Offshore-Windenergie gilt als eine der tragenden Säulen der Energiewende in der EU. Die EU plant, die installierte Kapazität der Offshore-Windenergie in der Nordsee bis zum Jahr 2050 um mehr als das Zehnfache gegenüber der derzeitigen Basis zu erweitern. Neue Forschungsergebnisse des Helmholtz-Zentrums Hereon, einer Tochtergesellschaft der Deutschen Helmholtz-Gemeinschaft, weisen jedoch darauf hin, dass dieser Ausbau den Transport- und Ablagerungsprozess von Meeresbodensedimenten in großem Maßstab und über einen längeren Zeitraum hinweg verändert und bereits deutliche Veränderungen in Meeresgebieten wie der Deutschen Bucht gezeigt hat. Entsprechende Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Communications Earth & Environment“ veröffentlicht.
Die Studie weist darauf hin, dass Feinstaub in der Nordsee nahezu ständig in Bewegung ist, darunter durch Wellen und Meeresströmungen aufgewühlte Meeresbodensedimente, aus dem Atlantik über den Ärmelkanal importiertes Material und von Flüssen ins Meer transportierte Sedimente. Diese Partikel setzen sich immer wieder ab und resuspendieren sich, bis sie sich schließlich in relativ ruhigen Gewässern zu einer feinen Schlammschicht ansammeln. Offshore-Windkraftanlagen bilden „Hindernisse“ an der Wasseroberfläche und unter Wasser, stören die Schichtstruktur des Gewässers und schwächen die Strömungsgeschwindigkeit großflächig ab, wodurch sich das räumliche Muster des Sedimenttransports und der Sedimentablagerung verändert.
Das Team des Helmholtz-Zentrums stellte fest, dass bestehende Offshore-Windparks zu einer Umverteilung von Sedimenten in der gesamten Nordsee geführt haben. Dabei handelt es sich um bis zu etwa 1,5 Millionen Tonnen Sediment pro Jahr, das große Mengen an organischem Kohlenstoff enthält. Ein erheblicher Teil dieses Sediments stammt aus Überresten von Meerespflanzen und Tieren und ist reich an partikulärem organischem Kohlenstoff (POC). Nachdem sich dieser partikelförmige organische Kohlenstoff am Meeresboden abgesetzt hat, kann er über Hunderte von Jahren in der Sedimentschicht gespeichert werden. Dadurch wird der Meeresboden zu einer wichtigen Kohlenstoffsenke, die dem Ozean hilft, Kohlendioxid aufzunehmen und für lange Zeit zu speichern und die Auswirkungen des Klimawandels zu verlangsamen.
Um die Auswirkungen von Windparks auf Sediment- und Kohlenstoffsenkenprozesse zu quantifizieren, erstellte das Forschungsteam ein neues numerisches Modell, das atmosphärische Bedingungen, Wellen, Strömungen und Sedimenttransportprozesse in den Simulationsrahmen integriert. Das Modell, das auf der Grundlage früherer Untersuchungen der Agentur zu den Auswirkungen von Offshore-Windkraftanlagen auf die Luft- und Wasserbewegung entwickelt wurde, ermöglicht die Bewertung der kombinierten Auswirkungen von Clustern von Windparks auf die Sedimentationsdynamik auf regionaler Ebene.
„Unsere Simulationsergebnisse zeigen, dass das Ausmaß dieser Sedimentumverteilung mit der weiteren Expansion von Offshore-Windparks in den kommenden Jahrzehnten weiter zunehmen wird.“ sagte Jiayue Chen, Erstautor des Papiers und Institut für Küstensystemanalyse und -modellierung am Helmholtz-Zentrum. Sie wies darauf hin, dass diese Änderung den langfristigen Funktionsmechanismus und die Kohlenstoffspeicherkapazität des Nordsee-Ökosystems beeinträchtigen könnte. Etwa 52 % der Sedimentumverteilung findet im Deutschen Meerbusen statt, womit dieses Gebiet zu den am stärksten betroffenen Gebieten zählt.
Als nächstes wollen sich die Forscher auf die Bewertung der konkreten Auswirkungen dieser Veränderungen auf sensible Küstengebiete wie das Wattenmeer konzentrieren. Die Entwicklung von Wattflächen und Inseln im Wattenmeer ist auf eine kontinuierliche Sedimentversorgung angewiesen, um dem durch den Anstieg des Meeresspiegels verursachten Druck der morphologischen Anpassung standzuhalten. Sobald der Sedimenttransportweg durch große technische Anlagen verändert wird, kann dies tiefgreifende Auswirkungen auf die Stabilität der Küstenlandformen und die Struktur des Ökosystems haben.
Gleichzeitig untersucht das Team weiter die Rückkopplungseffekte dieser Prozesse auf die Funktion von Kohlenstoffsenken im Ozean. Wenn feinkörniges Sediment, das organischen Kohlenstoff enthält, von einem Gebiet, das ursprünglich für eine langfristige Versenkung geeignet war, in eine Umgebung „transportiert“ wird, die anfälliger für erneute Aufwirbelung und Remineralisierung ist, kann sich die langfristige Kohlenstoffspeichereffizienz des Ozeans ändern und dadurch indirekt den regionalen und sogar globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflussen.
„Durch ein besseres Verständnis der Sedimentverteilung und der Kohlenstoffspeichermuster in der Nordsee können wir langfristige Risiken für die Küstenstabilität, die Schifffahrtssicherheit und die Ökosystemfunktion der Deutschen Bucht umfassender einschätzen“, sagte Chen Jiayue. Sie betonte, dass diese Forschung eine wichtige Grundlage für die nachhaltige Entwicklung der Offshore-Windkraft darstellt und politischen Entscheidungsträgern, Unternehmen und Industrien dabei hilft, die Umwelttragfähigkeit und die ökologischen Auswirkungen bei der Planung künftiger Standortauswahl und -gestaltung für Windparks besser zu berücksichtigen.