Das Salz in der Suppe der erneuerbaren Energien: Osmose-Kraftwerke nutzen den unterschiedlichen Ionengehalt von Fluss- und Meerwasser - wissenschaft.de
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Das Salz in der Suppe der erneuerbaren Energien: Osmose-Kraftwerke nutzen den unterschiedlichen Ionengehalt von Fluss- und Meerwasser

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Prinzip eines Osmose-Kraftwerks (Bild: Statkraft)
Wissenschaftler planen, eine neue regenerative Energiequelle nutzbar zu machen: An Flussmündungen sollen Kraftwerke entstehen, die mithilfe des unterschiedlichen Salzgehalts von Meer- und Süßwasser Strom erzeugen. In Norwegen gibt es bereits Modellversionen solcher Osmose-Kraftwerke. Allerdings werden wohl noch einige Jahre vergehen, bevor auf diese Weise eine wirtschaftliche Energieproduktion möglich ist.

Die meisten Liebhaber von knackigen warmen Bockwürstchen haben schon leidvoll miterlebt, wie ihre Leibspeise im heißen Wasser plötzlich aufplatzte. Dahinter steckt ein Effekt namens Osmose: Zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Salzgehalt befinden sich in einem Gefäß und sind durch eine halbdurchlässige Wand getrennt, die zwar Wasser durchlässt, die Salzteilchen jedoch nicht.

In einer solchen Konstellation ist das Wasser immer bestrebt, die unterschiedlichen Konzentrationen auszugleichen: Es strömt von der Seite mit dem niedrigen Salzgehalt durch die Membran in den Bereich mit der höheren Salzkonzentration. Dabei erhöht sich dort der Druck. Für das Würstchen bedeutet das, dass beim Erwärmen das wenig salzhaltige Brühwasser durch die halbdurchlässige Pelle in das deftige Fleischstück strömt. Dieses kann irgendwann dem hohen inneren Druck nicht mehr standhalten und verschafft sich durch eine Explosion Erleichterung.

Basierend auf diesem Phänomen wollen Wissenschaftler eine neue regenerative Energiequelle erschließen. Die Idee besteht darin, den Konzentrationsunterschied zwischen dem Salzwasser in Meeren und dem Süßwasser in Flüssen zu nutzen. An Flussmündungen, wo beide aufeinander treffen, könnte ein Osmose-Kraftwerk gebaut werden. In einer solchen Anlage strömen Salz- und Süßwasser durch ein Becken mit einer halbdurchlässigen Membran. Getrieben vom unterschiedlichen Salzgehalt dringt Flusswasser in den salzigen Meeresteil ein. Dort entsteht mit der größeren Wassermenge ein Überdruck. Ein Teil des überschüssigen Mischwassers kann abfließen und eine Turbine antreiben.

Obwohl der israelische Forscher Sidney Loeb diesen Vorschlag schon in den Siebziger Jahren machte, steckt die Entwicklung eines Osmose-Kraftwerks noch in den Kinderschuhen. Um dies zu ändern, startete der norwegische Energiekonzern Statkraft gemeinsam mit Wissenschaftlern des GKSS-Forschungszentrums in Geesthacht und weiteren internationalen Kollegen 2001 ein von der Europäischen Union gefördertes Projekt. Die Chemiker aus Geesthacht haben sich dabei die Entwicklung von funktionalen Membranwerkstoffen auf die Fahnen geschrieben. „Dabei sind wir seit Projektbeginn schon einen großen Schritt weitergekommen“, sagt Klaus-Viktor Peinemann, Projektleiter am GKSS im Gespräch mit der wissenschaft.de.

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„Die kritische Größe für eine Membran ist die Leistung, die mit einem Quadratmeter Membranfläche erzeugt werden kann“, so Peinemann. Am Anfang hätten die Geesthachter Kunststoff-Membranen lediglich eine Leistung von weniger als 0,1 Watt pro Quadratmeter liefern können, drei Jahre später dagegen konnten die Wissenschaftler schon ungefähr 2 Watt pro Quadratmeter verzeichnen.

2004 übernahmen der norwegische Staat und der Stromlieferant Statkraft die Finanzierung. „Die Zielvorgabe lautet, die Leistung weiter auf 5 Watt pro Quadratmeter zu steigern“, erklärt Peinemann. Erst dann arbeitet die Membran wirtschaftlich.

Ihre Praxistauglichkeit müssen die dünnen Kunststoffhäute in zwei Pilotanlagen in Norwegen unter Beweis stellen. Mit Membranflächen von 4 Quadratmetern und einem hundertstel Quadratmeter sind diese ersten Osmose-Kraftwerke noch klein, berichtet Stein Erik Skilhagen von Statkraft gegenüber wissenschaft.de. Wirtschaftlich arbeitende Versionen würden in Zukunft mehr als das Hunderttausendfache dieser Fläche benötigen. Um das Landschaftsbild nicht zu beeinträchtigen, könnten solche Kraftwerke auch unterirdisch errichtet werden, so Skilhagen.

Damit stünde eine Energieform zur Verfügung, die „genau wie Wind und Sonnenergie frei ist von schädlichen Emissionen ist und außerdem bei jedem Wetter Tag und Nacht zur Verfügung steht“, erläutert Peinemann.

Obwohl noch langer Weg zurückgelegt werden muss, bevor Strom aus Osmose-Kraftwerken Herdplatten zum Würstchenbrühen erwärmt, blickt Statkraft optimistisch in die Zukunft. Schon etwa 2015 rechnet der Konzern mit den ersten kommerziellen Anlagen. An den zahlreich vorhandenen norwegischen Mündungen könnten insgesamt einmal bis zu 12 Milliarden Kilowattstunden Energie pro Jahr erzeugt werden, was etwa 10 Prozent des jährlichen Bedarfs des Landes entspricht, schätzt Statkraft. Für den gesamten europäischen Raum kommt der Konzern auf eine mögliche Energieproduktion von 200 Milliarden Kilowattstunden im Jahr.

Ob und wann das erste Osmose-Kraftwerk in Deutschland tatsächlich ans Netz geht, bleibt jedoch abzuwarten. Im Gegensatz zum wasserreichen Norwegen gibt es hierzulande nur wenige Flussmündungen. Außerdem könnten die Gezeiten einem Osmose-Kraftwerk an Strömen wie der Elbe einen Strich durch die Rechnung machen, denn „diese Mündungen haben lange Brackwasserzonen“, gibt Peinemann zu Bedenken. Dort mischen sich Meeres- und Flusswasser sehr stark, weshalb der Unterschied in der Salzkonzentration möglicherweise nicht für ein Osmose-Kraftwerk ausreicht.

ddp/wissenschaft.de – Anna-Lena Gehrmann
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