Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

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7.2–d Osmose 116 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
117 werden. Bewertungen des theoretischen Potenzials sind in Vorbereitung und die Technologie wird von einer Reihe von Ländern erkundet 11,12 . 7.3 Ausblick In Deutschland und Mitteleuropa trägt die Wasserkraft zu Lande in hervorragender Weise zu einer klimafreundlichen Stromversorgung bei. Ihr Potenzial ist aber unter Berücksichtigung von Umweltaspekten und konkurrierenden Nutzungen weitgehend erschlossen. Die Nutzung der Meeresenergie liegt dagegen noch brach. Hier bieten Systeme, die sich in der Fläche einsetzen lassen, das größte Potenzial. Systeme, die nur die Küstenlinie nutzen, können zwar in Verbindung mit Hafen- oder Küstenschutzanlagen nützlich und von der Investition her vergleichsweise günstig sein, haben jedoch nur ein Stromerzeugungspotenzial von lokaler Bedeutung, das in Bezug auf den Gesamtstrombedarf nicht relevant ist. Generell besteht erheblicher Forschungs- aber auch marktnaher Entwicklungsbedarf zur Nutzung der Meeresenergie. Nutzung von Meeresströmungen, Osmose, Helio- Hydro Gebieten sollten zeitlich konstante Stromerzeugung ermöglichen. Wellenenergie wird zeitlich dem Winddargebot folgen, aber in geeigneten, zu weiten Ozeangebieten hin offenen Regionen durch die Dünung einen ausgeglicheneren Verlauf haben. Sofern Sturmfestigkeit und Langzeitbetrieb demonstriert werden können, sollte die Nutzung von Wellenenergie zu mit Windkraft vergleichbaren Kosten in industriellem Maßstab möglich werden: Schätzungen gehen langfristig von ca. 10 c/kWh 13,14 aus – einige Prototypen arbeiten bereits in diesem Kostenbereich. Die Klima- und Umweltbilanz von Meeresenergie sollte sich günstig gestalten lassen. Das Potenzial in deutschen Gewässern ist vergleichsweise geringer als dasjenige anderer Staaten (in Europa Norwegen, England, Frankreich, Portugal). Weltweit könnte die Nutzung von Meeresenergie sich mittelfristig zu einem großen Markt entwickeln. 11 http://www.lockheedmartin.com/data/assets/ms2/pdf/LM_OTEC_Brochure_FINAL.pdf, 12 GreentechMedia, OSO OSEGUERA APRIL 13, 2010 13 Graw, K.-U. Energienutzung der Meereswellen Physik in unserer Zeit (Februar 2002) 14 Thorpe, T. W. A brief Review of Wave Energy Report produced for the UK Department of Trade and Industry (1999), ETSU-R120
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Vorwort Die Folgen des anthropogene
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