Osmosekraftwerke

Lesedauer: 5 Minuten

Die Auffassung, dass fossile Energieträger keine langfristige Lösung für die Energieversorgung der Menschheit sein können, setzt sich trotz einiger Kritik und Ignoranz immer weiter durch. Nachdem in Österreich ca. Zweidrittel des produzierten Stroms aus Wasserenergie bezogen wird, gewinnen andere nachhaltige Energiequellen wie Wind- und Solarenergie, sowie Geothermie stetig an Bedeutung.

Um den Blickwinkel jedoch etwas zu weiten, soll sich dieser Artikel mit einer weniger bekannten, und für Österreich zunächst unbedeutenden Energiequelle, nämlich der Osmoseenergie (bzw. der Salzgradientenenergie, umgangsprachlich auch: blaue Energie) befassen.

Das Konzept der Osmoseenergie ist bereits seit den 50er Jahren bekannt. Eine effiziente Nutzung ist bis heute vor allem durch technische Herausforderungen eingeschränkt. Grundsätzlich kann Osmoseenergie dort genertiert werden, wo salzarmes auf salzreiches Wasser trifft, beispielsweise in Mündungsbereichen von Flüssen in Meere.

Um jedoch das Prinzip der Osmoseenergie zu verstehen, ist es zunächst von Nöten, die Osmose als solche zu verstehen. Geraten zwei Lösungen mit unterschiedlichen Salzgehalten aufeinander, entsteht eine natürliche Bestrebung danach, die beiden Salzgehalte einander anzugleichen. Wird eine semipermeable Membran (durchlässig für Wasser, jedoch nicht für Salze) zwischen süßem und salzigem Wasser eingespannt, diffundiert Süßwasser dem Gesetz der Osmose nach durch die Membran zum Salzwasser. Dort vergrößert sich durch die Anlagerung des Wassers um die Ionen der Salze die Hydrathülle und es entsteht die sogenannte Hydrationsenergie, die zu einem erhöhten Druck im Salzwasser führt. Dieser Druck wird letztlich dafür genutzt, eine Turbine anzutreiben, wodurch Strom generiert wird.

So entsteht bei Meerwasser mit einem Salzgehalt von 3,5% und einer Temperatur von 10°C ein Druck von ca. 28 bar gegenüber dem Süßwasser. Allgemeiner gesprochen können pro Liter Süßwasser, der durch die Membran wandert, ca. 2,2 kJ Energie freigesetzt werden. Die treibende Kraft hinter diesem Konzept ist die Sonne. Sie sorgt dafür, dass Meerwasser verdunstet und somit der Salzgehalt in den Meeren steigt, wohingegen der Salzgehalt in den Flüssen aufgrund der kurzen Verweildauer des Wassers und der schwächeren Verdunstung gering bleibt. Das verdunstete Wasser aus den Meeren führt zur Wolkenbildung und folglich zu Niederschlag, der dann letztlich wieder auf dem Festland Flüsse mit Süßwasser versorgt. Somit schließt sich der Kreis dieses Energiekonzeptes und wird in menschlichen Zeiträumen betrachtet als erneuerbar eingestuft (im deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz z.B. findet die Osmoseenergie als Salzgradientenenergie Erwähnung).

Gegenüber anderen erneuerbaren Energiequellen (wie Wasser-, Wind-, oder Solarenergie) bringt die Osmoseenergie den Vorteil mit sich, dass aus ihr, unabhängig von äußeren Umweltbedingungen wie Jahreszeit und Wetterbedingungen, kontinuierlich Strom produziert werden kann. Außerdem können Osmosekraftwerke oftmals nah an den VerbraucherInnen platziert werden, da Flussmündungen oftmals dicht besiedelte Bereiche darstellen. Im Jahre 2009 ging der erste Osmosekraftwerk-Prototyp der Firma Statford im norwegischen
Tofte in Betrieb. Jedoch wurde er bereits 4 Jahre später wieder vom Netz genommen. Dies war unter anderem den fehlenden staatlichen Zuschüssen sowie der unzureichenden Leistung der Membran, die eine Schlüsselkomponente eines Osmoekraftwerks darstellt, geschuldet. Das Kraftwerk produzierte zudem gerade einmal ausreichend Strom für die Nutzung einer Herdplatte. Ein Kraftwerk, das eine 30.000 Einwohner Stadt hätte versorgen können, hätte die Größenordnung eines Stadions besitzen müssen.

Auch wenn dieses Projekt vorerst gescheitert ist, läuft seit 2014 ein ähnliches Projekt am niederländischen Abschlussdeich. Dieser trennt die Nordsee vom Ijsselmeer. Hierbei wird eine Technologie angewandt, die ähnlich einer Batterie zu verstehen ist. Es werden mehrere
Membranen, welche jeweils für Anionen (Cl-) bzw. für Kationen (Na+) durchlässig sind, nebeneinander aufgespannt. Es liegen dann jeweils abwechselnd Salzwasser und Süßwasser in den durch die Membranen getrennten Bereichen vor. Auch hier wirkt die Osmose und es
besteht das Bestreben, die Salzkonzentration (NaCl) anzugleichen. Jedoch ist es durch die speziellen Membranen für die Anionen nur möglich durch die Anionen-durchlässige Membran, und für die Kationen durch die Kationen-durchlässige Membran zu wandern. Diese Wanderung der Kationen in die eine und der Anionen in die andere Richtung lässt einen positiven und einen negativen Pol entstehen. Verbindet man die beiden Pole, entsteht, wie bei einer Batterie, elektrische Spannung. In der Realität sind bei solchen Ausführungen hunderttausende Membranen nebeneinander aufgespannt.

In den Niederlanden werden zur Zeit auf 400 m2 Membranoberfläche und 220.000m3 Durchsatz (je Salz- und Süßwasser) ca. 1,3W/m2 erbracht, wobei ein wirtschaftlicher Betrieb bei etwa 2-3W/m2 angenommen wird. Auch wenn diese Variante vielversprechender wirkt als der norwegische Prototyp, stellt auch bei diesen Modellen die Membran eine der größten
Herausforderungen dar.

Eine andere Möglichkeit höhere Stromerträge zu erzielen läge darin, auf größere Differenzen in den Salzgehalten zu setzen. Möglichkeiten bestünden bei z.B. Abwässern aus Meerwasserentsalzungsanlagen, welche bedingt durch ihren hohen Salzgehalt ohnehin einer Sonderbehandlung bedürfen. Die Kombination aus der Entschärfung der Abwässer und gleichzeitiger Stromgewinnung könnte der Osmoseenergie im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit einen zusätzlichen Vorteil verschaffen, während weiterhin Arbeit in die Verbesserung der Membranen gesteckt werden kann. Eine Studie eines australischen Forscherinnenteams geht davon aus, dass das technische Potential von Osmosekraftwerken bei 10%iger Nutzung der weltweiten Abflüsse eine jährliche Energiemenge von 1300TWh
produzieren könnte, was der Hälfte des jährlichen europäischen Strombedarfs entspräche.

Trotz allem müssen auch bei Osmosekraftwerken ökologische wie auch ökonomische Rahmenbedingungen mitgedacht werden.

 
About the Author

Mike Rohling

Mike Rohling

Mike Rohling studiert Umwelt- und Bioressourcenmanagement an der Universität für Bodenkultur in Wien. Er hat bereits während seines Agrarwissenschaften-Bachelors in Bonn am Institut für organische Landwirtschaft gearbeitet und versucht die ethischen Aspekte gegenüber Natur und Mensch zu verstehen. Eine Bewusstheit für einen verantwortungsvollen Umgang mit diesen zu schaffen ist sein Ziel. Das Ökosoziale Studierendenforum bietet für ihn daher eine gute Möglichkeit, Wissen zu verbreiten, und Mensch und Natur zu unterstützen, wo es möglich ist, aber auch Neues dazuzulernen und seinen Horizont zu erweitern, um hin zu möglichst sinnvollen Handlungen zu gelangen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.