Blaue Energie aus der Vermischung von Salz- und Süßwasser

Theoretisch lässt sich aus der Mischung von Frisch- mit Seewasser Energie in Höhe von 0,65 kWh pro Kubikmeter gewinnen, doch dieses Potenzial wirtschaftlich zu nutzen, ist bisher noch nicht gelungen. Forscher der Universität von Stanford haben eine Batterie aus kostengünstigen Materialien entwickelt und als Prototyp getestet, die mit Meer- und Frischwasser betrieben wird.

von Jonas Völker | 05.08.19

Meerwasser kann nicht nur durch seine Strömung, sondern auch durch den im Vergleich zum Süßwasser hohen Salzgehalt als Energiequelle dienen.

Forschung & Entwicklung

Im Gegensatz zu früheren Methoden der Energiegewinnung aus Wasserströmen mit unterschiedlichem Salzgehalt nutzt die neu entwickelte Batterie elektrochemische Prozesse und kommt ohne Druckdifferenz oder Membranen aus. Ihre Funktion besteht darin, dass eine Elektrode bei Frischwasserdurchfluss zunächst Chlorid- und Natriumionen in die Lösung entlässt, wodurch Strom fließt, und bei Wechsel der Durchströmung von Frisch- zu Salzwasser diese Ionen wieder aufnimmt, ebenfalls unter Stromabgabe. In den Laborversuchen in Stanford konnte die Arbeitsgruppe um Craig Criddle, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Stanford University, zwar nur relativ geringe Energieausbeuten pro Elektrodenfläche messen, das Potenzial für Großanlagen wird aber trotzdem hoch eingeschätzt. Das liegt an der gleichmäßigen Energieausbeute und dem einfachen Aufbau ohne Membranen und bewegliche Teile. Außerdem geht man davon aus, dass der Betrieb der Batterie ohne externe Energiequelle oder aufwändige Mess- und Steuerungstechnik möglich ist.
Die Elektrode besteht aus dem mineralischen Pigment Eisen(III)-hexacyanoferrat(II), besser bekannt als Berliner Blau oder Preußisch Blau, und Polypyrrol. Sie ist beschichtet mit Polyvinylalkohol und Sulfobernsteinsäure zum Schutz vor Korrosion. Dies sind alles kostengünstigeund außerdem robuste Materialien. In den Laborversuchen konnte nach mehr als 180 Be- und Entladezyklen ein Erhalt von 97 % der ursprünglichen Effektivität gemessen werden.

Erster Einsatz an küstennahen Kläranlagen

Die Erzeuger der Batterie sehen in küstennahen Kläranlagen eine erste wichtige Anwendung, weil diese ihr aufbereitetes Abwasser ins Meer entlassen. Sie testeten die Batterie mit dem Ablauf der Kläranlage von Palo Alto und dem aus der nahen Half Moon Bay gewonnenem Meerwasser. Die Idee dahinter ist, Kläranlagen unabhängig von externer Energiezufuhr zu machen und damit auch unabhängig von Stromausfällen, wie sie in letzter Zeit beispielsweise in Californien aufgrund starker Waldbrände auftraten.

Pressure Retarded Osmosis: bisher nicht wirtschaftlich

Die Idee, aus dem Salinitätsgradient zwischen Fluss- und Meerwasser Energie zu gewinnen, verfolgte der norwegische Energiekonzern Statkraft über mehr als 10 Jahre. Im Jahr 2009 errichtete das Unternehmen eine Demonstrationsanlage zur Gewinnung der „Osmotic Power“ mittels Osmose durch eine Membran (PRO für pressure retarded osmosis) in Tofte am Oslofjord. Bei der PRO trennt eine wasserdurchlässige Membran das Süßwasser vom salzhaltigen Seewasser. Aufgrund der Differenz der osmotischen Drücke tritt ein Wasserfluss durch die Membran von der Süß- auf die Salzwasserseite auf. Die Energie dieses Wasserflusses wird in einer nachgeschalteten Turbine in Strom umgewandelt.
Statkraft stoppte dieses Vorhaben, weil es nicht gelang, Membranen herzustellen, die bei einem vertretbaren Handelspreis eine geforderte Energiedichte von etwa 5 W/m² bereitstellen konnten.
Den Link zur Originalpublikation über die "Stanford-Batterie" (open access) finden Sie hier.