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Ausgabe 03/2005
Osmosekraftwerk

Die Mischung machts

Das Ziel, Energie ohne Freisetzung von klimaschädlichem Kohlendioxid zu erzeugen, hat die Entwicklung regenerativer Energiequellen wie Solar- oder Windkraftwerke stark vorangetrieben. Relativ neu ist das Konzept der „Osmose-Kraftwerke“. Hier soll die Energie genutzt werden, die beim Mischen von Süß- und Salzwasser, etwa an Flussmündungen, frei wird. Dahinter steckt folgende Idee: Trennt man zwei mit Süß- bzw. Salzwasser gefüllte Bassins durch eine semipermeable Membran, die für Wasser durchlässig ist, Salz aber zurückhält, dann strömt – in dem Bestreben, den Konzentrationsunterschied auszugleichen – mehr Wasser in das Salzwasserbecken als umgekehrt.



Das Grundprinzip
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Durch diesen „Osmose“ genannten Prozess baut sich zwischen beiden Becken ein Druckgefälle auf, das bis zu 27 bar betragen kann. Das entspricht in etwa dem Druck eines 270 Meter hohen Wasserfalls. Hält man die Druckdifferenz konstant, indem man bestimmte Mengen des Mischwassers abfließen lässt, dann kann man damit eine Strom erzeugende Turbine antreiben. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Kraftwerk ähnelt einer rückwärts laufenden Meerwasserentsalzungsanlage.


Der Aufbau eines Osmose-Kraftwerks (Grafik: Statkraft)
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Die Effizienz einer solchen Anlage steht und fällt mit der Qualität der Membran, die gleichzeitig Salz zurückhalten und möglichst viel Süßwasser durchlassen soll. Die Entwicklung hochwertiger Membranen war deshalb ein Schwerpunkt des Projektes „Salinity Power“, das von 2001 bis 2004 von der EU mit 2,5 Millionen Euro gefördert wurde. Partner in dem Projekt waren neben dem norwegischen Stromkonzern Statkraft, der das Vorhaben initiierte, die Forschungszentren GKSS in Geesthacht bei Hamburg und SINTEF in Trondheim (Norwegen), die Helsinki University of Technology (Finnland) sowie das Institut ICTPOL in Lissabon (Portugal).


In Röhrenmodulen werden Süß- und Salzwasser durch halbdurchlässige Membranen getrennt (Foto: Statkraft)
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Im Rahmen dieses Projektes gelang Wissenschaftlern der GKSS die Herstellung von Membranen, mit denen sich Stromleistungen von etwa 2 Watt pro Quadratmeter erzielen lassen. Das entspricht einer Steigerung um den Faktor 10 in Bezug auf den Beginn der Projektphase. Wirtschaftlichkeit wird indes erst bei 5 Watt pro Quadratmeter erreicht. In der jetzt laufenden zweiten Projektphase, die vom Land Norwegen und dem Statkraft-Konzern finanziert wird, verfolgen die GKSS-Forscher zwei Strategien, um dieses Ziel zu erreichen. Zum einen modifizieren sie Membranen aus Celluloseacetat, wie sie auch bei Meerwasserentsalzungsanlagen verwendet werden, zum andern arbeiten sie an Kompositmembranen aus mehreren Polyamidlagen.


So könnte das Kraftwerk aussehen (Grafik: Statkraft)
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Für die Erzeugung von 1 Megawatt Stromleistung braucht man selbst bei hoher Qualität etwa 200 000 Quadratmeter Membran. Um diese Fläche kompakt unterzubringen, sollen die Membranen aufgewickelt bzw. zu Hohlfasern verarbeitet und in Röhren gesteckt werden. Ein Prototyp eines solchen Röhrenmoduls, sozusagen ein Mini-Kraftwerk, wird derzeit im Hafen von Trondheim erprobt. Ein Osmose-Kraftwerk mit einer Leistung von rund 25 Megawatt würde aus mehreren Röhrenmoduln bestehen, durch die Fluss- und Meerwasser strömen, getrennt durch eine Membran. Ein Teil des Brackwassers soll in einen Druckaustauscher zurück geführt werden, um den Zustrom von Salzwasser auf einem konstanten Druck von etwa 11 bis 15 bar zu halten. Mit einer Fläche von ca. 40 000 Quadratmetern wäre das Kraftwerk etwa so groß wie einen Sportanlage. In zehn Jahren etwa, so schätzen Experten, könnten Osmose-Kraftwerke mit anderen erneuerbaren Energiequellen konkurrieren und in Europa bis zu 200 Terawattstunden, d.h. 200 Millionen Megawattstunden, pro Jahr erzeugen.

Olivia Meyer