Strom aus dem Wasser

Für Taiwan Heute (übersetzt aus dem Englischen von Tilman Aretz)

Ende August vergangenen Jahres stand an einem Forschungsinstitut der National Taiwan Ocean University (NTOU) in der nordtaiwanischen Hafenstadt Keelung ein Metallgebilde auf der Ladefläche eines Lastwagens. Das Ungetüm sah aus wie eine Mischung aus einem tödlichen Torpedo und einem harmlosen Flugzeugpropeller auf einem pyramidenförmigen Gestell, doch kurz bevor der LKW sich in Bewegung setzte, hielt gut ein Dutzend Anwesende die Szene emsig mit Fotoapparaten und Videokameras fest, als handele es sich um einen einheimischen Popstar. Tatsächlich transportierte der Laster einen Prototyp für eine Ozeanströmung-Turbine zum ersten Versuchseinsatz im Meer, und die Wissenschaftler, die das Design perfektionieren, hegen große Hoffnungen, Anlagen dieser Art könnten eines Tages einen Ausweg aus der prekären Energielage der Insel bieten.

99 Prozent der primären Energie-Ressourcen in Taiwan werden importiert, und diese Situation hat viele Akademiker dazu inspiriert, Forschungspapiere über die Nutzung der Energie des Meeres zu verfassen. In jüngster Zeit gewann die Unterstützung für die Entwicklung von Technologie zur Umsetzung der Idee in die Praxis an Schwung, und es wurde ernsthaft die Arbeit an zwei solchen Projekten in Angriff genommen — Stromerzeugung aus Meeresströmungen und aus dem Ozean-Tidenhub.

Im August 2012 kündigte der Nationale Wissenschaftsrat (National Science Council, NSC), eine Behörde in Ministeriumsrang, Pläne an, in den Gewässern unweit der Grünen Insel (Lüdao 綠島) vor der Küste des osttaiwanischen Landkreises Taitung eine Pilotanlage für Meeres-Energie in Betrieb zu nehmen. Der NSC, Taiwans wichtigste Regierungsbehörde für wissenschaftliche Forschung, hat für die Pilotanlage, mit der 30 Megawatt Elektrizität — genug Strom für gut 50 000 Haushalte — erzeugt werden sollen, 3 Milliarden NT$ (76,9 Millionen Euro) bewilligt. Je nach den Resultaten könnte die Pilotanlage, die um 2016 in Betrieb gehen soll, den Weg für ein kommerzielles Kraftwerk ebnen, in der eine oder beide Technologien zur Anwendung kommen. Eine große Anlage hätte laut Schätzungen vom NSC das Potenzial, erstaunliche 10 Gigawatt Energie zu erzeugen, so viel wie zwei Kernkraftwerke.

Der von der NTOU entwickelte Turbinen-Prototyp soll die Kuroshio-Strömung zwischen den Philippinen und Japan entlang Taiwans Ostküste nutzen, eine der bedeutenden Meeresströmungen dieses Planeten.

„Wenn das Budget stimmt, könnten schließlich Generatoren-Gruppen, die von Rotoren mit einem Durchmesser von 20 Metern angetrieben werden, verwirklicht werden“, wirbt Kehr Young-zehr, Professor an der NTOU-Abteilung für Anlagentechnik und Schiffsbau, der auch das Team leitete, welches den Prototypen für den Meeresströmung-Generator schuf. „Es läuft alles auf den politischen Willen hinaus; alles wird glatt gehen, wenn die Regierung weiterhin die Forschung finanziert.“

Im Hinblick auf Energiesicherheit könnte ein funktionierendes Kraftwerk im Meer Taiwans Situation enorm verbessern. Zur Zeit ist die Wirtschaft des Landes von fossilen Brennstoffen abhängig, die aus dem Persischen Golf, aus Afrika oder Festlandchina hertransportiert werden, und wenn aus irgendwelchen Gründen kein Nachschub verfügbar sein sollte oder die Preise sich wesentlich erhöhen, würde die volkswirtschaftliche Aktivität in Taiwan erheblich in Mitleidenschaft gezogen. Atomkraft gilt ebenfalls nicht als Patentrezept, um den Energiebedarf zu decken. Die dicht besiedelte Insel wird häufig von Erdbeben erschüttert und ist durch drohende Tsunamis gefährdet, und seit der Nuklearkatastrophe in Japan im März 2011 nimmt in der taiwanischen Öffentlichkeit die Unterstützung für ein atomfreies Taiwan zu.

Traditionelle grüne Energiequellen sind gleichermaßen mit schweren Nachteilen verbunden, welche ihre Nützlichkeit einschränken. Der Wind an Taiwans Westküste, wo die meisten von Taiwans Industriebetrieben ihren Standort haben, weist beträchtliche Schwankungen zwischen leichten Brisen und Orkanböen während Taifunen auf. Das bedeutet, dass viele Orte, wo besonders viel Strom benötigt wird, sich schlecht als Standorte für Windräder eignen. Außerdem lässt sich Windenergie nur schwer speichern. Solarstrom erscheint wegen der hohen Zahl von Tagen mit sonnigem Wetter in Taiwan naheliegend, doch ebenso wie bei der Windenergie gibt es große Probleme beim Speichern der Elektrizität. Bislang hat man noch keine kosteneffiziente Methode gefunden, mit Solarstrom, der tagsüber erzeugt wird, die vielen Fabriken des Landes zu versorgen, die rund um die Uhr in Betrieb sind. Ein zusätzlich erschwerender Umstand ist die Isolation von Taiwans Stromnetz, welche in Notfällen, wenn die Versorgung aus dem Inland nicht ausreicht, einen Erwerb von Energie aus Nachbarländern unmöglich macht, anders als in Deutschland, dem Vorreiter bei grüner Energie, wo man gelegentlich auf diese Maßnahme zurückgreifen muss und kann. Zwar gäbe es noch Übertragungsprobleme für Energie, die im Meer vor Taiwans Ostküste erzeugt würde, aber die Stromversorgung aus Strömungen oder Tidenhub wäre gleichmäßig und berechenbar.

Der Probebetrieb auf See für den aktuellen Prototypen des Meeresströmung-Generators begann im August 2012 am Keelung Sill, einem seichten Meeresgebiet zwischen dem Hafen der Stadt und dem gut drei Kilometer entfernten Keelung Island. Kehrs Team hatte seit Mitte 2010 an dem Modell gearbeitet. Die Konstruktionskosten für den Prototypen beliefen sich auf 4 Millionen NT$ (102 564 Euro), und vor dem ersten Einsatz auf See hatte man das Gerät ausgiebiger Feinabstimmung im Kavitationstunnel der Universität unterzogen, einer Wasser-Kammer, in der man Designs von Schiffsschrauben, Rümpfen und gelegentlich Torpedos testet. Neben dem Rotor und dem magnetischen Stromgenerator sind die wichtigsten Teile das Getriebe, welches die Umdrehungen pro Minute erhöht, damit die gesamte Apparatur auf eine vernünftige Größe beschränkt bleiben kann, und die Heckflosse, mit der das Gerät sich automatisch an die Fließrichtung der Strömung anpassen kann. Bezahlt wurde der Prototyp vom NSC.

Für den ersten Test im Meer verband ein Taucher den Prototypen mit einem Betonfundament am Meeresboden in einer Tiefe von ungefähr 10 Metern. Bei einer Pilotanlage wird es indes nach Kehrs Worten ganz anders aussehen, denn er nimmt an, dass diese in viel tieferen Gewässern direkt nordwestlich der Grünen Insel installiert werden wird. „Die Grüne Insel wirkt wie eine Barriere und teilt die Kuroshio-Strömung quasi in zwei Arme“, beschreibt Kehr den ausgewählten Standort. „Die Fließgeschwindigkeit ist in der Zone hinter der Insel am höchsten, dort, wo die beiden Arme der Strömung wieder zusammenkommen und der Meeresgrund steil ansteigt, wodurch sich der Raum für die Strömung verengt. Dieses Phänomen gibt uns vor, wo die Turbinen installiert werden müssen.“

Tief unter der Oberfläche

Das Problem ist, dass der Ozean im 20 Kilometer langen Zielbereich der Pilotanlage mindestens 100 Meter tief ist, weswegen man die Turbinen nicht einfach auf einen Betonsockel am Meeresgrund schrauben kann. Stattdessen werden sie mit Trossen am Meeresgrund verankert und 25 Meter unter der Oberfläche treiben. Im Falle eines Taifuns werden sie laut Kehr bei zu schwerem Seegang tiefer gezogen: „Das erreicht man, indem man den Auftrieb sowohl durch die ,Flügel‘, die ähnlich wie Landebremsen an einem Flugzeug funktionieren, als auch durch Pumpen, mit denen man eingebaute Tanks mit Seewasser füllt oder diese leert, ändert.“

Auf die Frage nach dem schwierigsten Teil des Plans antwortet Kehr ohne großes Zögern. „Die Befestigung der Trossen am Meeresgrund ist außerordentlich problematisch“, versichert er. „Für Öl-Pipelines gibt es gewisse Maßnahmen, aber die sind teuer. Wir müssen noch eine wirtschaftliche Lösung finden.“

Kopfschmerzen wird zweifellos auch die Wartung der Stromgeneratoren bereiten. Mehrere davon werden am Ende in riesigen Metallkästen eingebaut werden, die Kehr „Körper“ nennt und Dutzende von Metern lang und breit sein könnten. Die Körper werden rasch mit Seegras überwuchert sein, das regelmäßig abgeschabt werden muss, weil sich das Körper-Gewicht sonst zu stark erhöht.

Trotzdem ist Kehr offenbar zuversichtlich, dass die Probleme bewältigt werden können. Sobald die Pilotanlage erst einmal in Betrieb ist, wird sie allein leicht den Strombedarf der gut 2000 Bewohner der Grünen Insel decken können, die bislang von Dieselkraftstoff abhängig sind, einer bei weitem teureren Energiequelle als die sonstwo in Taiwan übliche Kohle, wirbt Kehr.

Dass das Projekt der NTOU sehr ernst genommen wird, ist ferner an der Beteiligung von Wanchi Steel Industrial Co. Ltd. erkennbar, einer gewichtigen Größe in Taiwans Schwerindustrie. Die Ingenieure des Unternehmens hatten mit mehreren namhaften Projekten der Insel zu tun, etwa der Naphta-Crackerfabrik Nr. 6 von Formosa Petrochemical Corp., Taiwans Hochgeschwindigkeits-Eisenbahn sowie dem vierten Atomkraftwerk Taiwans in Gongliao (New Taipei City), dessen Bauarbeiten kurz vor dem Abschluss stehen. Wanchi konstruierte einen Prototypen für die „Körper“ um die Strömungsgeneratoren, die ersten Tests auf See sollten Ende 2012 stattfinden.

Kehr ist voller Elan über Taiwans Potenzial, in die Entwicklung der erforderlichen Technologie vorzustoßen. „Das Kuroshio-Projekt unterscheidet sich grundlegend von dem, was andere Länder machen“, unterstreicht er und erklärt, dass in Kanada, England und Irland zwar schon mehrere Kraftwerke im Meer in Betrieb sind, jene aber die Kraft der Gezeiten nutzen, keine Meeresströmungen. „Gezeitenstrom gibt es nur an wenigen Stunden des Tages, Elektrizität aus Meeresströmungen kann man dagegen rund um die Uhr erzeugen“, stellt er fest. „Damit wird auch das Problem der Stromspeicherung einigermaßen gelöst. Die Kuroshio-Strömung [als Teil der nordpazifischen Ozeandrehung] verläuft entlang Alaska, Japan und den Philippinen, doch die Lage der Grünen Insel als Verstärker der Fließgeschwindigkeit macht sie hier in Taiwan überaus vielversprechend.“

Eine zweite einheimische Gruppe, welche das Meer nach Möglichkeiten der Stromausbeute erkundet, wird von Chen Bang-fuh geleitet, Professor an der Abteilung für Meeresumwelt und –technik der National Sun Yat-sen University (NSYSU) in der südtaiwanischen Hafenmetropole Kaohsiung. Chens Gruppe konzentriert sich auf Gezeitenenergie, die in viel flacheren Gewässern erzeugt werden kann.

Mit Ebbe und Flut

Die Entwicklung des Prototypen der Gruppe nahm drei Jahre in Anspruch und kostete 3,5 Millionen NT$ (89 743 Euro), und auch hier kam die Finanzierung vom NSC. Die Anlage ähnelt einem plumpen Katamaran, der auf der Wasseroberfläche treibt, mit einem Rotor von 1,2 Metern Durchmesser in 2,5 Metern Tiefe zwischen zwei Bootskörpern. Während der ersten Tests im Meer vor Inseln des Penghu-Archipels in der Taiwanstraße war die Anlage nicht direkt am Meeresboden befestigt, sondern mit Betonblöcken auf dem Meeresgrund verankert. Chen räumt ein, dass man nur beim Abfließen der Gezeiten brauchbare Strommengen erzeugen könne, doch der entscheidende Vorteil des Systems beruhe darin, die unerhört hohen Bau- und Betriebskosten von Tiefseedesigns zu vermeiden.

Das Team von der NSYSU setzte seinen Prototypen im August 2012 in Gang, etwa zur gleichen Zeit wie das NTOU-Projekt, doch der erste Test zur See begann gerade einen Tag, bevor der Taifun Tembin über die Insel hinwegrollte. Die Resultate waren dennoch ermutigend, denn der Prototyp meisterte die harte Prüfung mit Bravour, freut sich Chen. „Taiwans erster magnetischer Gezeitenströmungs-Tauchgenerator funktionierte mindestens vier Tage lang bestens, bis die Turbine von Treibholz getroffen wurde“, berichtet er. „Die Gezeiten-Fließgeschwindigkeit betrug etwas mehr als 0,5 Meter pro Sekunde, womit eine Stromleistung von etwa 82 Watt erzielt wurde.“

Das erscheint nicht besonders viel, doch Chen glaubt, dass bei einer Steigerung der Fließgeschwindigkeit des Wassers durch die Anlage auf 1,5 Meter pro Sekunde — was man nach seinen Worten mit einfachen Änderungen am Design ohne weiteres erreichen könnte — die Leistung auf über 2000 Watt erhöht werden könnte, genug, um etwa 40 haushaltsübliche Ventilatoren zu betreiben.

Tests für die Gezeitenkraft- und Strömungskraft-Prototypen werden wahrscheinlich im Laufe dieses Jahres in Gewässer nahe der Grünen Insel verlegt.

Ein Problem, über welches das NSYSU-Team intensiv nachdenkt, dreht sich darum, wie man den Rotor vor Objekten wie Treibholz schützt, ohne die Fließgeschwindigkeit zu bremsen. Zur Lösung wird es voraussichtlich auf eine Art Netz hinauslaufen, aber das genaue Design muss noch ausgearbeitet werden. Eine weitere Herausforderung ist, bestimmte Mechanismen wasserdicht zu halten. So wie der Strömungsgenerator der NTOU würde die komplette Gezeitenstrom-Anlage am Ende unter die Wasseroberfläche versenkt, sobald ein Taifun näher kommt, deswegen müssten alle Versiegelungen höherem Wasserdruck standhalten können.

Die Dimension der Stromerzeugung ist ein weiterer wichtiger Faktor bei der Frage, ob ein Plan wirtschaftlich ist oder nicht. „Investoren haben ab einem Megawatt aufwärts Interesse“, sagt Chen. Gemäß seinen Plänen würden in einen Körper 25 Einheiten mit einer Leistung von jeweils 10 Kilowatt eingebaut, also wäre die Idee mit einer Gruppe von nur wenigen Körpern wirtschaftlich durchführbar. „Dem NSC schwebt vor, dass das bis 2030 vor der Grünen Insel Realität wird“, kolportiert er.

Sache für Experten

Ebenfalls eine Rolle spielt die Zahl der hochgradig qualifizierten Arbeitskräfte, die man brauchen würde. Ein Blick auf Chens Team legt an den Tag, dass Experten aus recht vielen wissenschaftlichen Bereichen mit vereinten Kräften arbeiten müssen, um solch ehrgeizige Ziele zu erreichen. Bislang gibt es in dem Team unter anderem einen Elektrotechniker, einen Mechaniker, einen Bauingenieur, einen Ozeantechniker, einen Meeresphysiker und einen Meeresarchitekten.

Dazu ist zu bedenken, dass Energie, nur weil sie durch die Kraft des Meeres erzeugt und daher als erneuerbar kategorisiert wurde, nicht automatisch bedeutet, sie sei umweltfreundlich, bemerkt Bruno Walther, Dozent für Umweltwissenschaften an der Taipei Medical University. Nach seiner Ansicht wird die Umweltfreundlichkeit des Projekts auch von seiner Dimension abhängen. „Zum Beispiel ist es in Ordnung, wenn 1 Prozent der europäischen Nordsee mit Windrädern vollgestellt wird, solange sie nicht direkt in den Flugkorridoren von Zugvögeln stehen“, definiert er. „Sind es aber 10 bis 20 Prozent, dann ist es zu viel.“

Das Gleiche müsse für Meeresströmungs-Stromgeneratoren gelten, fordert Walther, denn je mehr von diesen an einem bestimmten Platz aufgestellt würden, desto mehr werde ihr Bau, Wartung und Betrieb die Umwelt beeinträchtigen. „So wie es bei Windkraft der Fall war, muss der Einrichtung von Ozean-Kraftwerken ausgiebige Forschung vorangehen“, empfiehlt Walther. Studien hätten etwa gezeigt, dass Rotoren, die sich zu schnell drehen, Vögel und Fledermäuse in großer Zahl vernichten. „Der Schaden verringerte sich jedoch wesentlich, nachdem man die Rotationsgeschwindigkeit angepasst hatte“, so Walther. „Werden nun Fische eingesogen und in Stücke gehackt? Was wird auf diesen Maschinen wachsen, und wie wird das entfernt? Diese Fragen müssen von der Wissenschaft beantwortet werden.“

Das soll keineswegs heißen, dass Walther Kehr und Chen nicht nach Kräften die Daumen drückt. Die Technologie, an der die beiden arbeiten, ist vielversprechend, und weil Wasser eine viel höhere Dichte als Luft hat, könnte man theoretisch mit Ozeanrotoren deutlich mehr Energie erzeugen als mit Windrädern, kalkuliert er.

„Energiesparen vereint mit erneuerbarer Energie sind die einzigen Maßnahmen, welche unsere Energieprobleme lösen können“, mahnt Walther. „Im Idealfall würde das mit einem Weg zu unbegrenztem Wirtschaftswachstum einhergehen.“

In Chens Augen gibt es einen weiteren wichtigen Bestandteil, den man braucht, um den Traum von umweltfreundlicher Energie zu verwirklichen: Leidenschaft. „Für den Erfolg ist es entscheidend, dass die beteiligten Wissenschaftler mit Freuden ihre Zeit damit verbringen, die erforderliche Technologie zu entwickeln und zu verfeinern“, weiß er. „Und wenn wir kommerzielle Ozean-Kraftwerke in Gang bekommen, wird man keine Atomkraft mehr brauchen.“

(Deutsch von Tilman Aretz)

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Jens Kastner ist freischaffender Journalist und lebt in Taipeh.

Copyright © 2013 Jens Kastner

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