Jules Vernes hatte zuerst über sie fabuliert. Im Roman "Zwanzigtausend Meilen unter'm Meer" spricht sein Kapitän Nemo über Elektrizität, die sich aus verschiedenen Tiefen des Ozeans gewinnen ließe. Der Physiker Jacques-Arsène d’Arsonval lieferte 1881 die technische Grundlage, deren Umsetzung aber noch fast 100 Jahre auf sich warten ließ. Zwischenzeitlich unternahm nur der Erfinder Georges Claude einige erfolglose Versuche, Energie aus der Meereswärme zu gewinnen.

Erst als 1973 der Ölpreis um über 70 Prozent stieg, regte das Industriestaaten wie die USA zu enormen Investitionen in erneuerbare Energien an. Was in Kalifornien Wind und Sonne lieferten, sollte im Bundesstaat Hawaii das Meer bereitstellen. Die Inselkette liegt in tropischen Breiten und das Oberflächenwasser wärmt sich hier besonders auf – beste Voraussetzungen für Ocean Thermal Energy Conversion, kurz OTEC.

Sonnenenergie aus dem Meer
© fotolia / Felix Renaud
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Die Sonne heizt beständig das Oberflächenwasser des Ozeans auf – doch in der Tiefe ist es kalt. Mit den richtigen Kraftwerken ließen sich daraus tausende Megawatt Strom gewinnen, ohne dass die Ozeanströmungen aus dem Tritt gerieten.

Ein solches Meereswärmekraftwerk braucht nicht viel, um zu funktionieren: zum einen das warme Wasser der Ozeanoberfläche, das beständig von der Sonne erwärmt wird, und zum anderen das kühle Wasser aus bis zu 1000 Meter Tiefe. Es stammt aus polaren Breiten, wo es in gewaltigen Strudeln in die Tiefe gezogen wird und dann Richtung Äquator strömt. Ein OTEC-Kraftwerk verwendet nun das gut 25 Grad Celsius warme Oberflächenwasser, um einen organischen Stoff zu verdampfen, der wiederum eine Turbine antreibt. Anschließend kühlt das Tiefenwasser den Stoff ab und macht ihn dadurch flüssig, was den Kreislauf schließt.

Genug Wärme für den weltweiten Energiebedarf

Das Potenzial der Meereswärme ist immens. Auf dem Höhepunkt der Ölkrise plante die US-Regierung, mit dieser Technik binnen 30 Jahren die Leistung einiger Atomkraftwerke zu erbringen. Weltweit ließen sich sogar mehrere Terawatt gewinnen, was den Energiebedarf der Menschheit theoretisch voll decken würde. Modellrechnungen zufolge würde sich die Temperatur der Meere bei mäßiger Anwendung kaum verändern – erst bei einem massiven Ausbau könnte sich das Muster der Meeresströmungen verändern.

Energie aus dem Temperaturunterschied
© Spektrum der Wissenschaft, nach: NOAA
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Das warme Oberflächenwasser bringt eine Arbeitssubstanz zum Verdampfen, die daraufhin über eine Turbine einen Generator antreibt. Das hochgepumpte Tiefenwasser verflüssigt das Gas wieder, so dass es den Zyklus erneut durchlaufen kann. Damit ähnelt der Aufbau ein Stück weit der Geothermie – nur mit anderer Wärmequelle.

Darstellung nach NOAA

In einem bis zu 1000 Kilometer breiten Streifen um den Äquator ließe sich OTEC einsetzen und – das versprechen jedenfalls die Befürworter – und gleichzeitig die größten Probleme tropischer Inselstaaten lösen: Wasserknappheit und Hitze. Verdampft nämlich ein modifiziertes Meereswärmekraftwerk statt eines organischen Arbeitsmittels das Meerwasser unter Vakuumbedingungen direkt, würden als Bonus große Mengen Trinkwasser anfallen. Einmal angesaugt, ließe sich das kalte Tiefenwasser zudem für effiziente Klimaanlagen an Land verwenden. Zumindest diese Technik ist bereits heute auf etlichen Inseln im Betrieb.

Offshore-Anlagen mit Kabelanschluss

Dagegen verschwanden die Ideen für die Meereswärmekraftwerke selbst schon bald in den Schubladen. Denn die Ölkrise brachte zunächst ganz andere Offshore-Technologien voran: die Erschließung von Ölvorkommen unter dem Meer. Das wiederum stabilisierte die Ölpreise. Erst im Jahr 1993 ging auf Hawaii das bisher größte OTEC-Testkraftwerk in Betrieb. Es produzierte mit durchschnittlich 100 Kilowatt kaum mehr Strom als ein kleineres Solarfeld, konnte aber selbst nachts betrieben werden und lieferte damit beständigen Grundlaststrom.

Eine Pilotanlage in Indien verlor ihr Rohr in der Tiefsee – das Projekt scheiterte

Die Pilotanlage auf Hawaii wurde an Land errichtet und war über Rohre mit dem Meer verbunden. "Größere Kraftwerke müsste man aber auf Plattformen im Meer bauen, weil die Kosten für die Rohre sonst explodieren würden", erläutert der Ingenieur Gérard Nihous von der University of Hawaii, der an dem Projekt mitgearbeitet hat. Auf hoher See könnte der erzeugte Strom über Tiefseekabel an Land übertragen werden. Alternativ ließen sich die OTEC-Kraftwerke eines Tages auch ganz vom Festland abkoppeln, indem sie zunächst über Elektrolyse Wasserstoff gewinnen und diesen dann auf Tankschiffe verladen.

Die ökologischen Risiken könnten der Ozeanenergie das saubere Image nehmen

Bis heute sind nicht alle Probleme gelöst. Zwar ist der Betrieb größerer Plattformen auf hoher See längst kein Problem mehr. Ein gut 1000 Meter langes Rohr für das kalte Tiefenwasser dauerhaft stabil zu befestigen, ist aber nicht ganz einfach. Eine Testanlage in Indien scheiterte 2002, weil es seine Wasserleitung in den Tiefen verlor. Bei größeren Kraftwerken müssten die Rohre mit dem nötigen Auftrieb konstruiert werden, die sich nach einem schädlichen Tropensturm wieder einfangen ließen. "Prinzipiell gelten bei OTEC aber die gleichen Anforderungen, welche die Ölindustrie schon heute erfüllt", sagt Gérard Nihous.

Besonders Umweltschützer sehen OTEC-Kraftwerke aber mit Vorsicht: Denn jede Anlage würde immense Mengen Oberflächenwasser einsaugen. Doch gerade im warmen und sonnendurchfluteten Bereich knapp unter der Oberfläche spielt sich im tropischen Meer das Leben ab. Eine Studie im Auftrag des US-Wirtschaftsministeriums (PDF) beschäftigte sich 1986 mit den Folgen der OTEC-Technik für die Fischerei. Demnach schwimmen ausgewachsene Fische, Meeressäuger oder Schildkröten wohl schnell genug, um dem Zustrom zu entgehen. Vor allem kleine Lebewesen könnten aber eingesaugt werden, darunter viele Fischlarven. Weil Kleintiere auf den veränderlichen Wasserdruck im Rohr empfindlich reagieren würden, dürften die meisten von ihnen den Weg durch den Kraftwerksbau vermutlich nicht überleben.

Günstiger Gürtel
© Lockheed Martin; Daten: US Department of Energy
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In einem bis zu 1000 Kilometer breiten Streifen rund um den Äquator bietet sich die Energiegewinnung aus dem Meer an – in den roten Zonen ist diese Technik sogar besonders geeignet.

Für die Lebenswelt um das zweite ansaugende Rohr in 1000 Metern Tiefe gebe es bisher gar keine belastbaren Daten: In einem Bericht über die Risiken von OTEC-Anlagen (PDF) der US-amerikanischen Wetter- und Ozeanografiebehörde NOAA von 2010 heißt es, über solche Tiefen sei bis heute viel zu wenig bekannt. Wie viele Tiere eingesaugt werden können, ließe sich daher kaum abschätzen. Darüber hinaus könne der Einlass so weit unten nicht mehr ausreichend mit Filtern geschützt werden, weil sich diese bei hohem Wasserdruck nur schwer reinigen ließen.

Wohin mit dem Abwasser?

Nachdem kaltes und warmes Wasser den Kraftwerkszyklus durchlaufen haben, müssen sie wieder ins Meer eingeleitet werden. Da besonders das wärmere Oberflächenwasser keinesfalls die Wärmetauscher durch wuchernde Algen verstopfen darf, müsste es mit Chlor behandelt werden – und würde in dieser Form auch wieder ins Meer gelangen. Der giftige Stoff könnte Flora und Fauna belasten. Doch die Konzentrationen im eingeleiteten Wasser lägen weit unter den gesetzlichen Höchstwerten für die Einleitung in Gewässer, sagt Luis Vega. Der Ingenieur leitete die Testanlage auf Hawaii.

Eine größere Gefahr liegt vermutlich anderswo: Das hoch gepumpte Tiefenwasser ist reich an den Nährstoffen Phosphor und Stickstoff. Würden Ingenieure es direkt in den sonnendurchfluteten Teil des Ozeans zurückpumpen, entstünde das ideale Umfeld für eine Algenblüte, die das gesamte Ökosystem schädigen würde. Manche der explosionsartig auftretenden Algenarten enthalten Giftstoffe, die für viele Fische und Säugetiere schädlich sind. Selbst dieses Risiko ließe sich aber laut Luis Vega handhaben: Die Forscher der University of Hawaii schlagen vor, das Wasser aus dem Kraftwerk mindestens 90 Meter tief unter die so genannte photische Zone zu leiten. Es würde damit in den dunklen Bereich des Meeres gelangen, in dem Algen keine Fotosynthese mehr treiben können. Ein anschließendes Wiederaufsteigen des Wassers sei nicht möglich, weil es kühler und salzhaltiger sei als die Umgebung und damit eher weiter absinken würde.

"Ich glaube an den Bau erst, wenn ich ihn sehe" (Gérard Nihous)

Der NOAA-Studie zufolge könnte es aber selbst dort unten noch Schaden anrichten. Denn der offene Ozean ist für gewöhnlich geschichtet: Das Wasser jeder Schicht besitzt einen anderen Wasserdruck, Salzgehalt, pH-Wert und hat eine bestimmte Temperatur. Gerade Kleinlebewesen des Planktons sind an die speziellen Bedingungen einer bestimmten Tiefe angepasst. Sie könnten im Abwasserstrom großer OTEC-Kraftwerke sterben, selbst wenn das Wasser völlig sauber ist.

Ob die ökologischen Konsequenzen aber tatsächlich so groß wären, ist vor allem eine Frage des Standorts. Bisherige Versuchskraftwerke konzentrierten sich auf die Küsten und somit auf die belebtesten Regionen tropischer Gewässer. Der offene Ozean dagegen gilt nach unserem heutigen Wissenstand als Meereswüste, weil den meisten marinen Arten hier schlicht die Nährstoffe fehlen.

Investoren scheuen das Kostenrisiko für Großkraftwerke

Ein erstes größeres Kraftwerk vor der Küste will der US-Konzern Lockheed Martin in den nächsten Jahren an der südchinesischen Küste errichten. Dort soll es eine geplante grüne Luxusstadt mit sauberem Strom versorgen. Mit zehn Megawatt wird es laut Plan rund 100-mal mehr Leistung liefern als die Versuchsanlage auf Hawaii. "Ich glaube an deren Bau aber erst, wenn ich ihn sehe", sagt Gérard Nihous. Denn bislang fanden sich für so große OTEC-Kraftwerke kaum zahlungskräftige Investoren. Tatsächlich sind für die geplante Anlage in China noch nicht einmal die anvisierten Kosten an die Öffentlichkeit gesickert: Stolze 300 bis 500 Millionen US-Dollar dürfte das Pilotkraftwerk nach Schätzungen des Fachmagazins "Spectrum IEEE" aber kosten.

Auch eine zehnmal größere Anlage mit einer Leistung von 100 Megawatt wäre in Folge wohl technisch machbar, bräuchte aber immense Zulaufrohre mit einem Durchmesser von über 12 Metern. Diese Anlagen würden nach Schätzungen von Luis Vega jeweils fast eine Milliarde US-Dollar kosten. Doch erst so große Anlagen dürften konkurrenzfähig sein: Der gewonnene Strom sei nach seinen Berechnungen rund 18 US-Cent pro Kilowattstunde etwas teurer als der heutiger Offshore-Windkraftanlagen. Zumindest für tropische Inseln ohne eigene Bodenschätze könnte das lohnen. Denn deren Versorgung ist schon heute aufwändig und teuer – egal mit welcher Technologie.