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StartseiteForschung aktuellStrom aus Salz23.11.2009

Strom aus Salz

In Norwegen geht der weltweit erste Prototyp eines Osmosekraftwerks in Betrieb

Energie.- Wenn sich Süßwasser mit Salzwasser mischt, werden enorme Mengen Energie freigesetzt. Um diese Naturkräfte künftig für die Stromgewinnung zu nutzen, baut der norwegische Konzern Statkraft nahe Oslo das erste Osmose-Kraftwerk der Welt

Von Alexander Budde

Die Vermischung von Salz- und Süßwasser kann für die Stromgewinnung genutzt werden - emissionsfrei.  (Stock.XCHNG / Christa Richert)
Die Vermischung von Salz- und Süßwasser kann für die Stromgewinnung genutzt werden - emissionsfrei. (Stock.XCHNG / Christa Richert)
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Den Standort für ihr Osmose-Kraftwerk haben die Ingenieure von Statkraft mit Bedacht gewählt. In ihrem Rotklinkerbau auf dem Gelände einer Zellstoff-Fabrik stapeln sich auf engstem Raum Membran-Module in einem komplizierten Röhrensystem, Geräte für den Druckaustausch und eine Turbine zur Stromproduktion. Von einer Seite wird das Wasser eines kleinen Flusses herein gepumpt, von der anderen Salzwasser aus dem nahen Oslofjord.

Was nun geschieht, hat man sich der Natur abgeschaut. Trennt man beide Flüssigkeiten durch eine Membran, die nur für das Süßwasser durchlässig ist, wird dieses durch die Membran in das Meerwasser gesogen. Das Volumen des Mischwassers nimmt zu. Druck baut sich auf, von bis zu 25 bar, was einem Wasserfall von 250 Metern Höhe entspricht. Mit der resultierenden Strömung lässt sich eine Turbine antreiben.

Auf eine emissionsfreie und rund um die Uhr verfügbare Energiequelle hofft Sverre Gotaas, Innovationschef bei Statkraft. In besiedelten Flussdeltas ließen sich Kraftwerke ohne Folgen für Flora und Fauna auch im Keller bestehender Industrieanlagen oder sogar unterirdisch installieren.

"Zieht man alle theoretisch geeigneten Flüsse in Betracht, lässt sich ein globales Potenzial von 1600 bis 1700 Terawattstunden berechnen. Allein in Norwegen könnten wir zwölf Terawattstunden erzeugen, das entspricht rund zehn Prozent des gesamten Stromverbrauchs."

Frischwasser und Meerwasser müsste stets in ausreichender Menge verfügbar und möglichst sauber sein. Aus Sorge vor Schmutzpartikeln, die ihre empfindlichen Osmose-Membranen zerstören könnten, treiben die Norweger großen Aufwand, um das Wasser aus dem Fluss zu reinigen. Das kostet Energie.

Die schwierige Suche nach einer geeigneten Membran ist aber der eigentliche Grund, warum die mehr als 30 Jahre alte Idee des israelischen Forschers Sidney Loeb lange Zeit kaum vorankam. Zwar gibt es gute Erfahrungen bei der Entsalzung von Meerwasser, das man mit gewaltigem Druck durch die Trennfilme presst.

Für den umgekehrten Prozess der Osmose sind diese robusten Membranen jedoch kaum geeignet. Sie lassen viel zu wenig Wasser durch. Statkraft hat daher mit Förderung der Europäischen Union die Konstruktion einer extrem dünnen Kunststoffhaut in Auftrag gegeben.

Eine Lösung fanden die Wissenschaftler am Institut für Polymerforschung im GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht bei Hamburg. Projektleiterin Anja Car arbeitet an zarten Gebilden mit einer Dicke von gerade einmal 0,1 Mikrometer, einem Zehntausendstel Millimeter.

"Wir brauchen eine Membran, die möglichst durchlässig für Wasser ist, aber nicht für Salz. Und sie sollte so dünn wie möglich sein, weil der Wasserfluss durch die Membran umgekehrt proportional zur Dicke ist. Mit anderen Worten: je dünner die Membran umso mehr Wasser fließt. Handelsübliche Membranen liefern 0,2 Watt elektrische Leistung pro Quadratmeter. Unsere Folien liegen bei drei Watt. Wir haben also beachtliche Fortschritte gemacht."

Um ein Osmose-Kraftwerk wirtschaftlich zu betreiben, müsste man die Leistung auf fünf Watt pro Quadratmeter steigern. Selbst dann würde ein 25 Megawatt-Kraftwerk eine Membranfläche von fünf Millionen Quadratmetern erfordern. Das wäre etwa doppelt so groß wie der Berliner Wannsee. Allerdings lassen sich Membranen zu handlichen Modulen aufrollen. Unterdessen entdecken die Wissenschaftler immer neue Materialien und Methoden der Nanotechnik, um ihre Plastikfolien zu verbessern.

"Unsere Dünnfilm-Kompositmembran setzt sich aus mehreren Schichten zusammen. Zur Stabilisierung dient ein Trägermaterial aus Polyester, das man mit einem Textil vergleichen kann. Darauf tragen wir eine poröse Struktur aus Kunststoffen auf. Und darauf kommt eine Schicht aus Polyamid, einer Art Nylon. Die hält das Salz zurück, lässt das Wasser aber durch."

In etwa zehn Jahren, schätzt Statkraft-Manager Gotaas, könnten Osmose-Kraftwerke mit anderen erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft und Strom aus Biomasse konkurrieren. Vorausgesetzt, die nötigen Membranen ließen sich bis dahin in gewaltigen Mengen preiswert produzieren. Das setzt noch viel Überzeugungsarbeit voraus. Denn der kleine Prototyp in Hurum wird kaum mehr als zwei bis vier Kilowatt leisten. Das reicht gerade mal für eine Kochplatte.

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