allTEIL C

Temperaturgradient (OTEC)


Der Vorschlag, den Temperaturgradienten der Meere, also den Unterschied zwischen den oberen warmen und den unteren kälteren Wasserschichten auszunutzen, geht auf den französischen Wissenschaftler Prof. Jacque Arsene d’Arsonval im Jahre 1881 zurück... der möglicherweise von Jules Verne beeinflußt worden ist, der in seinem Buch ,20.000 Meilen unter dem Meer’ schon 1869 davon sprach, daß man den ozeanischen Temperaturunterschied zur Stromproduktion nutzen könne.

Diese, sich in der Hauptsache durch Sonnenenergie, Erdkernwärme und Wärme mechanischer und biologischer Prozesse im Meer selbsterneuernde Energie wird auf etwa 50 · 1012 W geschätzt, von denen rund 2 · 1012 W nutzbar sein sollen. Die international gebräuchliche Bezeichnung dieser Energienutzungsmethode lautet inzwischen Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), in Deutschland wird sie manchmal auch als Tiefen-Thermalenergie bezeichnet.

D’Arsonvals Artikel erschien am 17. September 1881 in der Revue Scientifiqe und beinhaltete auch den Vorschlag, im Dampfkessel statt Wasser flüssige Schwefelsäure zu nutzen, da diese einen nutzbaren Druck schon bei einer Temperatur von 30°C entwickelt, wie sie z.B. in den heißen Quellen von Gernelle vorliegen – während das Oberflächenwasser mit seiner Temperatur von 15°C die Kondensatorseite des Kreislauf kühlen kann. Noch größere Temperaturdifferenzen stellt d’Arsonval zwischen der Meeresoberfläche in den Tropen und der fast überall bei 4°C liegenden Wassertemperatur der Tiefsee fest. Ein Temperaturunterschied von 15°C - 20°C reicht aus, um eine Niederdruck-Dampfmaschine oder ähnliche Gerätschaften zu betreiben.

Die Idee wird 1913 von einem Amerikaner namens Campbell aufgegriffen, die beiden Italiener Dornig und Boggia beschäftigen sich damit, und ebenso 1924 der Berliner Physiker Dr. E. Bräuer.

Doch erst im November 1926, als die Pariser Akademie der Wissenschaften einen Bericht über das Energiekonzept des französischen und bereits weltberühmten Ingenieurs Georges Claude erhält – mitunterzeichnet von dessen Elektroingenieur Paul Boucherot – beginnt die Idee Gestalt anzunehmen. Claudes Bekanntheit hängt übrigens mit seiner Erfindung der Neonröhre 1909 zusammen, für die er am 19. Januar 1915 das US-Patent Nummer 1.125.476 erhält.

Nach einem ersten Kleinversuch mit einer Energieausbeute von 3 W wird sogleich eine 50 kW Anlage entworfen, die Ende April 1928 am belgischen Hüttenwerk von Ougrée erfolgreich in Betrieb genommen wird, wo als Wärmequelle das aufgeheizte Kühlwasser der Hochöfen dient. Die Prüfung der Energiebilanz zeigt, daß die gesamten Hilfsmaschinen nur ein Viertel der erzielten Leistung verbrauchen, so daß die nutzbare Ausbeute 75 % beträgt.

1929 beginnt Claude, der sich das Prinzip des offenen Kreislaufs patentieren läßt und übrigens ein Student und Freund d’Arsonvals ist, mit einem Versuch in der Bucht von Matanzas an der Nordküste Kubas, etwa 85 km östlich von Havanna, der ihn die damals gewaltige Summe von über 1 Mio. $ kostet. Das größte Problem bildet dabei die – aufgrund des sanft abfallenden Meeresbodens – notwendige Verlegung eines 2 km langen, riesigen Ansaugrohres, mit welchem das kalte Tiefenwasser an die Oberfläche geholt wird.

Rohrinstallation 1930

Rohrinstallation 1930

Da Claude das Rohr später für ein größeres Werk nutzen will, sieht er einen Durchmesser von 1,6 m vor, obwohl für die Versuchsanlage ein viel geringerer Durchmesser genügt hätte. Das Rohr wird aus leichtgewellten Stahlblech hergestellt, zunächst in Längen von 20 m, die man mit der nötigen Wärmeisolation versieht und dann unter Verwendung von Gummidichtungen zusammenschraubt. Auf diese Weise fertigt man zwei Teile an, ein 150 m langes Stück, das man von der Küste aus ins Meer hinausschiebt, wo es bis 18 m Tiefe hinabreicht, sowie das Hauptrohr von 1.850 m Länge, das von Tauchern an das Küstenrohr angeschlossen werden soll. Doch zweimal mißlingt die Verlegung. Beim ersten Mal reißen die Haltetrossen und das Rohr versinkt, beim zweiten Mal knickt es ein und bekommt einen Riß, den man nicht ausbessern kann. Im September 1930 wird der dritte Versuch erfolgreich abgeschlossen, allerdings mit einem kürzeren Rohr, das schon in 600 m Meerestiefe endet.

Da aus diesem Grund das Kühlwasser mit einer Temperatur von 14°C am Kondensator angelangt, und aufgrund der Oberflächentemperatur von 28°C nur ein Gefälle von 14° zur Verfügung steht, leistet die eigentlich auf 50 kW ausgelegte Anlage nur 22 kW, was weniger ist, als die Pumpen für ihren Betrieb benötigen. Die Hauptgründe dafür sind der schlecht gewählte Standort sowie Probleme mit Algenbewuchs. Trotzdem betrachtet Claude seinen Versuch als erfolgreich, da er beweist, daß die Technologie handhabbar und auch ertragreich ist.

Für vertiefende Informationen über die damaligen Versuche ist es interessant, den Artikel darüber in dem US-Magazin Modern Mechanix vom Dezember 1930 zu lesen.

Grafik eines Schwimmenden Meereskraftwerkes

Schwimmendes Meereskraftwerk

Claude und Boucherot machen zwar noch weitere große Pläne, wie den eines schwimmenden Meereskraftwerkes mit einem Durchmesser von 600 m und sternförmig angeordneten Maschinenhallen mit jeweils 40 MW Leistung, und man denkt sogar an schwimmende Flughäfen, die ihre Energie von Temperaturgradient-Kraftwerken beziehen.

1931 errichtet ein französisches Marine-Unternehmen in Le Havre eine Pilotanlage zur Nutzung auf Schiffen, welche als Warmwasser-Quelle das erhitzte Kühlwasser der Schiffsmotoren und als Kaltwasser-Quelle das Wasser der Meeresoberfläche nutzt. Erzeugt wird Trinkwasser mit nur 1-2 ppm Salz. Der damaligen Presse zufolge wird das Projekt jedoch von Seiten abgewürgt, die weiterhin mehr Kraftstoffe für Schiffe verkaufen wollen.

Im November desselben Jahres wird in der New York Times ein Artikel über einen ähnlich lautenden Vorschlag von Nikola Tesla veröffentlicht, der die Technologie aber danach anscheinend nicht weiter verfolgt.

Zwischen 1933 und 1935 konstruieren Claude und Boucherot außerdem eine weitere Anlage mit offenem Zyklus, die sich diesmal an Bord eines fest verankerten 10.000 t Frachters vor der Küste von Brasilien befindet.

Claude ist auch in anderen Bereichen aktiv, wie zum Beispiel beim Bau einer schwimmenden Anlage zur Herstellung und dem Vertrieb von industriellem Eis, die 1935 auf dem Schiff La Tunise in Brasilien installiert wird. Und immerhin erhält er für seine Bemühungen die Medaille des 50. Jahrestages der American Society of Mechanical Engineers.

Nachdem tropische Stürme jedoch beide OTEC-Versuchsanlagen zerstören, beendet Claude seine diesbezüglichen Aktivitäten, die ihn fast in den Bankrott getrieben hätten.

1941 engagiert sich auch die Französische Regierung, die 1942 eine Institution namens Energie des Mers gründet, eine halboffizielle Gesellschaft zur Erforschung und zum Bau von OTEC Anlagen. In Labors und an einem Standort in Abidjan in Westafrika werden Forschungen zu den Auswirkungen auf die Umgebung durchgeführt, wenn große Mengen an kaltem Wasser durch Pumpen heraufgeholt werden. Die Einflüsse erweisen sich dabei als nur gering. Außerdem wird das Kaltwasser-Rohr sechs Monate lang vor Ort gelassen, um die Korrosion und das Biofouling zu studieren.

In Laboratorien in Dakar und in Frankreich wird an Problemen von Verdampfer und Kondensator gearbeitet, einschließlich der Luft- und Gas-Entnahme aus dem Meerwasser im Verdampfungsstadium. Eine Gesamtanlage wird geplant aber nie gebaut.

1947 und 1948 studiert Bryn Beorse die französischen Untersuchungen und übernimmt sie nach seiner Rückkehr in die USA als Grundlage für seine Arbeiten am neu gegründeten Sea Water Conversion Laboratory (SWC) der University of California.

1951 erhält Prof. Everett D. Howe, Gründer und erster Direktor des Labors, Fördermittel des Bundesstaates und des Saline Water Office, und an der Universität werden von Dr. Lev Akonjanoff Anlagen mit offenem Kreislauf gebaut und getestet, da man hier in erster Linie an der Meerwasser-Entsalzung interessiert ist. Gleichzeitig baut und testet das SWC bei seiner Richmond Field Station eine erste Anlage für geringe Temperaturdifferenzen, später eine zweite. Vor dem US-Kongreß sollen zu diesem Zeitpunkt auch zwei kleine Thermalmaschinen nach französischer Bauart vorgeführt worden sein. Außerdem gibt es Planungen, die allerdings nicht umgesetzt werden, für eine Entsalzungsanlage nahe La Jolla, wo täglich 5 Mio. Gallonen Süßwasser produziert werden sollen.

Ab 1954 gibt es über Jahre hinweg Kontakte und Treffen zwischen Beorse, Howe und André Nizery, stellvertretender Direktor der Electricite de France (EDF), sowie David Jenkins, Direktor des Saline Water Office des US-Innenministeriums.

1956 nimmt Nizery die Versuche vor Abidjan an der Elfenbeinküste wieder auf. Dort liefern zwei Anlagen zusammen 10 MW. Der ‚Rüssel’ der Anlage holt 8°C kaltes Wasser aus 420 m Tiefe hoch, womit die Differenz zum 30°C warmen Oberflächenwasser 22° beträgt. Diese Versuche werden jedoch nicht weitergeführt, weil die Stromkosten dieser OTEC-Anlagen nicht mit dem günstigen Preis des konventionellen hydroelektrischen Stroms konkurrieren können.

Die heutigen Vorschläge betreffen in erster Linie besonders große Unterwasserstationen welche die Temperaturdifferenz ausnutzen sollen, obwohl als Wirkungsgrad derartiger Systeme nur 2 – 3 % genannt werden.  Dabei wird technologisch unterteilt zwischen Anlagen mit geschlossenem, mit offenem oder mit Hybrid-Kreislauf.

Im Modell sehen derartige Stationen zumeist folgendermaßen aus: Aus den Tiefen des Meeres (die Nennungen variieren zwischen 600 m und 1.200 m) wird mittels langer Röhren oder Rüsseln von großem Durchmesser kaltes Tiefenwasser hinaufgepumpt, um ein leichtflüchtiges und bei niedrigen Temperaturen siedendes Arbeitsmedium zu kondensieren (meist Ammoniak oder Freon). Das warme Oberflächenwasser wird anschließend zur Verdampfung dieses Arbeitsmediums genutzt, welches dann eine Turbine zur Stromproduktion antreibt. Über die nachfolgende Kondensation schließt sich der Kreislauf. 

Als mögliche Standorte für Meereswärmekraftwerke kommen Hawaii und Puerto Rico in Frage, daneben fast nur noch die Philippinen und Indonesien – eben dort, wo ganzjährig Temperaturdifferenzen von mindestens 25° ausgenutzt werden können. Zwar bleibt das Tiefenwasser auch in anderen Gegenden ganzjährig kalt, aber die Bedingung einer ebenfalls ganzjährig entsprechend warmen Oberfläche wird nirgends sonst so gut erfüllt. 

Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die neueren Entwicklungen nun den Ländern nach präsentiert. Zwischen Oktober 2001 und Februar 2010 wird das aktuelle Geschehen auf dem OTEC-Sektor auch ausführlich auf der OTEC News site präsentiert, die von der schwedischen non-profit Organisation GreenOcean Project gemanagt wird.

OTEC-Design von Dean Willey

Dean Willey-Design

Australien


Ein futuristisches Design von Dean Willey wird während des ersten OTEC Workshop im australischen Townsville Ende September 2005 präsentiert.

Das Treffen kommt auf Initiative der Society for Sustainability and Environmental Engineering zustande, einer Abteilung der australischen Society of Engineers.

Auch hier handelt es sich um ein schwimmendes Kraftwerk, das für North Queensland angedacht ist.

Weitere Details darüber liegen mir jedoch nicht vor.

Deutschland


OTEC-Design

Design von
Pflanz und v. Holstein

Ein sehr interessantes Konzept wird auf der Internationalen Windenergie-Konferenz in Berlin im Sommer 2002 präsentiert.

Die Designs stammen von Henning von Holstein und dem Münchener Ingenieurbüro Tassilo Pflanz, und stellen die Visionenen zukünftiger OTEC-Kraftwerke dar, wie man an dem abgebildeten Beispiel gut sehen kann.

Bei dem Vorschlag sind auch Windkraft- sowie Wellenenergieanlagen mit einer Leistung von jeweils 36 MW integriert.

Die OTEC-Anlage selbst soll 37 MW leisten.

Von dem riesigen, schwimmenden Bauwerk befinden sich 700 m unterhalb des Wasserspiegels, während die Spitzen der Windkraft-Türme 260 m weit hinaufragen.

Die gewonnene Energie soll in Form von Wasserstoff mittels Tankern vermarktet werden.

Weitere Entwicklung aus Deutschland sind mir bislang noch nicht bekannt.

Frankreich


Nachdem Frankreich in der Frühzeit der OTEC-Technologie eine erste Rolle gespielt hat, gibt es erst Anfang 2010 neue Meldungen, als ein Memorandum of Understanding zwischen dem französischen Staat, der Lokalregierung von Französisch-Polynesien und der Firma Pacific Otec unterzeichnet wird, einem Firmenteil der Pacific Petroleum Co., bei dem es um die Finanzierung einer Machbarkeitsstudie für ein thermisches Meereskraftwerk von Tahiti geht, die 1,09 Mio. € kostet. Mit dabei ist auch die staatlich-französische DCNS, Europas Marktführer im Bereich des Marineschiffbaus.

Der französische Staat wird 50 % der Kosten übernehmen, die andere Hälfte teilen sich das Land, die Pazifik Otec und die DCNS. Geplant wird eine Offshore-OTEC Anlage von 25 m Höhe, wobei sich weitere 25 m unterhalb der Wasseroberfläche befinden, um gegenüber starken Strömungen und hohen Wellen ausreichend stabil zu sein.

An den Projektvorbereitungen dieser 5 MW Anlage wird schon seit 2005 gearbeitet, es besteht auch eine Technologie-Partnerschaft mit dem japanischen Unternehmen Xenesys Inc. (s.u.), das die ersten Studien für das Projekt durchgeführt hat.

Großbritannien


Anfang 2008 beschäftigt sich ein Team britischer Architekten, darunter Dominic Michaelis, sein Sohn Alex Michaelis und Trevor Cooper-Chadwick von der Southampton University, mit der Konstruktion eines Netzwerks an schwimmenden Plattformen, die neben OTEC-Generatoren auch mit Solar-, Wind- und Wellenkraft-Anlagen ausgestattet sind.

Eine Einzelplattform soll rund 250 MW erzeugen – wodurch sich mit gut 50.000 Stück der gesamte Weltenergiebedarf decken ließe (Stand 2000). Außerdem würde jede Anlage pro Tag auch noch ca. 300.000 l Süßwasser produzieren.

Die Architekten denken dabei an bewohnte Insel-Plattformen, auf denen die Techniker samt ihren Familien auch wohnen und sich durch Eigenanbau und Fischerei weitgehend selbst versorgen.

Für die Umsetzung wird um 2000 zuerst die Firma Solar Energy Ltd. mit Hauptsitz in London gegründet, aus der später die Energy Island Ltd. wird. Ich habe darüber bereits in dem Kapitel über Sonnenenergie (Maritime Solarinseln) berichtet. Auch Dr. Luis Vega, von dem das zwischen 1993 und 1998 erfolgreich betriebene 210 kW OTEC-Kraftwerk mit offenem Kreislauf auf Hawaii entwickelt wurde (s.u.), ist Mitglied der Energy Island Group.

Holland


1996 untersucht die niederländische Energie- und Umweltbehörde Novem gemeinsam mit der Industriegruppe Hoogovens ein Konzept des Meeresbau-Ingenieurs Frank Hoos, das sämtliche bis dahin geltenden Maßstäbe sprengen würde. Das Projekt MegaPower zielt auf den Temperaturunterschied zwischen dem lauen Meerwasser und den eisigen Minusgraden der höheren Luftschichten. Schon die kleinste Version wäre 5 km hoch (!) - bei einem Durchmesser von 50 m.

Der MegaPower-Turm soll etwa 30 km von der Küste entfernt auf einem Ponton schwimmen. In seinem Inneren zirkuliert Butangas, das - von der Meereswärme verdampft - mit einer Geschwindigkeit von bis zu 180 km/h den Kamin hinaufjagt. An der Turmspitze herrscht Frost zwischen minus 10° bis minus 35°C, wodurch sich das Medium verflüssigt und durch ein zentrales Fallrohr wieder hinunterstürzt. Die Turbinen einer derartigen Anlage sollen bis zu 7 GW Leistung erzielen. Um die 400.000 t Gesamtgewicht des Bauwerks aufzufangen sollen vier ellipsoide Wasserstoffballons mit Durchmessern von 360 - 900 m wie Schwimmflügel am Turm befestigt werden.

Eine noch höhere, zweistufige Turmvariante hat sogar eine Bauhöhe von 7,5 km, womit an der Turmspitze Temperaturen von minus 45°C herrschen würden. Im oberen Turmteil würde dann Wasserstoff zirkulieren, was wiederum genügend Auftrieb erzeugt, um auf die Stützkissen am Turmschaft verzichten zu können. Im unteren Segment, das am Boden einen Durchmesser von 2,5 km haben würde, soll Ammoniak als Arbeitsmedium eingesetzt werden. Der gerippte Wärmetauscher an der Turmspitze würde einen Durchmesser von 1,2 km haben. Ein wesentliches Problem konnte allerdings bislang noch nicht gelöst werden, denn die Funktionstüchtigkeit einer derartigen Anlage läßt sich im verkleinerten Maßstab kaum testen.

Indien


Im Jahr 2000 konstruiert das indische Institute for Energy Studies mit Hilfe der japanischen Saga University eine kleine schwimmende OTEC-Anlage mit seiner Leistung von 1 kW, die bei Tamilnadu, am Südzipfel des Subkontinents, stationiert wird.

Bereits zwei Jahre zuvor hatte das National Institute of Ocean Technology (NIOT) in Chennai und Madras dem Fachunternehmen Makai Ocean Engineering Inc. den Auftrag für die Verrohrung und den Ansaugrüssel aus Hochdruck-Polyethylen erteilt. Dieses Unternehmen hatte auch schon das Rohr von Keahole, Hawaii, abgesenkt – wo es anstatt der geplanten zweijährigen Lebensdauer auch noch 10 Jahre später zufriedenstellend funktionierte.

Die indische NIOT OTEC Barke namens Sagar Shakti ist 72 m lang und wird durch eine 1 m durchmessende Pipeline mit 1.415 kg/s Wasser aus 1.000 m Tiefe versorgt.

Titanium-Wärmetauscher des Sagar Shakti OTEC

Titanium-Wärmetauscher
des Sagar Shakti OTEC

Das nachfolgende indische Regierungsprojekt einer schwimmenden 1 MW OTEC-Anlage scheitert jedoch daran, daß sich das Ansaugrohr löst und in die Tiefe verschwindet.

Im Frühjahr 2003 wird eine ebenfalls mit japanischer Hilfe entwickelte 1 MW Pilotanlage vor der Küste von Chennai in den Testbetrieb genommen. Bei dem NIOT Tuticorin Projekt soll Kaltwasser aus bis zu 1 km Tiefe genutzt werden.

Anfang 2004 wird gemeldet, daß die indische Regierung plant, tausende von 50 MW OTEC Anlagen zu installieren.

Die Anlage von Chennai produziert Mitte 2007 täglich 1.000 t Trinkwasser, das Kaltwasser stammt aus 500 m Tiefe und wird mit einem Rohr von 1 m Durchmesser hinaufbefördert. Die genutzte Temperaturdifferenz beträgt 15°C. Innerhalb eines Jahres will das NIOT eine weitere Anlage mit zehnfacher Kapazität in Betrieb nehmen.

Japan


Bereits 1981 nimmt Japan für einige Monate eine 100 kW Anlage in der Republik Nauru im pazifischen Ozean in Betrieb, bei der 90 kW für den Pumpenbetrieb benötigt werden. Das stationäre Kraftwerk auf der Insel bekommt sein kaltes Wasser aus einer Tiefe von 580 m, als Arbeitsmedium wird Freon genutzt, und der Wärmetauscher besteht aus Titanium. Eine höhere Leistung als 31,5 kW wird jedoch nicht erreicht. Dafür findet die CC-OTEC Demonstration Plant ihren Platz auf einem Briefmarken-Block von 1982.

Briefmarkenblock der Republik Nauru mit OTEC

Briefmarken der Republik Nauru

Im Jahr 1994 entwickelt Dr. Haruo Uehara, ursprünglich Entwickler von Atomkraftwerken, einen nach ihm bekannten Kreislauf, den er als Alternative zu dem bekannten Rankine-Kreislauf mit dessen Effizienz von nur 3 % betrachtet. Dieses System wird vom Institute of Ocean Energy der japanischen Saga Universität im Rahmen einer 9 kW Anlage getestet, wo man sich bereits seit 1973 mit der OTEC-Technologie beschäftigt. Dabei wird ein Wirkungsgrad von 5 – 6 % festgestellt.

Das erste praktische Experiment in Japan erfolgt im Oktober 1979 vor Shimane, und bereits ein Jahr später wird in der Stadt Imari eine Versuchsanlage errichtet. 1992 wird daraus das OTEC Laboratory, und 1993 meldet man im Namen der japanischen Regierung vier Patente an. Im September 1997 wird ein Memorandum of Understanding mit dem indischen National Institute of Ocean Technology unterzeichnet, als dessen Resultat eine OTEC-Testanlage im indischen Meer entsteht (s.o.). Die erste Anlage, welche den o.g. Uehara-Kreislauf umsetzt, wird im März 1999 errichtet, und zwar mit einer Leistung von 50 kW.

Eine ähnliche Vereinbarung wie mit Indien wird im April 2001 auch mit der Republik Palau unterzeichnet, wo bis 2015 an sieben Standorten OTEC-Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 30 MW in Betrieb gehen sollen.

2003 wird an der Saga Universität in der Stadt Imari offiziell das Institute of Ocean Energy (IOES) gegründet, für den Bau und die Ausstattung werden rund 4 Mrd. Yen investiert. Bereits im Juni wird am IOES erfolgreich eine 30 kW Pilotanlage in Betrieb genommen, die Strom und Süßwasser produziert.

Seit 1989 gilt in Japan die Firma Xenesys Inc. aus Akashi, Präfektur Hyogo (später mit Hauptsitz in Tokio) im Bereich der OTEC-Technologie als führend. Auf der Seite dieses Unternehmens, das ab 2000 auch die entsprechenden Patente der Saga University übernimmt, findet man viele Informationen über den aktuellen Stand der Entwicklungen in Japan seit 2002.

2003 plant man eine 100 MW Anlage, die im Laufe der kommenden fünf Jahre realisiert werden soll. Neben dem Interesse an Süßwasser wird auch an die Extraktion von Lithium aus dem Meerwasser gedacht, außerdem gibt es Gespräche mit Saudi-Arabien, das eine OTEC-Anlage zur Meerwasserentsalzung haben möchte. Für diese erste kommerzielle Umsetzung wird gemeinsam mit neun saudischen Geschäftsleuten (60 %) Anfang 2004 mit 2 Mio. Rial Startkapital ein Joint-Venture namens Xenesys Arabia gegründet. Innerhalb eines Jahres soll für einen Betrag zwischen 8 und 17 Mio. $ (?) eine 3 MW Anlage entstehen, die zusätzlich 2.000 t Süßwasser pro Tag produziert. An dem Projekt beteiligen sich auch die Unternehmen Hitachi Zosen und Kobe Steel ltd., einer der größten Titaniumhersteller weltweit, der sich auch anteilsmäßig an der Xenesys beteiligt, da eine OTEC-Anlage von 1 MW Leistung für ihre Wärmetauscher zwischen 12,4 t und 18 t dieses Metalls bedarf.

Xenesys OTEC Offshore Grafik

Xenesys OTEC Offshore
(Grafik)

Xenesys entwickelt auf Grundlage der OTEC-Technologie auch ein Verfahren namens Discharged Thermal Energy Conversion (DTEC), bei dem industrielle Abwärme genutzt wird, um Strom und/oder Süßwasser zu produzieren. Insgesamt besitzt das Unternehmen schon 50 Patente in diesem Entwicklungsbereich.

Bei dem Streit mit China Anfang 2005 um die südlichste japanische Insel Okinotorishima wird das Thema OTEC ein Politikum, als Tokios Gouverneur S. Ishihara davon spricht, genau dort eine Meeres-Thermalanlage errichten zu wollen, um die territoriale Zugehörigkeit zu Japan zu demonstrieren. Im Januar 2006 startet die Saga University zusammen mit der National Fisheries University eine Standortuntersuchung in dem umstrittenen Gebiet.

Im Februar 2006 vereinbart Xenesys mit der Präfektur Saga, in Imari-shi ein OTEC-Forschungsinstitut zu errichten, und im März wird mit der Saga University und der Stadt Imari-shi der Bau einer Fabrikation für OTEC-Systeme beschlossen, in die Xenesys 1,8 Mrd. Yen investiert. Im November 2007 beginnt die Arbeit an beiden Neugründungen.

Die Japan External Trade Organisation (JETRO) finanziert Mitte 2006 eine Machbarkeitsstudie für Kuweit, bei der es primär um die Meerwasser-Entsalzung geht. Im Mai 2007 folgt die Unterzeichnung eines Memorandum of Understanding zwischen der Xenesys und der Kuwait National Petroleum Company (KNPC) mit einem Investitionsvolumen von rund 2 Mrd. Yen. Dabei soll die DTEC-Technologie in der Raffinerie des Hafen al-Ahmadi eingesetzt werden. Im November des Jahren wird ein MoU mit der Qatar Electricity and Water Company unterzeichnet, bei dem es um die Machbarkeitsstudie für eine OTEC-Anlage geht, die ebenfalls von JETRO und dem japanischen Wirtschaftsministerium gefördert wird.

Im August 2008 wird ein weiteres Joint-Venture mit der Pacific Petroleum Company (PPC) beschlossen, um eine OTEC-Anlage in Tahiti zu realisieren. Die Xenesys Pacific Research & Services s.a.s. soll die Technologie in der Nähe neu entstehender Krankenhäuser und Industriekomplexe zur Stromversorgung und Kühlung einsetzen. Im November wird außerdem eine Kooperation mit dem Mitsubishi-Konzern vereinbart, wobei es - nach vorgegebenem Muster - diesmal um Abu Dhabi als Standort geht.

2009 scheint es nur Gespräche mit Indonesien und Taiwan zu geben, doch Anfang 2010 erhält Xenesys den Auftrag für die Machbarkeitsstudie einer 5 MW Anlage für Tahiti. Die Hälfte der Kosten werden von der französischen Regierung übernommen. Außerdem beschließt auch Kumejima-cho, Präfektur Okinawa, bis März 2011 zu untersuchen, ob es machbar ist, dort eine OTEC-Anlage zu installieren. Eine weitere DTEC-Machbarkeitsstudie wird für Kasachstan erstellt.

Im August 2010 gibt die japanische Regierung bekannt, daß man 2012 eine OTEC-Anlage bauen will, die 2016 ihren kommerziellen Betrieb aufnehmen soll. Erste Tests hiefür sollen bereits 2011 beginnen. Für die kommenden fünf Jahre (bis 2015) wird hierfür ein Etat von 13 Mrd. Yen eingeplant.

Nach all den Jahren der Planung sollte es nun bald mit den Umsetzungen beginnen...

Kanada


Im Frühjahr 2004 wird in Toronto das Deep Lake Water Cooling Projekt in Betrieb genommen. Hier wird dem Ontariosee in einer Tiefe von etwa 83 m Wasser mit einer Temperatur von 4°C entnommen und durch ein Rohrleitungssystem in das Fernkühlwerk der Stadt gepumpt. Dort wird gesammelt, aufbereitet und anschließend als Fernkälte durch ein unterirdisches Rohrleitungsnetz zu den angeschlossenen Gebäuden geleitet.

Das System versorgt z.B. die Steam Whistle Brauerei, das Air Canada Center und einige Bürogebäude. Das danach leicht erwärmte Wasser wird zum Teil für die Trinkwasserversorgung der Gebäude verwendet, während der nicht benötigte Rest wieder in den Ontariosee zurückgeleitet wird. Durch dieses Projekt wird der Strombedarf für die Kühlung der Gebäude um 75 % reduziert. Betrieben wird die Anlage von der City of Toronto Water Supply Division gemeinsam mit dem lokalen Energieversorger Enwave.

USA


In den USA finden Konzepte zur Nutzung des Meerestemperaturgradienten schon früh große Aufmerksamkeit. J. Hilbert Anderson und sein Sohn James H. Anderson Jr. beginnen bereits 1962 mit ihren Versuchen und gründen 1972 in Jacobus, Pennsylvania, die Sea Solar Power Inc. – doch jahrzehntelang existieren nur Pläne für Demonstrationsanlagen, von denen ein 10 MW System landbasiert installiert werden soll, während eine 100 MW Anlage als Schiff konzipiert wird, das auch noch täglich 120.000 t Trinkwasser produziert.

Das Unternehmen legt im Juli 1994 eine Studie für ein 100 MW OTEC-Kraftwerk an der Küste Sri Lankas vor Kulasekarapattinam vor, etwa 46 km vom Golf von Mannar entfernt. Über eine Umsetzung ist mir jedoch nichts bekannt.

Die Abell Foundation aus Baltimore läßt sich diese Technologie später lizenzieren und gründet ein spezielles Unternehmen zu ihrer Vermarktung mit dem Namen Sea Solar Power International, das Anfang 2002 Pläne für ein schwimmendes 100 MW OTEC-Kraftwerk vorlegt, das parallel auch in einer Version als reine Entsalzungsanlage mit einem Tages-Output von 500 Mio. Liter Trinkwasser entwickelt wird. Für Demonstrationszwecke werden außerdem Vorschläge für einen Festland-OTEC mit einer Leistung von 10 MW gemacht.

Owens Patent

Owens Patent

Ende 2006 arbeitet das Unternehmen an seinen beiden ersten Verträgen - einer davon mit Hawaii, der andere mit den Caymen Islands in der Karibik. Hierbei sollen die Energieanlagen nicht weiterverkauft werden, sondern nur der von ihnen erzeugte Strom.  Bislang gibt es noch keine Meldungen über eine tatsächliche Umsetzung.

Neben den Andersons beschäftigen sich mit dieser Energieform noch viele andere, darunter Dr. Clarence Zener von Westinghouse; Dr. Abraham Lavi, Carnegie Mellon; Dr. William Heronemus an der Universität von Massachusetts; Dr. William Avery und Johns Hopkins am Applied Physics Lab; Dr. Robert Cohen vom DOE; sowie Dr. John Craven und Dr. Hans Krock an der Universität Hawaii.

In Folge der Öl-Krise in den 1970er Jahren will Präsident Carter mehr als 200 Mio. $ in die OTEC-Technologie investieren. Aufgrund des bald wieder gesunkenen Ölpreises werden diese Investitionen jedoch ausgesetzt.

In den 1970er Jahren ist außerdem eine bemerkenswerte Zunahme von Patentanmeldung für OTEC-Anlagen festzustellen. Als Beispiele nenne ich hier die US-Patente von Clarence Zener und John G. Fetkovich aus Pennsylvania (Nr. 3.995.160, Anmeldung 1975, Erteilung 1976, sowie Nr. 4.083.189, 1977, 1978), Lester J. Owens aus Florida (Nr. 4.087.975, 1977, 1978) und Michael J. Wittig und Stephen J. Jennings aus Pennsylvania (Nr. 4.210.819, 1978, 1980, sowie Nr. 4.189.647, 1978, 1980).

OTEC-Design von 1977

Design von 1977

Die US Energy Research and Development Administration (ERDA) startet 1973 das OTE-Programm und stellt Gelder für Studien und Untersuchungen bereit, während das Departement of Energy (DOE) ab 1974 ein Lockheed/TRW-Programm fördert, bei dem die praktische Erprobung einer schwimmenden Testplattform vor Ke-Ahole Point an der Kona Küste von Hawaii erfolgt – am Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority (NELHA).

In dem zu jener Zeit weltweit am weitesten fortgeschrittenen Untersuchungslabor für OTEC-Technologien wird die über 25° betragende Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und 1.000 m tiefem Kaltwasser genutzt.

Bis 1978 gibt das US-Energieministerium insgesamt etwa 56 Mio. $ für die Erforschung der Nutzung des Temperaturgradienten aus, und William F. Whitmore verbreitet diese Idee aus dem letzten Jahrhundert in einem langen Artikel in der Technology Review vom Oktober desselben Jahres. 1980 wird bereits ein Förderbetrag von umgerechnet 335 Mio. DM ausgewiesen. 

Zwischen 1977 und 1983 erscheint auch eine regelmäßige Publikation unter dem Titel The OTEC Liaison, in welcher über die jeweiligen Entwicklungen auf dem Sektor dieser Energienutzungsmethode berichtet wird.

Die US-Pläne sehen Ende der 1970er eine gestaffelte Versuchsreihe vor: 

1979
0,5 MW
1980
10 MW
1982
10 MW
1983
25 MW
1985
100 MW


Ein 400 MW-Kraftwerk soll dagegen erst nach 1985 gebaut werden – und nur, wenn alle anderen Stufen erfolgreich betrieben worden sind. Auch der US-Atomenergiekommission liegen zu dieser Zeit Pläne für Meereswärmekraftwerke vor, hier will man bis zum Jahre 2000 sogar eine 20.000 MW Anlage im Meer installieren. 

In Frage gestellt werden alle diese Pläne durch eine Untersuchung des OTA, dem technologischen Beratungssamt des amerikanischen Kongresses, die zu dem Schluß kommt, daß die erforderliche Technik derzeit noch nicht beherrscht wird. Und obwohl alleine der Wärmeinhalt des Golfstromes ausreichen würde, den Gesamtenergiebedarf der Vereinigten Staaten des Jahres 1980 um mehr als das 75-fache zu decken (unabhängig davon, ob dies auch technisch lösbar oder überhaupt ökologisch sinnvoll ist), gelten die für weitere Versuche bis 1985 erforderlichen 1 Mrd. $ als zu hoch – insbesondere weil die beteiligten Firmen von ‚einigen weiteren Milliarden Dollar’ reden, die als Investitionskosten für das Gesamtprojekt mit einkalkuliert werden müßten. 1978 hätte ein 100 MW Kraftwerk mindestens 210 Mio. $ gekostet.  Die großen Pläne werden arg zurechtgestutzt.

Tatsächlich funktioniert ab 1979 die erste 50 kW Anlage des NELHA unter dem Namen Mini-OTEC. Sie ist auf einem umgebauten Schiff der US Navy installiert, das etwa 2 km vor Keahole Point verankert ist. Bei dem rund 3 Monate dauernden Versuch wird eine Netzeinspeiseleistung von 10 - 17 kW erreicht, da 40 kW der Gesamtleistung für den Betrieb der Pumpen benötigt werden, die das 5,5°C kalte Wasser aus 670 m Tiefe heraufbefördern.

Keahole Point OTEC

Keahole Point OTEC

1980 wird vom DOE die Testanlage OTEC-1 errichtet, mit der in erster Linie die geschlossenen Kreisläufe von Wärmetauschern getestet werden sollen. Diese Anlage befindet sich an Bord eines umgebauten Tankers der US Navy, der vor Kawaihae an der Kona-Küste von Hawaii verankert ist, sie gewinnt jedoch keine Energie.

In der Versuchsanlage an der Küste wird derweil Meerwasser entsalzt und nachgewiesen, daß für die Technologie auch große Polyethylen-Rohre genutzt werden können (Durchmesser Kaltwasserrohr: 1,0 m, Warmwasserrohr: 0,7 m).

1983 wird für eine künstliche Insel am Kahe Point vor der Küste von Oaho ein 40 MW OTEC-Versuchskraftwerk geplant - nach Ende der Konstruktionsphase aus Geldmangel aber nicht realisiert.

Eine zweite Art der Thermalgradientenkraftwerke soll als Nebeneffekt destilliertes Wasser anbieten. Bei den 1984 gefaßten Plänen soll der Temperaturunterschied zwischen dem 24°C bis 27°C warmen Oberflächenwasser und dem etwa 900 m tiefen und 14°C kalten Wasser genutzt werden, in dem das warme Wasser einem Unterdruck ausgesetzt wird – bis es bei den schon genannten 27°C verdampft. Dieser Dampf soll dann eine Turbine betreiben und anschließend in einem Wärmetauscher, der mit Tiefenwasser gekühlt wird, entsalzt kondensieren. Bei diesem Konzept des ‚offenen Kreislaufes’ kann auf unsichere oder sogar gefährliche Verdampfungsmittel wie Ammoniak oder Freon vollständig verzichtet werden. Eine erste Pilotanlage mit einer Leistung zwischen 2 MW und 5 MW soll vor Florida installiert werden, doch auch diese Pläne werden später nicht umgesetzt. 

Versuche des amerikanischen DOE National Laboratory zeigen, daß statt dem teuren Titan auch Aluminium genutzt werden kann, um die großen Wärmetauscher von OTEC-Systemen herzustellen. Um 1984 entwickeln die dortigen Experten des Solar Energy Research Institute (SERI, inzwischen: National Renewable Energy Laboratory) außerdem einen speziellen Verdampfer, der das warme Seewasser in Niedrigdruckdampf umwandelt und einen Wirkungsgrad von 97 % erreicht.

Das Labor auf Hawaii verkündet 1993, daß man 4°C - 5°C kaltes Wasser aus 650 m Tiefe nützen will, um eine weitere Versuchsanlage zu betreiben. Das Tiefenwasser soll außerdem auch noch Gewächshäuser kühlen – und in Zukunft sogar den Flughafen von Keahole Point. Tatsächlich ist dort dann von 1993 bis 1998 ein experimentelles Meereswärmekraftwerk mit offenem Kreislauf erfolgreich in Betrieb - zu dieser Zeit das weltweit einzige. Bei einer Oberflächenwassertemperatur von 26°C und einer Tiefenwassertemperatur von 6°C (aus 825 m Tiefe) beträgt die Generatorleistung 210 kW, und bei sehr hohen Temperaturen im Spätsommer werden sogar 250 kW erreicht. Sehr wirtschaftlich ist das System trotzdem nicht, denn zur Förderung des Wassers werden gleichzeitig etwa 200 kW von den Pumpen verbraucht.

Die OTEC-Anlage von Keahole Point erwirtschaftet im Mai 1993 während eines Versuchslaufs 50 kW Überschußenergie und bricht damit den bisherigen Rekord des japanischen Systems von 1982 mit dessen Leistung von 40 kW (s.u.). Inzwischen weiß man auch, daß der Bewuchs von Wärmetauscher-Oberflächen durch die Beigabe kleiner Mengen an Chlor verhindert werden kann.

Kondenser des Keahole Point OTEC

Kondenser des
Keahole Point OTEC

Da die ursprünglich erwartete Energieleistung des NELHA jedoch nicht erreicht werden kann, wird die Anlage nach Ende der Versuche im Januar 1999 verschrottet. Es erweist sich allerdings, daß das Wasser aus der Tiefe exakt den Bedürfnissen von Aquakultur-Unternehmen entspricht.

Im August (o. Oktober?) 2001 arbeitet man am NELHA daran, ein 3 km langes und in einem Stück gefertigtes Rohr von 140 cm Durchmesser abzusenken, um damit eine neue, bis zu 1,4 MW leistende Anlage mit einer Netzeinspeiseleistung von rund 400 kW zu versorgen. Dieses Teilprojekt kostet 11,2 Mio. $ und sollte im Sommer 2002 abgeschlossen sein, wird aufgrund fehlender Finanzierung jedoch abgebrochen. 

Pläne für eine 1 MW Anlage werden nochmals im Juni 2006 bekannt, scheinen bislang jedoch nicht verwirklicht worden zu sein. Die Kühlung des NELHA durch kaltes Tiefenwasser soll jedoch monatlich 4.000 $ an Stromkosten einsparen... immerhin!

Diese Möglichkeit, kaltes Tiefenwasser zu nutzen, wird seit 2003 in Ithaca (US-Bundesstaat New York) an der Cornell-University sowie an einer benachbarten Highschool umgesetzt. Statt mit der kostspieligen Klimaanlage werden die Lehrgebäude mit dem 4°C kalten Tiefenwasser aus dem Cayuga-See gekühlt, was zu einer Energieersparnis von 87 % führt.

Ein weiterer Aktivist auf der Szene, den das US-Magazin Wired im Juni 2005 präsentiert, ist der bekannte, auf Honolulu lebende Wissenschaftler und Meeresforscher John Piña Craven, der inzwischen einen umfassenden Plan entwickelt hat, wie man das kalte Tiefenwasser gleichzeitig zur Energieerzeugung, Meerwasserentsalzung, Kühlung, Bewässerung sowie in Aquakulturen nutzen kann.

Ähnliche Systeme werden für nun 65 Bürogebäude in der Hauptstadt Honolulu entwickelt, die ab 2007 mit Wasser aus dem Pazifischen Ozean gekühlt werden sollen. Die Pumpstation der Firma Honolulu Seawater Air Conditioning wird über eine 4,5 km lange Pipeline aus Polyethylen 6°C kaltes Wasser aus 500 m Tiefe ansaugen. In einem großen Wärmetauscher wird das Salzwasser dann einen Süßwasserkreislauf kühlen, der die Bürohäuser versorgt, wo sich das 7°C kalte Wasser in Leitungen in Wänden und Zimmerdecken verzweigt. Das um rund 5° erwärmte Meerwasser wird derweil über eine zweite Pipeline in den Pazifik zurück geleitet. Die Energieersparnis gegenüber einer strombetriebenen Kühlung soll etwa 75 % betragen.

Im Juli 2008 wird bekannt, daß die HSWAC weitere 10,75 Mio. $ private Investitionsmittel erhalten hat, und damit die Umsetzung des Projekts Anfang 2009 beginnen kann. Die Eigenkapitalfinanzierung für das 152 Mio. $ (andere Quellen: 240 Mio. $) schwere Projekt wird von privaten Investoren aus den USA und Schweden gesichert, wobei mehr als die Hälfte des Betrags von Investoren aus Honolulu selbst stammt.

Die HSWAC-Anlage wird im Rahmen eines langfristigen Management-Vertrages von der Renewable Energy Innovations LLC verwaltet werden und soll den städtischen Klimaanlagen-Stromverbrauch um bis zu 75 % senken. Der Präsident der Renewable Energy Innovations, Anders Rydaker, und der Vizepräsident der HSWAC, Ingvar Larsson, gelten beide in ihrer schwedischen Heimat als Pioniere der Meerwasser-Klimatisierung und bringen diese Technologie nun nach Honolulu.

Tatsächlich dauert es dann aber noch bis zum Sommer 2010, bis mit der Umrüstung der ersten 40 Gebäude begonnen wird.

Grafik des Lockheed OTEC

Lockheed OTEC (Grafik)

In der Presse taucht das Thema inzwischen häufiger auf, und es scheinen sich auch größere Firmen damit zu beschäftigen. Ein Indiz dafür ist die Grafik einer großen 265 MW OTEC-Anlage, die aus den Büros der Lockheed Space and Missile Co. Inc. stammt und in einem Artikel vom Sommer 2006 erscheint - wobei ich inzwischen allerdings herausgefunden habe, daß diese Grafik erstmals schon 1975 veröffentlicht wurde! Auch das hier ebenfalls abgebildete Modell der Firma TWR aus Redono Beach, Kalifornien, stammt von 1975.

Die TWR hatte sich gemeinsam mit Bechtel schon 1974 an dem Bau einer 0,5 MW Prototyp-Anlage auf Hawaii beteiligt, die das Kaltwasser durch ein 60 cm durchmessendes Rohr aus einer Tiefe von 650 m bezog und 1979 sogar kurzzeitig funktionierte, bis die Reagen-Administration das Projekt stoppte. Auch Lockheed fror sein Engagement Mitte der 1980er ein.

Tatsächlich gibt die Lockheed Martin Corp. aus Bethesda im Februar 2008 bekannt, daß sie 1,2 Mio. $ vom DOE erhalten habe, um eine 10 MW OTEC-Demonstrationsanlage zu errichten, die rund 3.000 Haushalte versorgen soll. Dabei werden erstmals neue Werkstoffe wie Glasfasern und preisgünstige Komposit-Materialien zum Einsatz kommen. Geplant ist die Entwicklung einer funktionsfähigen, schwimmenden OTEC-Anlage bis 2013.

10 MW Modell von Lockheed

10 MW Modell
(Lockheed)

Im November 2008 wird auch das Taiwan Industrial Technology Research Institute aus Taipei mit an Bord geholt, und 2009 folgt die 1973 gegründete Makai Ocean Engineering Ltd. aus Oahu, Hawaii, die sich auch mit der Energiegewinnung aus dem Meer beschäftigt – insbesondere mit Software zur Verlegung von Rohren und Kabeln. Außerdem werden Tiefenwasser-Kühlsysteme entwickelt und implementiert, wie z.B. Mitte 2007 in Toronto, wo mittels 83 m tief reichender Rohre Büro- und Wohnhäuser versorgt werden.

Im Frühjahr 2009 arbeitet das Unternehmen im Auftrag des Naval Facilities Engineering Command an einer Machbarkeitsstudie für eine OTEC-Anlage vor der Insel Guam.

Makai wird im Frühjahr 2010 vom DOE gefördert, um eine 100 MW Offshore-OTEC-Anlage nach dem sogenannten Mist Lift Open Cycle Prinzip zu entwickeln und zu modellieren. Diese kostensparende Technologie ist 1977 von Dr. Stuart Ridgeway erfunden worden und bedarf keiner Wärmetauscher oder großer Pumpen. Die Stromerzeugung funktioniert dabei mittels konventioneller Wasserturbinen.

2008 soll auch die US-Navy mehr als 1 Mio. $ für Forschungen zur Nutzung der OTEC-Technologie ausgegeben haben. Für die Versorgung der entfernten Militärbasis auf der Insel Diego Garcia im Indischen Ozean soll die Firma OCEES (s.u.) eine schwimmende 8 MW Anlage entwerfen und bauen, die 5 km vor der Küste vertäut zusätzlich zu dem Strom auch noch rund 5 Mio. Liter Süßwasser pro Tag produzieren soll. Es wäre weltweit die erste Anlage in kommerziellem Maßstab. Derzeit wird der Energiebedarf auf Diego Garcia durch Dieseltreibstoff gedeckt, der von Tankschiffen angeliefert wird. Die neue OTEC-Anlage soll daher im Laufe ihrer Betriebsdauer von 30 Jahren etwa 290 Mio. $ einsparen.

Etwas mysteriös sind Meldungen vom März 2009, denen zufolge die NASA eine Technik entwickelt, die auf einer geheim gehaltenen Flüssigkeit basiert. Aufgrund unterschiedlicher Wassertemperatur dehnt sich diese Flüssigkeit in einem speziellen Rohr aus und setzt so eine andere Flüssigkeit unter Druck, welcher dann in nutzbare Energie umgewandelt werden kann. Details dazu gibt es bislang nicht.

Ein weiteres Unternehmen, das in Honolulu auf Hawaii beheimatet ist und sich mit der OTEC-Technologie beschäftigt, ist die Ingenieurfirma Ocean Engineering and Energy Systems International Inc. (OCEES), die bereits 1988 unter dem Namen Ocean Engineering & Energy Systems gegründet wird. Firmenchef Dr. Oney hat zuvor am NELHA gearbeitet und nahm auch an der Entwicklung der dortigen 210 kW Pilotanlage teil.

Im September 2009 gibt OCEES bekannt, daß man zukünftig auch die Firma Lockheed Martin bei der Entwicklung von OTEC-Anlagen unterstützen wird. Als Preis für den neu geplanten Prototypen wird ein Betrag zwischen 150 Mio. $ und 250  Mio. $ genannt – obwohl dieses System immer noch kleiner ist als die geplanten kommerziellen Anlagen.

Zeitgleich meldet Lockheed den Abschluß eines Vertrags in Höhe von gut 8 Mio. $ mit dem Naval Facilities Engineering Command (NAVFAC), um ein OTEC-System für die US-Navy zu entwickeln. Die Arbeiten sollen in Hawaii, Kalifornien, Texas und Virginia erfolgen und bis Ende September 2010 abgeschlossen sein. Tatsächlich ist das Unternehmen im August 2010 noch auf der Suche nach entsprechenden Partnern. Bislang bekannt ist nur, daß die Kaltwasser-Rohre von der Firma Janicki Industries in Sedro-Wolley, Washington, hergestellt werden sollen.

Als das U.S. Department of Energy Mitte September 2009 die 22 Meeresenergie-Projekte bekanntgibt, die eine Förderung von insgesamt 14,6 Mio. $ erhalten, ist auch die OCEES dabei, die mit einem Betrag von 600.000 $ biologische Untersuchungen für die Warmwasser-Zuführung der geplanten OTEC-Anlage in Port Allen, Kauai/Hawaii, durchführen soll. Die Lockheed Martin Corp. erhält ihrerseits zweimal 500.000 $ um Konzepte für eine landbasierte und eine schwimmende OTEC-Anlage, sowie ein geographisches Informationssystem und rechnergestützte Optimierungswerkzeuge zu entwickeln.

Ebenfalls im September 2009 erscheinen in der Presse Berichte über das sogenannte Marshall Hydrothermal Recovery System, das die mehrere hundert Grad heiße Hochtemperatur-Geothermie auf dem Meeresboden in einer Tiefe von mehr als 2.100 m dazu nutzt, um neben der Stromproduktion auch noch Mineralien zu gewinnen. Bei dieser Methode werden also sowohl der Kältepol als auch der Wärmepol in der Tiefe gesucht, während die Interaktion und Weiterverarbeitung an der Oberfläche geschieht. Von einer Umsetzung ist bislang nichts bekannt.

Marshall-System Grafik

Marshall-System
(Grafik)

Ende 2009 kommt die Idee von Daniel Asturias und Isaac Harwell, die 18 bzw. 19 Jahre alt sind, in die Presse, mit der sie sich am Pete Conrad Spirit of Innovation Wettbewerb beteiligen. Die beiden schlagen sogenannte Motionless Thermal Generators (MoTGens) vor, eine Art Wärmetauscher ohne bewegliche Teile, die in der Tiefsee über heißen Schloten installiert Strom erzeugen sollen. Diese Schlote finden sich in der Nähe von unterseeischen Vulkanen. Das umgebende Kaltwasser der Tiefsee bildet den Kältepol des Systems.

Als Test-Standort empfiehlt das Harwell Asturias Labs Team den Juan-de-Fuca-Rücken, einen etwa 500 Kilometer langen ozeanischen Meeresrücken im Pazifik westlich von Vancouver Island, der sich entlang der Küsten von Oregon und Washington erstreckt. Die Kosten zur Herstellung und Installation einer MoTGen-Einheit mit 45 MW Leistung werden auf 2 Mio. $ geschätzt.

Laut Pressemeldungen im April 2010 ist eine Projektplanung der Firma Ever-Green Energy, bei der es um die Kühlung von mehreren 100.000 m2 Wohn- und Bürofläche in Honolulu geht, nach sechs Jahren zu 80 % abgeschlossen. Das Unternehmen hat vor einigen Jahren eine ähnliche, allerdings sehr viel kleinere Anlage in Cornell installiert.

Die Honolulu Seawater Air Conditioning LLC, lokaler Entwicklungspartner der Ever-Green, soll die Rohre auslegen, um das kalte Tiefenwasser aus einer Entfernung von gut 6 km und einer Tiefe von etwa 490 m heraufzuholen. Die Wärmetauscher, die das ca. 7,2°C kalte Wasser in Empfang nehmen, befinden sich an Land.

Die Projektkosten werden auf 245 Mio. $ beziffert, die Finanzierung ist trotz staatlicher Zusagen aber noch nicht komplett. Im Idealfall könnte die Fernkühlung im Oktober 2012 in Betrieb gehen.

Ebenfalls im April 2010 kommt das kalifornische Start-Up Unternehmen GreenFix Energy in die Presse, das den Einsatz von kilometergroßen, schwimmenden Solarflößen vorschlägt, die einen fast ebenso langen Namen haben: Oceanic Atmospheric Solar Insulated Incapsulation System (OASIIS).

OASIIS Grafik

OASIIS (Grafik)

Im Gegensatz zu den meisten OTEC-Systemen, die das kalte Tiefenwasser als Temperatursenke nutzen, soll sich das von Richard Henderson erfundene OASIIS mit dem nur kühlen Wasser nahe der Oberflächen begnügen. Die für den Verdampferkreislauf benötigte Temperaturdifferenz wird dadurch erreicht, daß eine große Wassermenge innerhalb der Floßkonstruktion durch die Sonne aufgeheizt wird.

Die schwimmenden Inseln werden in Maßen zwischen 1 km und 3 km Seitenlänge gedacht, als Leistung werden 250 MW angegeben.

Das Unternehmen sieht sich in Konkurrenz zu den CSEM Solar Island Solarinseln der Schweizer Firma Nolaris, über die ich im Kapitel Sonnenergie bereits berichtet habe (s.d.). Im Gegensatz zu dieser befindet sich GreenFix jedoch erst in einer sehr frühen Planungsphase.

Weitere Technologien


Eine Alternative zu unterschiedlichen Wärmeschichten im Meer bilden unterschiedlich warme Flüsse an Land, die in diesem Fall aber auch genügend nah aneinander liegen müßten. Ein derartiges Projekt wird 1976 bei Manaus in Brasilien realisiert, wo ein Kraftwerk mittels Ammoniak betrieben wird. Derartige Standorte sind jedoch äußerst selten und aus globaler Sicht daher weitgehend irrelevant. 

Eine weitere Möglichkeit diskutieren Mitte der 1980er Jahre russische Forscher, die im hohen Norden ein Freon-betriebenes Luft/Wasser-Temperaturgradient-Kraftwerk bauen wollen: Dort würde die Temperaturdifferenz zwischen dem 1°C warmen Meerwasser in 1 m Tiefe und der Lufttemperatur von minus 20° bis minus 30°C genutzt werden können. Im Jahr 1991 bestätigten Meßflüge des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven, daß im Nordpolarmeer ein Quadratkilometer Wasseroberfläche während des Herbstes 500 MW Wärme an die Atmosphäre abgibt. Sobald sich eine Eisdecke gebildet hat, sinkt der Wärmefluß in die Atmosphäre auf nur 50 MW.

Doch auch diese Vorstellungen sind nicht neu, denn die Idee eines Eiskraftwerkes geht bereits auf den Physiker Dr. Barjot Anfang des lezten Jahrhunderts zurück, der die Temperaturunterschiede zwischen der Luft an den Polen von mindestens minus 22°C, und dem des Wassers unterhalb der Eisschicht, wo es zumeist eine Temperatur über Null von 2°C – 3°C hat, nutzen will. Als Betriebsmittel schlägt Barjot Butan vor, auch aufgrund dessen Eigenschaft, daß es sich im Wasser nicht löst. Als hauptsächlichen Einsatzbereich dieser Technologie betrachtet er die kanadischen Bergwerksgebiete im hohen Norden mit ihrer damals unzureichenden Energieversorgung.

Diese Technologie – die auch unter dem Namen Polarkraftwerk bekannt wird – basiert auf einem Wärme/Kälte-Kreislauf, bei dem Eis, Salzlauge, das leicht siedende Butan und nicht gefrorenes Tiefenwasser zum Einsatz kommen, wie aus der schematischen Darstellung ersichtlich wird. Berechnungen ergeben, daß bei einem theoretischen Wirkungsgrad von nur 4 % aus 1 m3 Wasser mit einer Temperatur von + 2°C und einer Lufttemperatur von – 22°C dieselbe Energiemenge gewonnen werden kann, wie aus dem Fallen dieses Kubikmeters aus einer Höhe von 1.200 m!

Grafik des Barjot-Eiskraftwerkes

Barjot-Eiskraftwerk (Grafik)

Barjot schlägt diverse geeignete Orte für seine Kraftwerke vor, darunter Nordkanada, Nordsibirien, Alaska, Grönland, Island und die Ufer des weißen Meeres. Er selbst versucht eine erste Anlage an den Ufern der Hudson-Bay zu errichten, kommt über das Planungsstadium jedoch nicht hinaus.

Das Eis- bzw. Schneekraftwerk von Dr. Barjot wird 1931 in dem Buch In 100 Jahren von Hanns Günther, und dann noch einmal 1958/59 von dem Wirtschaftsjournalisten Anton Zischka in dem Werk Vom Tretrad zur Atomenergie beschrieben. Danach scheint es aus dem kollektiven Gedächtnis verschwunden zu sein, laut Zischka auf Betreiben der Ölmultis und ihren Raffinerienfreunden, die alles damit zusammenhängende torpedieren, wozu sogar die Vernichtung der Kenntnis darüber gehört.

Erst 1982 erscheint in der Januarausgabe der Transatlantik ein Artikel von John McPhee unter dem Titel Eiskraftwerk - eine Patentschrift.

Grenzen der Nutzung


Obwohl die Angaben der UNESCO auch von positiven Nebeneffekten sprechen – so sei das aus der Tiefe emporgepumpte Kaltwasser bakterienfrei und hätte einen höheren Gehalt an wertvollen Nährstoffen, was der Fischzucht in anliegenden Gebieten zugute kommen würde –, werden trotzdem gravierende negative Effekte auf Meeresflora und -fauna erwartet, besonders im Hinblick auf die starken Temperaturveränderungen durch das Mischen der verschieden warmen Wasserschichten.

Die Methode ist im allgemeinen sehr teuer, auch beim Gebrauch von Spitzenmaterialien wird höchstens mit einer 40-jährigen Funktionstüchtigkeit gerechnet. Wegen des sehr geringen Wirkungsgrades ist eine große Anzahl derartiger Kraftwerke erforderlich, was wiederum eine starke ökologische Belastung erwarten läßt.

Probleme bringen die Verankerung, die Stabilisierung gegenüber Strömungen und auch die Wartung mit sich. Weiterhin besteht das Problem der Veralgung auf der warmen Seite des Wasserkreislaufes. Da in Küstennähe die notwendige Meerestiefe nur sehr selten vorkommt, ist eine teure Energieübertragung über große Entfernungen bis zum Verbraucher erforderlich. Die gut nutzbaren tropischen Gewässer liegen außerdem viel zu weit von den Zentren industrieller Großverbraucher entfernt, als daß eine Energieübertragung wirtschaftlich wäre. Der geringe Wirkungsgrad resultiert übrigens z.T. aus dem erforderlichen hohen Energieaufwand für das Bewegen der großen Wassermassen mittels Pumpen – für eine 100 MW-Anlage müssen immerhin 400.000 l/s umgeschlagen werden.

Drastisch ist auch ein Vergleich, bei dem davon ausgegangen wird, den gesamten weltweiten Energieverbrauch von etwa 2 TW (2009) alleine durch OTEC-Anlagen zu decken. Der hierfür benötigte Kaltwasserstrom würde in diesem Fall nämlich das Zehnfache der Wassermenge aller in die Meere fließenden Gewässer dieses Planeten betragen.

 


Als nächstes kommen wir zum Salinitätsgradienten.


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