.“ Anschließend wird das Cadmiumtellurid als Filterkuchen aus dem Klärschlamm gezogen.

Cadmium ist ein Abfallprodukt aus der Verhüttung von Zink und Blei. Würde man es nicht in Solarmodulen verwenden, müsste man es auf Sonderdeponien lagern. Setzen sich die Hersteller der kristallinen Solartechnik in Brüssel durch, wäre zwar das Schwermetall nicht aus der Welt, wohl aber First Solar geschlagen. „Der Vorschlag geht in die falsche Richtung“, kritisiert Anja Weisgerber, Europaabgeordnete der CSU. „Denn bei diesen Solarzellen gibt es kontrollierte Abfallströme und ein gezieltes Recycling.“ Sie vermutet: „Die neue Richtlinie würde zu einem kompletten Verbot von manchen Solarzellen führen – und damit einen Teil der Branche plattmachen.“

Was indes aussieht wie eine Schlammschlacht der Sonnenkönige Solarworld und First Solar ist bei genauer Betrachtung ein Duell zweier Konzerne, die auch in ökologischer Hinsicht Maßstäbe für ihre Branche setzen. Zu diesem Ergebnis kommt die Investmentgesellschaft Murphy & Spitz aus Bonn, die die Solarbranche unter die Lupe genommen hat. Die Aspekte Umwelt- und Klimafreundlichkeit, Arbeitsschutz und Transparenz zusammengenommen, schnitten die beiden Widersacher am besten ab.

Dass die Siliziumtechnik nicht unbedingt grüner ist als die cadmiumlastigen Dünnschichtmodule, liegt vor allem am hohen Energieverbrauch bei der Herstellung der kristallinen Siliziumzellen. Zunächst wird Quarzsand zu flüssigem Silizium aufgeschmolzen, bei 2000 Grad Celsius. Dafür braucht man Elektroöfen mit Lichtbögen. „Rund 30 Prozent der Kosten des Siliziums in Europa resultieren aus den Stromkosten“, bestätigt Robert Hartung, Vorstandschef von Centrotherm Photovoltaics in Blaubeuren. Die Firma plant und baut Fabriken für Solarsilizium und kristalline Zellen. Weil die benötigte Energiemenge so groß ist, müssen die Hersteller billigen Industriestrom kaufen, um konkurrenzfähig mit den Dünnschichtmodulen zu sein.

Der Industriestrom stammt normalerweise aus dem fossil-nuklearen Strommix, den die vier großen Versorger im Bundesgebiet anbieten, vom Rheinland bis nach Sachsen. Deshalb steckt in jedem kristallinen Solarmodul auch indirekt ein Körnchen Uran. Die chemische Prozesskette zur Aufreinigung des Solarsiliziums, seiner Dotierung mit Phosphor und Bor sowie die Metallisierung der Zellen gleicht einer Giftküche. „Bei der Herstellung von einem Kilogramm Silizium für Solarzellen entstehen rund 19 Kilogramm Nebenstoffe und Abfallstoffe“, sagt Nicole Vormann, die für Murphy & Spitz die Solarstudie erstellt hat.

Je mehr Energie und Chemie ein Produkt verbraucht, umso schwieriger ist es, von den hohen Kosten herunterzukommen. Aus diesem Grund haben mittlerweile fast alle führenden Solarfirmen einen Fuß in der neuen Technologie. Bosch Solar hat den CIGS-Hersteller Johanna Solar in Brandenburg gekauft, der übrigens auch Cadmiumsulfid einsetzt. Schott Solar hat sich von seinen Aktivitäten in kristallinem Silizium getrennt, das Joint Venture mit Wacker wurde beerdigt.

Der größte deutsche Zellenhersteller Q-Cells hat zwei Fabriken für CIS-Module und für Cadmiumtellurid aus dem Boden gestampft. Das Tochterunternehmen Calyxo fuhr im Sommer eine neue Linie mit 60 Megawatt an. Laut Alexander Wade, Umweltexperte bei Calyxo, verwendet das Thalheimer Unternehmen zwischen 15 bis 25 Gramm Cadmiumtellurid pro Solarmodul. Calyxo und First Solar beziehen das Granulat vom gleichen Zulieferer: 5N Plus aus Eisenhüttenstadt.

Nur Solarworld setzt beharrlich auf die alte Siliziumtechnik. Zwar wollte Konzernchef Frank Asbeck vor Jahren selber ins Geschäft mit Cadmiumtellurid einsteigen. Doch damals war First Solar schneller. Nun fährt dieser Zug ohne den Bonner Konzern ab, der ein echtes Problem hat: „Ohne Modifikationen ist die Technologie der kristallinen Siliziumzellen veraltet“, schlussfolgert Nicole Vormann von Murphy & Spitz. „Damit das Verfahren rentabel ist, müssen die Nebenstoffe weiterverwendet werden. Sonst kann es sich niemand auf Dauer leisten.“

Toxische Mischungen
An der Wiege der Solartechnik standen fotoaktive Zellen aus Silizium, wie es auch in Mikrochips verwendet wird. Für diese als Dickschichttechnik bezeichneten Solarmodule wird Silizium aus Quarzsand gewonnen. Um ihn aufzuschmelzen, braucht man Temperaturen von rund 2000 Grad Celsius. Danach verbessert man die Reinheit des Rohsiliziums, indem man es mit Salzsäure zu Trichlorsilan umsetzt. Dieses Prozessgas ist stark ätzend und schädlich für die Atemwege. Aufgrund der erforderlichen Sicherheitstechnik ist es zudem ausgesprochen teuer. Aus dem Gas zieht man sogenannte Ingots, dicke Siliziumstäbe, deren Kristallstruktur einheitlich (monokristallin) oder grobkörnig (polykristallin) ist.

Die Siliziumstäbe, mit teurer Energie erzeugt, werden in 200 Tausendstel Millimeter dicke Waferscheiben gesägt, wobei fast die Hälfte des kostbaren Siliziums als Sägespäne verloren geht. Danach werden die Wafer erneut geätzt. Um die Siliziumschichten positiv oder negativ leitend zu machen, muss man sie mit Bor und Phosphor dotieren. Phosphorsäure und Dimethylbor kommen dabei zum Einsatz oder Phosophin, das man als Nervengift beispielsweise gegen Ratten verwendet. Zu guter Letzt wird die Oberfläche der Zellen metallisiert. Diese sind nun zwischen 160 und 180 Tausendstel Millimeter dick. Mithilfe von Kupferbändern lötet man mehrere Zellen zu einem Stringer zusammen. Das geschieht in Lötautomaten. Die Automaten brauchen Flussmittel aus Butylazetat und Isopropanol, die ein Lotgemisch aus Zinn und Blei zur Lötstelle führen. Auch Blei ist ein Schwermetall.

Bei Dünnschichtmodulen dient flaches Floatglas als Substrat. Die fotoaktiven Halbleiter werden in hauchfeinen Schichten in einem Durchlauf auf der Glasfläche abgeschieden, durch Sputtern oder Aufdampfen. Dazu nutzt man Techniken aus der Beschichtung von Architekturglas und von Flachbildschirmen. Anschließend wird der Halbleiter bei rund 500 Grad Celsius gebacken, um seine Kristalle auszubilden. Ein Laser schneidet die Zellstruktur aus den Schichten. In Dünnschichtmodulen kann man drei verschiedene Halbleiter einsetzen: Silizium, Kupfer-Indium-Kristallite mit Schwefel (CIS) und Gallium (CIGS) oder Cadmiumtellurid. Zentrum der neuen Dünnschichtwerke ist Ostdeutschland.

Die Fertigung der Module aus Cadmiumtellurid ist am weitesten fortgeschritten. Sie halten einen weltweiten Marktanteil von rund zehn Prozent gegenüber der mächtigen Siliziumkonkurrenz. Module mit CIS oder CIGS oder Dünnschichtsilizium befinden sich noch im Anfangsstadium. Ihnen wird jedoch ein rasanter Ausbau prophezeit.

11.06.2010, Rheinischer Merkur