Blaue Energie ist eine Möglichkeit, Energie durch Osmose zu gewinnen, also aus den Unterschieden in der Salzkonzentration zweier Wasservolumina. Durch die Trennung dieser Wassermassen durch eine semipermeable Membran entsteht ein Druckunterschied, der zum Antrieb einer Turbine genutzt werden kann. Die Turbine ist an einen Generator angeschlossen, der Strom erzeugt.
Dieser Unterschied kann an Orten genutzt werden, an denen Süßwasser ins Meer fließt.
Die osmotische Energietechnik befindet sich noch in der Entwicklung. Derzeit wird erforscht, ob es möglich ist, den Salzgehalt zu erhöhen, indem Abwärme mithilfe thermoelektrochemischer Systeme direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.
Einer der Vorteile der blauen Energie besteht darin, dass es sich um eine erneuerbare Energiequelle handelt, die keine Treibhausgasemissionen verursacht. Sie gilt auch als saubere Energie, da sie keine umweltschädlichen Abfälle erzeugt, sondern nur Wasser mit einer bestimmten Salzkonzentration ins Meer leitet.
Wie funktioniert blaue Energie?
Eine Salzlösung enthält Energie, die genutzt werden kann. Die Auflösung von Salz ist ein endothermer Prozess, bei dem beim Auflösen, wie bei den meisten Salzen, die Temperatur des Wassers sinkt.
Der Energieaufwand für die Verdunstung von Wasser ist bei Salzwasser größer als bei Süßwasser. Wenn sich also Salz- und Süßwasser bei gleicher Temperatur kreuzen, steigt die Temperatur leicht an. Durch diesen Temperaturanstieg entsteht Druck, der zum Antrieb hydraulischer Turbinen zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden kann.
Blaue Energie in der Natur
Dieser osmotische Prozess findet auch natürlich statt. In diesem Fall enthalten Pflanzenzellen Salze, deren Konzentration mit der Verdunstung zunimmt. Die Pflanzenzellwand ist eine Membran, die durch den Osmoseprozess Wasser aus dem Boden nach oben transportiert.
Nachteile der blauen Energie
Die Hauptnachteile dieser Art erneuerbarer Energien bestehen darin, dass osmotische Energie nur eine begrenzte Kapazität pro Quadratmeter Membranfläche hat, außerdem sind der Preis und die Widerstandsfähigkeit der Membranen begrenzt.
Ein weiteres Problem ist das Auftreten von Verunreinigungen der Membranen, bei denen es sich schließlich um extrem feine Filter handelt. Sowohl Süßwasser als auch Meerwasser enthalten Algen, Sand und Tonpartikel.
Methoden zur Nutzung blauer Energie
Verzögerte Druckosmose
Die erste Technik, die druckverzögerte Osmose (PRO), basiert auf der Osmose. Es entsteht, wenn Flusswasser (frisch) mit Meerwasser (salzhaltig) durch eine Membran in Kontakt kommt, die den Durchgang von Wasser, jedoch nicht von gelösten Substanzen wie Salz ermöglicht. Süßwasser fließt durch die Membran zur salzigen Seite und strömt ins Meer. Dort entsteht ein osmotischer Druck, der als Energiequelle genutzt werden kann.
Bei 10 °C und einem Salzkonzentrationsunterschied von 3,5 % steigt der Druck theoretisch auf 28 bar. Der tatsächliche Druck ist aufgrund der auftretenden Verdünnung geringer. Mit dem entstehenden Druck kann eine hydraulische Turbine angetrieben und Strom erzeugt werden.
Als Abfallprodukt entsteht Brackwasser; nichts anderes als das, was passiert wäre, wenn das Wasser ohne Hindernisse das Meer erreicht hätte.
Umgekehrte Elektrodialyse
Eine zweite Methode nutzt die umgekehrte Elektrodialyse. Fließendes Salz- und Süßwasser ist von ionenselektiven Membranen umgeben, wodurch die Spannung zwischen diesen Membranen minimal ist.
Durch die Reihenschaltung der Membranen entsteht eine nutzbare Spannung und es wird sofort Strom erzeugt. Das Problem bleibt eine zu geringe Kapazität pro m² Membranfläche.
Ammoniak
Eine dritte Methode nutzt Ammoniak (NH3) in einer Brennstoffzelle mit ionenselektiven Membranen. Kalorienarme Abwärme stellt den erforderlichen Konzentrationsunterschied wieder her und nutzt Abwärme beispielsweise aus der Industrie (Thermisch regenerative Ammoniakbatterie TRAB).
Diese Methode zur Nutzung osmotischer Energie befindet sich noch in der Studienphase.
