Daar staan ze in rijen, midden in de Noordzee, 95 kilometer ten noorden van Borkum en 100 kilometer ten noordwesten van Helgoland: 71 reusachtige windturbines met een totaal nominaal vermogen van 497 megawatt op 40 vierkante kilometer. Het windmolenpark "Hohe See", de grootste windturbine-installatie in Duitsland, kan ongeveer 300.000 huishoudens van stroom voorzien.

De grootste zonne-energiecentrale van Duitsland ligt in Werneuchen in het district Barnim in Brandenburg. Op 164 hectare produceren 465.000 zonnemodules elektriciteit voor ongeveer 50.000 huishoudens. Beide zijn enorm, beide zijn ook een enorm belangrijk onderdeel van de energietransitie. Zonder dergelijke wind- en zonneparken zal Duitsland zijn CO2-uitstoot immers niet tot een minimum kunnen beperken.

De rotorbladen van de windturbines, tot wel 100 meter lang, doen wervels onstaan en verspreiden zo de warmte door luchtmassa's te mengen. Bovendien remmen ze de wind af en veranderen daardoor de luchtstromingen. Daardoor warmt de lucht bij de grond op, zoals verschillende analyses hebben aangetoond - waaronder een studie van de universiteit van Illinois uit 2009. Windmolens worden zelfs af en toe in de landbouw gebruikt om boom- en wijngaarden te beschermen tegen koude en vorst. Daarom vragen sommige deskundigen zich af of enorme windmolenparken geen invloed kunnen hebben op het klimaat, bijvoorbeeld door droogteperioden te bevorderen.

Vergelijkbare overwegingen gelden voor fotovoltaïsche installaties, omdat de warmte van de zonnepanelen de warmte in de atmosfeer netto doet stijgen. Dus luidt de bezorgdheid: Als die effecten een significant effect op het klimaat zouden hebben, vermindert de bijdrage van die technologieën aan de strijd tegen de klimaatopwarming dan niet?

Dergelijke vragen worden bijzonder relevant bij gigantische wind- en zonneparken. In West-Australië bijvoorbeeld wordt de Asian Renewable Energy Hub (AREA) gebouwd met in totaal 1743 windturbines en 18 enorme zonne-energievelden op een oppervlakte van bijna 7000 vierkante kilometer, bijna twee keer zo groot als het Ruhrgebied. Deze mix van wind- en zonne-energie zou in ongeveer 20 jaar tot 26 gigawatt aan stroom kunnen opwekken. Het Gansu-windmolenpark in China moet in de toekomst in totaal 7000 windturbines omvatten en het grootste windmolenpark ter wereld worden, met een nominaal vermogen van ongeveer 20 gigawatt.

Tegen 2030 zouden de grootste zonneparken in Saoedi-Arabië in bedrijf zijn, om de bijna 35 miljoen inwoners volledig van zonne-energie te voorzien. In toekomstvisies worden ook enorme delen van de Sahara geplaveid met zonnepanelen die groene stroom produceren voor Afrika. Egypte beschikt al over een van de grootste zonneparken ter wereld, met in totaal zes miljoen modules en een vermogen van 1,6 gigawatt; nog gigantischere installaties zijn er in China en India.

De donkere oppervlakken van de zonnepanelen absorberen het grootste deel van het zonlicht, maar zetten slechts een fractie ervan om in elektriciteit - gemiddeld ongeveer 15 procent. De resterende energie wordt in de vorm van warmte teruggegeven aan de omgeving. Omdat de panelen meestal veel donkerder zijn dan de omringende grond, blijft er extra energie in de atmosfeer. Deskundigen spreken soms over een albedo-effect. Zand, bijvoorbeeld, reflecteert veel beter dan een zonnemodule en heeft bijgevolg een hoger albedo.

Vanaf wanneer kan het albedo-effect daadwerkelijk een invloed hebben op het klimaat? In een studie uit 2018 simuleerde een groep onderzoekers onder leiding van Yan Li de effecten van enorme zonneparken en windturbines in de Sahara in een klimaatmodel. Uit hun berekeningen bleek dat een terugkoppeling ontstaat zodra de modules 20 procent van de totale oppervlakte van de woestijn bedekken. De extra warmte door het albedo-effect leidt tot een groter temperatuurverschil tussen het land en de omringende oceanen. Dat verlaagt de luchtdruk aan het wateroppervlak, waardoor er meer water verdampt en condenseert tot regendruppels. Met als gevolg meer plaatselijke neerslag, waardoor planten zouden kunnen gedijen. Dat zou op zijn beurt de neerslag verder doen toenemen.

Volgens de modelberekeningen hebben enorme windmolenparken in woestijngebieden een soortgelijk effect. Zij verwarmen de lucht bij het aardoppervlak: de windturbines vergroten de verticale menging van de luchtmassa's, en brengen zo vooral 's nachts warmere lucht van boven naar de onderste lagen. Bovendien vertragen de turbines de wind, waardoor het iets warmer wordt bij de grond en iets kouder in de luchtlagen boven de windturbine. Als gevolg daarvan zou er volgens de modelberekeningen meer neerslag vallen in de Sahara, net als door het albedo-effect.

De auteurs concluderen dan ook dat zonne- en windenergie niet alleen CO2 besparen, maar zelfs verdere positieve effecten op het klimaat kunnen hebben, als de technologieën op zeer grote schaal in de Sahara worden toegepast. Toegegeven, een dergelijk scenario is momenteel verre van technisch en politiek haalbaar: 20 procent van de Sahara is bijna twee miljoen vierkante kilometer. Dat is een oppervlakte zo groot als het gebied van de Franse Atlantische kust tot de oostgrens van Polen en van de noordelijke Noordzee tot de Middellandse Zee.

In ieder geval komt één studie tot een enigszins andere conclusie over deze kwestie. De onderzoeksgroep onder leiding van Benjamin Smith van de Western Sydney University in Australië, heeft het scenario herberekend. Ze publiceerde haar simulaties in "Geophysical Research Letters" in 2020. Ook zij vindt een opwarming van de Sahara bij een hypothetische bedekking met zonnepanelen van 20 procent.

Maar volgens deze studie zou de warmte-energie zich uiteindelijk via de atmosfeer en de oceanen over de aarde verspreiden, wat zou leiden tot een stijging van de wereldgemiddelde temperatuur met 0,16 graden Celsius. Droogtes, bijvoorbeeld in het Amazonegebied, zouden het gevolg zijn, evenals het verlies van bosgebieden daar. Ook het zee-ijs zou afnemen, vooral in het noordpoolgebied. Een vergelijking met geologische gegevens van zo'n 6000 jaar geleden, toen de Sahara feitelijk natter en groener was dan nu, bevestigt de resultaten van het model. Volgens de auteurs van de studie beginnen onderzoekers nog maar net de effecten van gigantische zonne- en windmolenparken op het klimaatsysteem te begrijpen - hoop op een vergroening van de Sahara in de nabije toekomst is waarschijnlijk niet op zijn plaats.

Zuiver rekenkundig gezien zou de energiebehoefte van de wereld gedekt worden  met aanzienlijk minder fotovoltaïsch oppervlak dan in deze modelberekeningen. Maar zelfs wind- en zonneparken die wat realistischer van omvang zijn, kunnen volgens sommige deskundigen relevant zijn voor het klimaat. Zo gaven  Lee Miller en David Keith (Harvard University) in 2018 hun mening in het wetenschappelijk tijdschrift "Joule". Zij hebben een scenario gemodelleerd waarin de volledige elektriciteitsvraag van de VS uitsluitend afkomstig is van windturbines.

Volgens hun simulatie zouden de daarvoor benodigde windturbines de oppervlaktelucht van de VS met gemiddeld 0,24 graden Celsius opwarmen. Het effect zou nog enkele kilometers benedenwinds merkbaar zijn. Daarom zou windenergie ook bijdragen tot een stijging van de temperatuur op aarde, zei een van de twee auteurs in een persbericht: "Wind verslaat steenkool op alle milieuaspecten, maar dat betekent niet dat de impact verwaarloosbaar is." De twee auteurs komen tot de conclusie dat het klimaateffect van fotovoltaïsche installaties ongeveer tien keer kleiner is dan dat van windturbines.

Mark Jacobsen van de Stanford Universiteit is echter zeer kritisch over de studie. De resultaten zijn "100 procent fout", schrijft hij in een uitgebreide reactie. Miller en Keith zouden geen rekening houden met het belangrijkste effect van windturbines op de temperatuur, namelijk de vermindering van de waterdamp in de lucht op wereldschaal. Waterdamp is een broeikasgas, en het is in de afgelopen decennia toegenomen door verdamping als gevolg van stijgende temperaturen. Volgens Jacobsen verminderen windturbines de concentratie van waterdamp en dus ook de bijdrage daarvan aan de opwarming van de aarde.

Andere onafhankelijke deskundigen wijzen er in verband met de studie van Miller en Keith op dat windturbines netto geen extra energie toevoegen aan de atmosfeer. Hoewel het aan de grond warmer wordt, koelt de lucht boven de windturbines navenant af. "Deze en andere studies suggereren dat windmolenparken lokale en regionale opwarming kunnen veroorzaken - maar geen opwarming van de aarde." Dat schrijft Alona Armstrong, onderzoeker aan het Lancaster Environment Centre in het VK en docent energie- en milieuwetenschappen. Als je de windturbines stillegt, verdwijnt het effect, in tegenstelling tot bij krachtcentrales die fossiele brandstoffen verbranden.

Stephen Mobbs, directeur van het Amerikaanse Centrum voor Atmosferische Wetenschappen, is dezelfde mening toegedaan. Windturbines zouden de bestaande energie alleen anders kunnen verdelen - in tegenstelling tot broeikasgassen zoals CO2, waarvan de verhoogde uitstoot een reële toename van de warmte in de atmosfeer veroorzaakt. Daarom zou het effect van windturbines beperkt blijven tot het lokale niveau.

Johannes Quaas, hoogleraar theoretische meteorologie aan de universiteit van Leipzig, ziet het ook zo: "Natuurlijk zijn er veranderingen in het microklimaat, op zeer kleine schaal tot enkele honderden meters, onder andere door turbulentie." Op grotere schalen ziet de meteoroloog echter geen systematische veranderingen. Hij schat dat in Duitsland de totale invloed van zonne- en windkrachtcentrales in verhouding tot de energiefluxen die het klimaat bepalen staat van één op duizend. "Dat is zo klein dat het niet te detecteren is, gezien de zeer grote variabiliteit van weerpatronen," zegt Quaas. Dat zou zelfs gelden voor de enorme wind- en zonneparken die in andere landen bestaan en gepland zijn.

Natuurkundige Thomas Birner, hoogleraar theoretische meteorologie aan de Universiteit München, wijst ook op de energiestromen om de klimatologische gevolgen van wind- en zonne-energie te beoordelen. "Het huidige totale verbruik van primaire energie door de mensheid is zowat 10¹³ watt. Dat is ongeveer tienduizend keer minder dan de hoeveelheid die door de zon in het klimaatsysteem van de aarde stroomt." In dit verband acht Birner het ondenkbaar dat zonneparken een significant effect op het wereldklimaat zouden hebben. Regionale veranderingen door het albedo-effect van grootschalige fotovoltaïsche installaties en de daaruit voortvloeiende terugkoppelingseffecten, sluit hij echter niet uit.

Hetzelfde gaat volgens hem op voor windenergie. "De energie van de atmosferische circulatie ligt in de orde van 10¹⁵ watt en is dus ongeveer honderd keer groter dan die van ons energieverbruik." Bijgevolg denkt Birner daarbij ook aan een mogelijke plaatselijke opwarming dichtbij de windturbines, maar ziet hij geen invloed op de globale energiestromen en het klimaat op aarde.

De wetenschappelijke dienst van de Duitse Bundestag analyseerde in 2020 de literatuur over de microklimaateffecten van windturbines geanalyseerd. Naar eigen zeggen deed ze dat als reactie op de "betrekkelijk recente kritiek dat het zogeheten microklimaat verandert door de werking van windturbines". De auteurs concluderen ook dat er een gering klimaateffect optreedt door windturbines. Vooral 's nachts zou de lucht bij de grond wat opwarmen. Ze kunnen echter geen ernstige effecten vaststellen. Uit de studies blijkt bijvoorbeeld niet dat er een oorzakelijk verband bestaat tussen droogte en windenergie.

"Dat de mens door zijn energieproductie tot op zekere hoogte ingrijpt in het klimaatsysteem, is onvermijdelijk," zegt Thomas Birner. "De vraag is voor welk type energieproductie deze invloed het kleinst is." Zijn conclusie is dan ook dat je de invloed van de productie van zonne- en windenergie op het lokale - of eventueel regionale - klimaat altijd in verhouding moet plaatsen tot de klimaatinvloed van conventionele methoden van energieproductie. En alles wijst erop dat de twee technieken veel klimaatvriendelijker zijn dan de verbranding van fossiele brandstoffen als steenkool en gas.