Osmosekraftwerke: Neue Membran gewinnt Strom aus Salz- und Süßwasser

Osmosekraftwerke: Neue Membran gewinnt Strom aus Salz- und Süßwasser

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Die Forscher aus Lausanne haben ihre Membran in einer Animation darstellen lassen. (Foto: Steven Duensing / National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois, Urbana-Champaign; zum Vergrößern klicken)

von Hendrik Bensch

Im Salzwasser steckt Energie. Mischt es sich mit Süßwasser, bewegen sich Salz-Ionen. Eine Membran kann so einige hundert Watt Leistung bringen.

Wenn Meer- und Süßwasser aufeinandertreffen, bietet das auch die Chance, Energie zu gewinnen – mithilfe von Osmosekraftwerken. Sie nutzen die Kräfte, die durch die unterschiedlichen Salzgehalte der beiden Gewässer entstehen.

In bisherigen Kraftwerks-Prototypen war die Energieausbeute jedoch so gering, dass sie sich wirtschaftlich nicht lohnten. Eine Neuentwicklung von Wissenschaftlern aus Lausanne könnte die Forschung jetzt voranbringen. Sie haben in der Fachzeitschrift Nature ein neues System vorgestellt, das die Kraft der Osmose wesentlich effizienter nutzt als bisherige Systeme.

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Ihr Konzept funktioniert nach dem natürlichen Prinzip der Osmose. Dabei trennt eine halbdurchlässige Membran zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Salzkonzentration. Die Wissenschaftler haben dafür Meerwasser und Süßwasser verwendet. Geladene Wasserteilchen (Salz-Ionen) aus dem Meerwasser bewegen sich nun ins Süßwasser, bis sich die Salzkonzentration der beiden Gewässer angeglichen hat. Diese Bewegung wird genutzt, um Energie zu gewinnen.

Nano-Membran bietet große Chancen

Das Besondere an dem System der Forscher aus Lausanne ist die Membran. Sie ist gerade einmal drei Atome dick. Und sie lässt positiv geladene Teilchen durch eine winzige Pore hindurch, während die negativ geladenen Ionen größtenteils abgestoßen werden. Die optimale Größe für diese Nanopore zu finden, war schwierig. "Wenn sie zu groß ist, können negative Ionen hindurch gelangen und die Spannung wäre zu gering", so Studienleiterin Jiandon Feng. "Wenn sie hingegen zu klein ist, können nicht genug Ionen hindurch gelangen, und der Strom wäre zu schwach."

Das Potenzial des neuen Systems ist groß. Eine Membran mit der Größe von einem Quadratmeter könnte einen Megawatt Leistung erzeugen. Das ist etwa so viel wie 50.000 Energiesparlampen verbrauchen. Jedoch ist das nur ein rein theoretischer Wert. Bislang laufen die Forschungen nur im Labormaßstab. Und bisher haben die Forscher nur mit einem System mit einer Nanopore gearbeitet. Die größte Herausforderung sehen die Forscher nun darin, wie man einheitliche Poren erzeugt.

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Die Kraft der Gezeiten versucht diese Anlage auf der schottischen Insel Islay in Strom umzuwandeln - das Potenzial gilt als enorm. (Foto: obs/Voith AG) Quelle: obs

In Zukunft muss sich zudem noch zeigen, ob sich die Innovation wirtschaftlich lohnt. Bisherige Osmosekraftwerke sind daran bislang gescheitert. 2009 hatte der norwegische Energiekonzern Statkraft den weltweit ersten Prototypen in Betrieb genommen. 2013 stoppte das Unternehmen jedoch das Kraftwerk. Die Begründung: In absehbarer Zukunft sei es nicht möglich, die Technologie so effizient zu machen, dass sie mit anderen Technologien mithalten könne. Die Forscher aus Lausanne wollen nun den Gegenbeweis antreten.

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