Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

7.2–d Osmose
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Dieser Kraftwerkstyp nutzt den Gradienten in der Salzkonzentration zwischen Meerwasser (3.5% Salz) und
Süß- bzw. Brackwasser und damit die Umkehrung des Prinzips der Meerwasserentsalzung. Zwei gefilterte
Meer- und Süßwasserströme werden über eine semipermeable Membran miteinander verbunden. Dabei
entsteht ein osmotischer Druck, der proportional zur Salzkonzentrationsdifferenz an der Membran ist. Für
Meerwasser mit 3,5% Salz beträgt er 26 bar und führt dazu, dass Süßwasser durch die Membran in das
Salzwasser diffundiert und dessen Volumen bzw. Druck erhöht. Bei optimalen Verhältnissen kann ca. die
Hälfte des Drucks, d.h. ca. 14 bar, genutzt werden, um eine Turbine zu treiben 6 . Ein erstes solches Kraftwerk
mit 2–4 kW Leistung und ca. 1000 m 2 Membranfläche wurde Ende 2009 in Norwegen in der Nähe von
Oslo in Betrieb genommen.
Das Kernproblem des Kraftwerks ist die Membran, die sehr dünn sein muss, da der Diffusionswiderstand
möglichst gering sein soll, und gleichzeitig langzeitstabil – angestrebt sind Zeiten von 7–10 Jahren. In
Norwegen wird eine in Deutschland entwickelte Kompositmembran mit 0,1 μm Dicke verwendet 7 , die zu
einer Leistung von 3 W/m 2 führt. Entwicklungsziel sind mindestens 5 W/m 2 . Damit würde ein Kraftwerk von
10 MW Leistung 2 Millionen m 2 Membranfläche und einen Frischwasserzufluss von 10 m 3 s benötigen. Die
Anfangsinvestitionen werden wesentlich höher angenommen als für andere erneuerbare Energien.
Das theoretische Potenzial solcher Kraftwerke wird in Norwegen für seine gesamte lange Küste mit vielen
kleinen Flüssen auf bis zu 1,4 GW geschätzt; nicht viel größere Werte ergeben sich für das gesamte
Wasser, das der Rhein in die Nordsee bringt. Damit wird deutlich, dass in der Praxis dem Potenzial dieser
Form der Energieerzeugung enge Grenzen gesetzt sind.
7.2–e Helio-Hydro Elektrizität
In Gegenden wie dem 400 m unter Meeresspiegel gelegenen Toten Meer könnte Wasser von der 80 km
entfernt gelegenen Küste in einem Stichkanal über ein Gefälle mit Turbinen der Senke zugeleitet werden
und dort anschließend verdunsten. Die erreichbare elektrische Leistung könnte bis zu 20 GWel betragen 8 .
Für Mitteleuropa bietet sich keine Möglichkeit dieser Energieerzeugung.
7.2–f Elektrizitätserzeugung aus Meereswärmeenergie
Der Temperaturgradient zwischen oberflächennahen und tieferen Wasserschichten kann zur Energiegewinnung
genutzt werden. Das Konzept wurde bereits Ende des 19. Jh. entworfen und 1930 erstmals realisiert 9 .
Ab 1979 wurde in Keahole Point (Hawaii) eine 52 kWe OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) Anlage
betrieben, die netto 15 kWe lieferte. Seither sind bei verschiedenen Versuchsanlagen entweder offene oder
geschlossene Kreisläufe (d.h. mit Wärmetauschern) verwendet worden 10 . Die bisher größten Anlagen mit
Nettostromleistungen von 50 kWe bzw. 40 kWe sind in Hawaii und Japan betrieben worden. Gegenwärtig
wird die Errichtung einer 5-10 MWe Pilotanlage diskutiert. Erst nach Vorliegen von Ergebnissen aus Anlagen
dieser Größenordnung kann das praktische Potenzial dieser Stromerzeugungstechnologie abgeschätzt
6
Abschlussbericht Salinity Power (2004); http://cordis.europa.eu/ documents/documentlibrary/82766661EN6.pdf
7
K.-V. Peinemann et al., Membranes for Power Generation by Pressure Retarded Osmosis, in: K.-V. Peinemann, S. Pereira Nunes
(Hrsg.), Membranes for Energy Conversion, (Wiley-VCH, Weinheim 2007).
8
B. Diekmann, K. Heinloth "Energie", Teubner (1997)
9
Jacques Arsène d' Arsonval, 1881. Eine erste 22 kW Anlage wurde von G. Claude 1930 in Cuba errichtet.
10 http://www.nrel.gov/otec/achievements.html