„Sie ist zu beobachten, wenn eine wässrige Lösung hoher Konzentration (zum Beispiel eine Zuckerlösung) durch eine Membran von reinem Wasser getrennt ist und die Membranporen für Wasser leicht, für größere Moleküle dagegen nicht durchlässig sind.“, so beschreibt die Biologie-Bibel für die Schule, der Linder, die Ausgangssituation für die so genannte Osmose.
Einem physikalischen Grundprinzip folgend streben die Flüssigkeiten dann einen Konzentrationsausgleich an und Wassermoleküle wandern so lange durch die Membran in die Zuckerlösung bis das Konzentrationsgefälle ausgeglichen ist. Die Osmose benötigt keinerlei Energiezufuhr und findet in der Natur und im menschlichen Körper dauernd statt – beispielsweise wenn hochreife Kirschen nach einem Regenguss platzen, welke Pflanzen nach dem Gießen wieder vital werden oder wir bei längerem Baden im Meer durstig werden. Auch die Blutreinigung durch Dialyse bei Nierenkranken läuft nach dem gleichen Prinzip ab. Soweit so gut. Doch was hat das mit Strom zu tun?
Osmosekraftwerke als Energiequelle der Zukunft
Offenbar eine ganze Menge. Denn Wissenschaftler des norwegischen Energiekonzerns Statkraft planen, die Osmose für eine umweltfreundliche und effiziente Energieproduktion zu nutzen. Statkraft hat am 3. Oktober 2007 bereits den Bau des ersten Osmose- oder Salzgradientenkraftwerks an einer Flussmündung nahe der Stadt Hurum am Oslofjord in Angriff genommen.
Schon Ende 2008 soll der Prototyp fertig sein. Er wird zwar nur zwei bis vier Kilowatt (kW) Energie produzieren, aber immerhin. Schließlich ist damit der Einstieg in eine neue Form der erneuerbaren Energiegewinnung geschafft, die nach Ansicht der norwegischen Experten eine enormes Potenzial besitzt: 1.600 Terrawattstunden (TWh) Strom weltweit lassen sich so gewinnen, 200 davon in Europa und immerhin zwölf in Norwegen. Das Land der Fjorde könnte damit rund zehn Prozent seines derzeitigen Strombedarfs decken. Doch wie funktioniert die Energiegewinnung durch Osmose? Und wo könnten die dafür notwendigen Anlagen gebaut werden?
Druck treibt Turbine an
Osmosekraftwerke sind überall denkbar, wo Gewässer mit unterschiedlichem Salzgehalt aufeinandertreffen, etwa an den Flussmündungen von Rhein, Themse oder Po. Das grundlegende Prinzip der Energiegewinnung ist relativ simpel. Vereinfacht gesagt besteht die Anlage in erster Linie aus einem Röhrensystem, in das gefiltertes Salz- und Süßwasser einströmen, die nur durch eine dünne, halbdurchlässige Membran voneinander getrennt sind.
Die unterschiedlichen Salzkonzentrationen führen nun dazu, dass Flusswasser vom Meerwasser durch die Trennschicht regelrecht angesaugt wird. Im Salzwasserbehälter baut sich dadurch mit der Zeit ein starker Druck auf, der anschließend zur Stromerzeugung in einer Turbine genutzt wird.
Eine dünne Haut als Herzstück
Auch deutsche Forscher sind an der neuen Technologie entscheidend beteiligt. Im seit dem Jahr 2002 laufenden EU-Projekt „Salinity Power“ entwickeln die Wissenschaftler des GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht zusammen mit Kollegen aus anderen Ländern das Herzstück der Anlage: die Membran. Die hochspezialisierte und extrem dünne Haut muss sowohl das Salzwasser effektiv zurückhalten als auch extrem durchlässig für Süßwasser sein.
Durch Verbesserungen der Eigenschaften hat das GKSS-Team um Klaus-Viktor Peinemann und Karen Gerstandt die Leistung der Membran bereits um das Hundertfache gesteigert. Doch das reicht noch längst nicht aus, für eine kostendeckende Energiegewinnung.
„Wir begannen mit einer Membran, die pro Quadratmeter eine Leistung von 0,02 Watt hatte“, sagte Projektleiter Peinemann vom Institut für Chemie der GKSS im Hamburger Abendblatt. „Unsere heutige Membran liegt bei zwei Watt/Quadratmeter. Bei einem Wert von etwa fünf Watt/Quadratmeter ist die Wirtschaftlichkeit erreicht.“
Sauber und emssionsfrei
Daran und an anderen Aspekten der Osmosekrafttechnologie soll nun auch im norwegischen Hurum weiter geforscht werden. „Wir stellen uns der Herausforderung reine Energie herzustellen, und Osmosekraft ist sehr vielversprechende Technologie, in der wir weltweit führend sind“, erklärt Bård Mikkelsen von Statkraft. „Sie ist sauber, emissionsfrei und kann bereits in wenigen Jahren wettbewerbsfähig sein.“
Wer weiß: Vielleicht wird schon bald irgendwo in Norwegen oder auch an der Rheinmündung des Rheins eine solche Anlage stehen, die rund 1,5 Millionen Haushalte oder mehr mit grüner Energie versorgt.
Stand: 07.03.2008
