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Ausgabe 03/2005 |
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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.
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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.
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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).
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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.
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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
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