Ozeane der Macht

Es war einmal eine echte Energiekrise in den USA, der Präsident erklärte die nationale Energieunabhängigkeit zum moralischen Äquivalent des Krieges, die Bundesbehörden begannen, echtes Geld für ausgefallene Energiequellen auszugeben, und das Ausgefallenste war die thermische Energieumwandlung des Ozeans (OTEC).

Die ein Jahrhundert zuvor vorgeschlagene Grundidee war einfach: Weite Teile tropischer und subtropischer Meere weisen einen Unterschied von etwa 20 °C zwischen warmem Oberflächenwasser und fast eiskaltem Wasser ein oder zwei Kilometer tiefer auf. Dieser Temperaturunterschied könnte riesige Turbinen antreiben, die rund um die Uhr elektrischen Strom mit minimaler Umweltbelastung erzeugen.

Vor zwanzig Jahren hat das Energieministerium mehr als 200 Millionen Dollar in die Idee gesteckt. Forscher haben sich eine Flotte von grasenden OTEC-Plantschiffen ausgedacht, von denen jedes kontinuierlich bis zu 500 Megawatt Leistung mahlt. Aber das Bundesprogramm lief mit wenigen sichtbaren Ergebnissen aus, abgesehen von Stapeln von Ingenieurberichten.



Anhänger in den USA und Übersee trieben die Idee jedoch weiter voran und konzentrierten sich hauptsächlich auf kleine, inselbasierte Varianten. Wenn alles gut geht, wird im nächsten Jahr mit dem Bau der ersten kommerziellen Ozeanthermieanlage begonnen, einem Ein-Megawatt-Betrieb im Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority auf der Insel Hawaii.

Strom Plus

Im Gegensatz zu früheren Arbeiten beschränken sich heutige Meereswärmeprojekte nicht auf elektrische Energie, sondern konzentrieren sich auf eine Mischung von Produkten, die für einen bestimmten Standort geeignet sind, sagt Hans Krock, Professor für Meerestechnik an der University of Hawaii-Manoa. Diese könnten umfassen:

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  • frisches Wasser (oft sehr gefragt)
  • Nutzung von nährstoffreichem Tiefenwasser für Aquakultur (einschließlich Zucht von Kaltwasserfischen)
  • Küstenkühlung (Kaltwasser über Wärmetauscher laufen zu lassen, um Klimaanlagen anzutreiben, kann sich gegen hochpreisigen Inselstrom als kostengünstig erweisen)

Ein typisches Beispiel dafür ist der Standort des Natural Energy Laboratory am Keahole Point auf Hawaii, der Heimat bahnbrechender thermischer Arbeiten im Ozean. Das Labor hat seinen letzten OTEC-Prototyp vor zwei Jahren abgeschaltet. Aber es pumpt weiterhin Tiefseewasser für kommerzielle Aquakulturbetriebe und Küstenkühlung.

Das Labor fügt auch eine weitere Tiefwasserleitung hinzu, die groß und tief genug ist, um das neue Ozean-Thermalsystem zu handhaben, das 1 bis 1,4 Megawatt Leistung erzeugen wird. Das 140 Zentimeter breite Rohr wird aus einem Stück fast drei Kilometer lang gefertigt, sagt Tom Daniel, wissenschaftlich-technischer Direktor von NELHA. Das 11,2 Millionen US-Dollar teure Rohrprojekt soll im nächsten Sommer abgeschlossen werden.

Trotzdem ist das Abschleppen des Rohres zur Baustelle und das vorsichtige Versenken eine sehr riskante Operation, kommentiert Daniel. (Ein Projekt der indischen Regierung zum Bau einer schwimmenden Ozeanthermieanlage mit einer Leistung von 1 Megawatt ist offenbar gefallen und verlor seine Leitung, sagt er.)

Radfahren voraus

Da Ozeanthermieanlagen im Vergleich zu herkömmlichen dampfbetriebenen Anlagen mit einer relativ geringen Temperaturdifferenz betrieben werden, haben sich Ingenieure viele ausgeklügelte Konstruktionen ausgedacht, um die höchste Effizienz zu erzielen, insbesondere für die entscheidenden Wärmetauscher und Niederdruckturbinen.

Die Anlage auf Hawaii wird mit dem Kalina-Kreislauf betrieben, dessen Arbeitsmedium ein abgedichtetes Ammoniak-Wasser-Gemisch ist. Warmes Meerwasser verdampft das Gemisch, das eine Turbine antreibt. Das Gemisch wird in ammoniakreiche und ammoniakarme Ströme getrennt, durch kaltes Tiefenwasser kondensiert und dann für eine weitere Runde vereinigt.

Die Kalina-Technologie ist in neuen konventionellen Kraftwerken weit verbreitet. Exergy aus Hayward, CA, hat es in anderen Arten von Anlagen mit relativ geringen Temperaturunterschieden kommerzialisiert, einschließlich Geothermieanlagen und Stahlwerken. Jedes Stück Technik ist von der Stange, und es funktioniert, sagt Krock.

Wie Arbeitsflüssigkeit um ein (vereinfachtes) geschlossenes Kreislaufsystem für thermische Energie des Ozeans herumkommt.

Ein alternativer Ansatz kommt von Sea Solar Power, einem umstrittenen Unternehmen für Meeresthermie mit Sitz in Baltimore, MD. Sein Wärmetauscherdesign verwendet Propylen als Arbeitsmedium und einen turbulenten Strömungsprozess, der von Kühltechniken inspiriert ist, sagt Präsident Robert Nicholson.

Sea Solar ist etwa zur Hälfte durch ein zweijähriges 20-Millionen-Dollar-Projekt zur Optimierung des Wärmetauschers und anderer Komponenten mit Mitteln der Abell Foundation in Baltimore, sagt Nicholson. Außenstehende betrachten das Unternehmen jedoch mit einer Mischung aus Respekt für die Ingenieurskunst seiner Gründer, Verzweiflung über die Weigerung, seine Technologie detailliert zu beschreiben, und Vorsicht, da noch keines seiner kommerziellen Projekte erfolgreich war.

Überall Wasser und etwas zum Trinken

Eine dritte Option, offene Kreislaufkonstruktionen, die Meerwasser als Arbeitsfluid verwenden, wurde hauptsächlich auf ihre Fähigkeit untersucht, Süßwasser zu produzieren. Krock sagt, dass zwei Hauptprobleme – die Kondensierung von Gasen, die durch den Verdampfungsprozess freigesetzt werden, und der Bedarf an speziellen Turbinen – überwunden wurden.

Er und seine Studenten haben eine Anlage für Oahu vorgeschlagen, wo die Süßwasserressourcen kurz vor der Erschließung stehen, sagt er. Bei Kosten von etwa 80 Millionen US-Dollar würde die Anlage täglich fünf Millionen Gallonen Süßwasser, 8 bis 10 Megawatt Strom und 20 Megawatt Küstenkühlung produzieren.

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Inseln im (Kaltwasser-)Strom

Sea Solar Power hat mit Guam eine Absichtserklärung zum Bau einer Ozeanthermieanlage unterzeichnet und verhandelt mit anderen potenziellen Käufern, sagt Nicholson. Er behauptet, dass Mittel für den Bau einer ersten 10-Megawatt-Anlage zur Verfügung stehen, die er auf etwa 45 bis 50 Millionen US-Dollar beziffert.

Krocks Gruppe hat auch Vorschläge für andere inselbasierte Ozeanthermiesysteme vorgelegt. Eine für den Marinestützpunkt Diego Garcia im Indischen Ozean etwa könnte 30 Prozent der Kosten für die Strom- und Frischwassererzeugung einsparen, schätzt er.

Der Golf von Mexiko sei ein perfekter Ort für OTEC, fügt Krock angesichts der neuen Tiefsee-Erdölplattformen hinzu. Ironischerweise sind Ölbetreiber unweigerlich die Erben dieser Technologie.

Träume von Salzwasserpfeifen?

Doch Träume von den grasenden Pflanzenschiffen bleiben bestehen, obwohl sie von vielen erfahrenen Meeresingenieuren mit Skepsis betrachtet werden.

Nicholson von Sea Solar Power sagt, es könnte mehrere OTEC-Kraftwerke zu einem 100-Megawatt-Schiff zusammenbauen, das ein Achtel der Größe und Kosten der von der Bundesforschung vorgesehenen Giganten ist. Wir sind bereit, jetzt 100-Megawatt-Anlagen zu bauen, erklärt er.

Andere Experten kaufen solche Behauptungen nicht. Das ist lächerlich, sagt Daniel von NELHA. Sie müssen zuerst skalieren.

Weiter am Horizont schlägt Krock vor, dass OTEC-Plantschiffe Wasserstoff produzieren könnten, wenn die Weltwirtschaft beginnt, sich auf diesen Kraftstoff zu verlagern. Die Verwendung des kalten Wassers als Wärmesenke könnte die Verflüssigung von Wasserstoff unterstützen, betont er.

Robert Cohen, ein Berater in Boulder, CO, der Programmmanager für das Meeresenergieprogramm des Energieministeriums war, behält seine Begeisterung für die Meereswärmeenergie bei. OTEC könnte schließlich einen erheblichen Teil des weltweiten Energiebedarfs decken, sagt Cohen, sowohl durch die Stromerzeugung als auch durch die Herstellung energieintensiver Brennstoffe wie Wasserstoff.

Cohen merkt jedoch an, dass die Technologie unter einer Geschichte großer Ziele und Ansprüche gelitten hat. OTEC scheint extrem subjektive Meinungen aus zwei Gruppen hervorzubringen, die ich die Skeptiker und die Eiferer nenne, sagt Cohen, während die Wahrheit tendenziell irgendwo zwischen den Extremen lauert.

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