Die Kraft der Meere: Erneuerbarer Strom dank Ebbe und Flut

Hallo miteinander,

die Urlaubszeit ist für die meisten von uns zwar vorbei. Trotzdem – oder vielleicht genau deswegen – lade ich Sie jetzt dazu ein, in Ihrer Phantasie noch einmal kurz ans Meer zu reisen.

Denken Sie daran, wie sie an einem warmen Tag durch die Brandung ins Wasser waten. Wie die Wellen vielleicht erst von vorn gegen ihre Knie prallen und wie kurz darauf die ablaufende Strömung an ihren Füßen zieht. Und wenn Sie ein kleines Stück tiefer hineingehen, können Sie vielleicht spüren, wie eine anrollende Welle Sie erst kurz vom Boden abhebt, auf dem Sie noch stehen. Und wie Sie dann wieder sanft abgesetzt werden, wenn Sie den Wellenberg überquert haben.

Spüren Sie das? Überall um Sie herum fließt und sprudelt das Wasser, zerrt an Ihnen oder schwappt schwungvoll gegen Sie. Das Meer ist voller Kraft. Und mit dieser Kraft kann man auf ganz unterschiedliche Weise erneuerbar Strom gewinnen. Meeresenergie heißt das Feld, das in Deutschland zwar nur eine Nebenrolle spielt, dessen weltweites Potenzial aber als enorm eingeschätzt wird.

Mit Blick auf nutzbare Küsten, auf Ozeanströmungen sowie Wind- und Wellenmuster kommen die ganz optimistischen Forscher zum Schluss, dass der weltweite Strombedarf von über 22.000 Terawattstunden pro Jahr allein durch Energiegewinnung aus Ozeanen gedeckt werden könnte.

Sie ahnen es schon: So einfach ist es natürlich nicht. Denn das Meer ist eine harte Umgebung, die die Technik herausfordert. Es gibt Konflikte mit dem Naturschutz einerseits und Probleme durch menschlichen Müll und Treibgut andererseits. In diesem Klima-Update wollen wir trotzdem einen Blick auf Möglichkeiten und erreichte Stände werfen.

INHALT
Strom aus dem Meer
Termine CCS: Potenziale kleiner als vermutet Marine Hitzewellen gefährlich für Plankton Geoengineering in Polarregionen gefährlich Empfehlungen Zum Schluss

Ganz oben im Norden Schottlands, zwischen der Küste und der Insel Stroma, gibt es eine kleine Meerenge namens „Inner Sound of Pentland Firth“. Hier strömt das Wasser mit den Gezeiten druckvoll aus dem Atlantik in die Nordsee hinein und hinaus.

Diese starken Strömungen machen sich vier kleine Kraftwerke zunutze, die vor sechs Jahren auf dem Grund des Meeres installiert wurden. Sie gehören zur ersten Stufe der Versuchsanlage MayGen und sie produzieren seit 2018 Strom. Jedes kommt auf eine Leistung von bis zu 1,5 Megawatt. Zusammen haben sie bislang insgesamt etwa 51 Gigawattstunden erzeugt, geben die Betreiber auf der Internetseite an. Und Anfang Juli feierte das Projekt einen weiteren Meilenstein: Lager und Dichtungen der Turbinen hatten sechseinhalb Jahre Betrieb ohne eine einzige Wartung fehlerfrei überstanden.

Störungsfreiheit ist an dieser Stelle von zentraler Bedeutung: Die Lage auf dem Meeresgrund macht Reparaturen an den Turbinen ausgesprochen schwierig und damit teuer. Dafür hat das Gezeitenkraftwerk gegenüber Windrädern und Solarmodulen einen entscheidenden Vorteil: Ebbe und Flut sind nicht vom Wetter abhängig. Die Strömung des Meeres lässt sich präzise vorhersagen und damit auch Menge und Zeitpunkt des erzeugten Stroms.

Die Anlage soll in den kommenden Jahren weiter ausgebaut werden. Konflikte mit dem Naturschutz, etwa dass Seehunde oder andere Tiere durch die Anlagen gestört werden, wurden bislang nicht beobachtet.

Trotz dieser Vorteile fristet Offshore-Wasserkraft in Deutschland ein Nischendasein. Von vielen Förderungen wie dem Erneuerbare-Energien-Gesetz ist sie explizit ausgeschlossen, sehr zum Bedauern von Christian Kaindorf. Der Ingenieur ist Professor für Offshore Anlagentechnik an der Fachhochschule Kiel und hat zusammen mit seinen Mitarbeitern seit 2020 den Prototyp eines Wellenkraftwerks entwickelt, einer weiteren Methode, Strom durch die Bewegung des Meeres zu gewinnen.

Die zwölf Meter hohe Konstruktion erinnert mit etwas Phantasie an eine große Qualle: Ein runder Kopf soll an der Wasseroberfläche treiben, während an der Unterseite Kabel die Konstruktion an einem Ort fixieren. Der Trick: Das Kraftwerk besteht aus einem Schwimmkörper und einer sogenannten Stabboje. Beide sind über eine Hubstange miteinander verbunden. Wenn die Wellen den Schwimmkörper auf- und abtanzen lassen, wird diese Bewegung über die Stange in die Stabboje übertragen. Darin sind zwei sogenannte Lineargeneratoren montiert. Sie können aus der mechanischen Auf- und Abbewegung Strom erzeugen, jeweils bis zu 16 Kilowatt Spitzenleistung.

Das Wellenkraftwerk ist zwar nicht wetterunabhängig. Denn seine Leistung hängt von der Höhe der Wellen ab und die wird vom Wind bestimmt. Trotzdem wäre es eine gute Ergänzung in Offshore-Windparks, argumentiert Christian Keindorf. Denn die einzelnen Windräder brauchen einen relativ großen Abstand zueinander, den die Wellenkraftwerke nutzen könnten, ohne Einfluss auf die Ausbeute des Winds zu nehmen. Auf diese Weise könnten die gleichen Stromleitungen an Land genutzt und Wartungsarbeiten koordiniert werden. „Man könnte sozusagen mit einem Serviceschiff mehrere Wartungsteams mitnehmen, die dann die unterschiedlichen Anlagen inspizieren.“

Im Mai 2023 wurde die Maschine in der Kieler Förde mit krachender Sektflasche auf den Namen Aurelia WINO getauft. Abgesehen von einigen Funktionstests hat das Kraftwerk seitdem allerdings keinen Strom erzeugt. Nach der Taufe wurde es wieder aus dem Wasser gehoben und steht seitdem auf Stand-by. „Im laufenden Forschungsvorhaben bereiten wir an der FH Kiel die Transport- und Installationsphase vor. Wir hoffen, dass wir für den eigentlichen Open-Sea-Test eine Anschlussförderung vom Land Schleswig-Holstein und von der EU erhalten“, sagt Keindorf.

Geht alles glatt, dann wird Aurelia WINO etwa 80 Kilometer westlich von Sylt im Gebiet der Forschungsplattform FINO 3 installiert. Dann kommt die eigentliche Bewährungsprobe. Die besteht für Keindorf in der „Funktionstüchtigkeit über den geplanten Betriebszeitraum, das heißt, robust und dauerhaft den harschen Umgebungsbedingungen Welle, Strömung, Wind und auch unterschiedlichen Temperaturen dort standzuhalten.“ Riesenwellen sind in der Nordsee zwar selten, aber es gibt sie durchaus. „Da müssen wir dann die Sturmsicherheit gewährleisten.“

Ein anderer Typ von Meereskraftwerk umgeht die Zone der Wasseroberfläche, in der bei Stürmen gewaltige Kräfte auftreten können: Gezeiten- beziehungsweise Strömungskraftwerke, die eine Art Drachen verwenden, ein Tidal Kite. Das aktuell prominenteste Beispiel dafür testet die schwedische Firma Minesto. Der Dragon 12 sieht aus wie ein gelbes Kleinflugzeug und hängt an einer langen Leine einige Meter unter Wasser in den Strömungen, die durch Ebbe und Flut entstehen. Dabei beschreibt er die Flugbahn einer liegenden Acht. Das ist ein entscheidender Kniff: Wer schon mal einen Lenkdrachen beobachtet oder gesteuert hat, erinnert sich vielleicht: Wenn der Drachen in die Acht hineinkippt, entstehen immer wieder hohe Geschwindigkeiten. So kann der Minesto Dragon auch geringe Strömungsgeschwindigkeiten ausnutzen, um mit seiner Turbine bis zu 1,2 Megawatt elektrischen Strom zu erzeugen. Das entspricht bereits einem kleinen Windrad.

In München baut ein Konsortium aus der mittelständischen Seilbahnfirma enrope sowie der Technischen Universität und der Hochschule München gerade einen Prototypen, der eine ähnliche, aber doch etwas andere Idee verfolgt. Bei Cable Kites sollen Strömungskörper unter Wasser an einer Art Seilbahn hängen. Die Kites übertragen dabei die Kraft der Strömung auf das Seil, das einen Generator antreibt. „Wir haben praktisch eine Guided-Kite-Solution“, sagt Robert Meyer-Staude, Professor für Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der Hochschule München. „Bei uns fliegt der Drache keine Acht durch das Wasser, sondern bewegt sich entlang einer Seilbahn. Aber auch dabei erntet er die Wasserströmung auf einer großen Fläche ab.“

Mit verschiedenen Experimenten haben die Ingenieure die einzelnen Komponenten und das grundlegende Prinzip bereits getestet. Jetzt, im September, steht in der aktuellen Phase das letzte zentrale Experiment im Wasserkanal eines bayerischen Kraftwerks an. Eine der Fragen dabei: Gelingt es der Konstruktion, mit dem Treibgut, also mit Pflanzenresten, Holz und Algen im Wasser klarzukommen? Eigentlich sind die Schwimmkörper, die Kites, so geformt, „dass alles, was da vorbeifliegt, schön abgestreift wird. Aber trotzdem gibt es natürlich genug Ecken und Kanten, wo sich irgendwas verhaken kann.“ Das wird auch wichtig im späteren Einsatzgebiet, dem Meer. Denn dank menschlicher Abfälle treiben leider viele alte Fischernetze, Seile und Folien durch das Wasser.

Meyer-Staude, der in seinem Beruf bereits mehrfach Technologien neu entwickelt hat, weiß, dass im Grunde jeder einzelne Schritt auf dem Weg von der Idee über den Prototypen bis hin zum marktreifen Produkt schwierig ist. Er ist dennoch optimistisch, dass der Versuch gelingt. „Wir müssen zeigen, dass da Energie herauskommt und wir auch mit diesem Treibgut klarkommen, und dann gehen wir den nächsten Schritt.“

Mag das Thema Meereskraft in Deutschland auch nur eine Nebenrolle spielen, in Europa insgesamt ist es auf jeden Fall ein riesiger Forschungs- und Entwicklungsmarkt. Wer sich auf den Webseiten von Ocean Energy Europe oder dem European Marine Energy Center umsieht, findet dutzende Projekte in allen Entwicklungsstadien. Einige, wie das französische Gezeitenkraftwerk "La Rance" sind bereits seit Jahrzehnten im Einsatz. Bei vielen anderen erwarten Experten, dass sie in den kommenden Jahren zu einem deutlichen Zugewinn erneuerbarer Stromerzeugung aus den Meeren führen. Die Bedeutung der Meeresenergie wird also wachsen, so viel ist sicher.

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Das tatsächliche Potenzial von Carbon Capture and Storage (CCS), also der Speicherung von CO2 in Gesteinsschichten, ist zehnmal geringer als bisher angenommen. Das zeigt eine unabhängige Analyse von Lagerstätten, die bisher als mögliche Speicherorte angegeben wurden. Grund dafür sei, dass technische Machbarkeit nicht bedeute, dass eine Lagerstätte tatsächlich geeignet sei, schreibt ein internationales Forscherteam im renommierten Journal Nature. Die Wissenschaftler untersuchten unter anderem Erdbebenrisiken durch die CO2-Speicherung, Gefahren für Grundwasser oder die Gefahr, dass gespeichertes CO2 wieder austritt. (MDR WISSEN)

Prochlorococcus gehört zum sogenannten Phytoplankton, also zu den einzelligen Meeresorganismen, die Photosynthese betreiben. Forscher schätzen, dass es sich um den kleinsten, aber zahlenmäßig häufigsten Organismus der Welt handelt, der CO2 aufnimmt und Sauerstoff ausatmet. Eine neue Studie im Fachjournal Nature Microbiology warnt nun davor, dass höhere Wassertemperaturen Prochlorococcus in erheblichen Hitzestress versetzen könnte. Das Team um François Ribalet von der University of Washington in Seattle hatte über 14 Jahre Proben des Cyanobakteriums gesammelt und dessen Wachstum bei unterschiedlichen Temperaturen beobachtet. Wird Wasser mehr als 30 Grad warm, könnten sich die Organismen kaum noch teilen. Das könne zu einer verringerten globalen Sauerstoffproduktion führen. Nicht an der Studie beteiligte Experten stellen das zwar infrage, halten aber Folgen für die Nahrungsketten im Meer für realistisch. (tagesschau)

In Arktis und Antarktis erwärmt sich das Klima der Erde am schnellsten. Um das Schmelzen zu bremsen, kursieren technische Ideen wie Aerosolinjektionen, Meeresvorhänge oder Ozeandüngung. Eine neue Analyse von 40 Wissenschaftlern zeigt: Keiner dieser Vorschläge zum sogenannten Geoengineering ist praktikabel. Alle bergen enorme Risiken und verschlingen Milliarden. Die Wissenschaftler warnen, dass Geoengineering den Anschein einer Lösung erwecken könnte, während wertvolle Zeit verloren geht. Stattdessen seien dringend Emissionsminderungen nötig. (MDR WISSEN)

Mein nächster Urlaub führt in die Berge. Dort wird im Winter der Schnee langsam knapp, was nebenbei bemerkt genau der Anlass ist, dass sich die Seilbahnfirma enrope nach anderen Geschäftsfeldern umsieht. Ich frage mich, wie man dort die Höhenunterschiede vielleicht zur Energiespeicherung nutzen kann, jenseits der klassischen Pumpspeicherwerke. Falls Sie da schon von interessanten Ideen und Experimenten gehört haben, schreiben Sie mir gerne eine Mail. Dann kann ich einen meiner nächsten Ausflüge in das Feld der entstehenden Technologien dorthin unternehmen.

Herzliche Grüße

Clemens Haug