Osmose-Kraftwerke als regenerative Energiequelle

Kommerziell und in großem Maßstab werden weltweit Umkehr-Osmose-Anlagen verwendet. Sie erzeugen aus Salzwasser trinkbares Süßwasser. Vor allem in ariden Gebieten wie den Golfstaaten wird diese Meerwasserentsalzungstechnik massiv eingesetzt. Das Verfahren ist sehr energieintensiv, den mit Überdruck wird Wasser durch eine halbdurchlässige Membran gepresst, um das Salz aus dem Wasser zu entfernen. Der umgekehrte Prozess dagegen bietet die Chance, Energie zu gewinnen.

Salzlösungen neigen dazu, überall in der Lösung den gleichen Salzgehalt zu haben, Konzentrationsunterschiede werden ausgeglichen. Steht eine Salzlösung durch eine semipermeable Membrane getrennt mit Trinkwasser in Kontakt, so wird Wasser in die Salzlösung hinein diffundieren und versuchen, den Salz-Konzentrationsunterschied auszugleichen. Diesen Vorgang nennt man Osmose.

Der erzielbare Druckunterschied ist rein physikalisch gesehen mit 28 bar durchaus erheblich und entspricht 280 m Fallhöhe bei einem rein kinetisch arbeitenden Gefällekraftwerks.

Die Idee bei einem Osmose-Kraftwerk ist nun, das Süßwasser von Flüssen und das Meerwasser im Mündungsbereich dazu zu nutzen, mittels des entstehenden Druckunterschieds bei der Osmose (Vermischung) eine Turbine anzutreiben. Dazu müsste in ausreichender Menge das Süßwasser in das Meerwasser hinein diffundieren, um einen kontinuierlichen Wasserstrom zu erzeugen (übrigens: Osmose-Kraftwerke wären daher grundlastfähig).

Das weltweite Potential dieser Technologie ist beträchtlich. Theoretisch mehrere Terawattstunden. Allerdings ist die Technologie durchaus diffizil und bislang nicht günstig, weswegen lange die Forschung an Osmosekraftwerken ruhte.

Eines der ersten praktischen Kraftwerke wurde 2007 im Oslofjord in Norwegen in Betrieb genommen. Die Anlage erzeugte allerdings nur eine kleine Menge Strom und wurde wenige Jahre später wieder vom Netz genommen. Die Entwicklung einer größeren Anlage mit 5 Millionen Quadratmeter Membranfläche wurde gestoppt, da ein kommerzieller Betrieb auch 2015 nicht erwartet wurde. Neben der enormen Menge an teurem semipermeablen Membran-Material sind auch Probleme wie der Schutz vor Verschmutzung noch technische Herausforderungen, die gelöst werden müssen.

In den Niederlanden wird zurzeit im Pilotmaßstab eine Anlage getestet, bei der ein Art Kondensator durch den Wechsel von durchströmendem Süß- und Salzwasser gewonnen wird. Dabei wird die aufkonzentrierte Sole einer Meerwasserentsalzungsanlage und die Abwässer einer Kläranlage genutzt, was einen besonders hohen Konzentrations-Unterschied (Ionen) ergibt.

Bislang fehlt es vor allem an leistungsfähigen Membranen, die günstig und massenhaft hergestellt werden können. Derzeitiges Ziel sind 3W/m², theoretisch erreichbar sind mehrere Megawattstunden pro m² und Jahr.

Norwegen als prominentes Beispiel für regenerativ gewonnene Energie hat große Reserven an Süßwasser und eine 17.000 km lange Küste mit dem Salzwasser des Atlantiks. Theoretisch kann es 10% seines Strombedarfs durch Osmose-Kraftwerke decken – doch bis dahin muß noch einiges an Forschung und Entwicklung getan werden.

(© Gerald Friederici 08/22)