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 22.10.2017

Energiewirtschaft

Verdunsten und Strom produzieren

Strom aus Verdunstung hat enormes Potenzial. Allein in den USA könnten Verdunstungskraftwerke künftig einen Grossteil des Strombedarfs decken.

Der Aufbau von Wind-, Wasser- und Solarkraftwerken schreitet weltweit voran mit jährlichen Wachstumsraten von knapp zehn Prozent. Die Anlagen decken bereits etwa einen Viertel des globalen Strombedarfs. Nun schlagen amerikanische Wissenschafter eine weitere, bisher ungenutzte erneuerbare Stromquelle vor: die Verdunstung von Wasser. Die Technik beruht wie die Windkraft und der Solarstrom letztlich auf der Sonneneinstrahlung. In der Fachzeitschrift «Nature Communications» beziffern die Wissenschafter nun das noch brachliegende, grosse Potenzial von zukünftigen Verdunstungskraftwerken. So könnten die Anlagen in den USA ein Leistungsreservoir von bis zu 325 Gigawatt anzapfen.

Leistungssrak wie andere Technologien
«Verdunstung ist vergleichbar leistungsstark wie die Technologie, um Wind-, Wasser- und Sonnenkraft zu nutzen», sagt Ozgur Sahin von der Columbia University in New York. Gemeinsam mit seinen Kollegen schätzte er das Potenzial der nutzbaren Verdunstungsenergie ab, die alle Seen und Staubecken in den USA ab einer Wasserfläche von einem Zehntel Quadratkilometer bieten. Grundlage der Schätzung ist die Tatsache, dass Verdunstungsprozesse auf der Erdoberfläche etwa die Hälfte der Energie der Sonneneinstrahlung in Anspruch nehmen. Ein Teil dieser Energie könnte in Strom umgewandelt werden. Im Detail analysierte das Forscherteam Parameter wie Sonneneinstrahlung, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windgeschwindigkeit. Gerade in wärmeren Regionen im Südwesten der USA wie Kalifornien und Arizona ermittelte es eine Leistungsdichte für Verdunstungsprozesse von bis zu zehn Watt pro Quadratmeter. Dieser Wert entspricht sogar dem Dreifachen der Leistungsdichte von Wind. Verdunstungskraftwerke bräuchten entsprechend einen kleineren Wirkungsgrad, um auf gleicher Fläche die gleiche Stromausbeute zu erreichen. Da zudem Wasser Wärme gut speichert, könnten Verdunstungskraftwerke sogar rund um die Uhr und unabhängig von der aktuellen Witterung laufen.

Noch nicht ausgereift
Das Problem an Sahins Vision liegt darin, dass es noch keine ausgereifte Technologie gibt, um Verdunstungsenergie effizient in Strom umzuwandeln. Doch er konnte bereits mit einem hydromechanischen Aufbau die grundsätzliche Machbarkeit eines Verdunstungskraftwerks belegen. Sein Prototyp besteht aus speziellen Bakteriensporen, die er in einem flexiblen Kunststoffmantel fixierte. In feuchtem Zustand dehnten sich diese Sporen aus, in trockener Umgebung schrumpften sie wieder zusammen. Wechselnde Luftfeuchte führte also zu einer mechanischen Bewegung, die einen Stromgenerator antreiben könnte.

Auf Entwicklung setzen
Diese Fasern hängte Sahin in eine kleine Testkammer, die er direkt über eine Wasserfläche setzte. Nahm nun über Verdunstung die Luftfeuchte in der Kammer zu, streckten sich die Fa-sern. Über eine obere Klappe wurde die feuchte Luft durch die trockenere Luft der Umgebung ausgetauscht und die Fasern zogen sich wieder zusammen. Diese mindestens im Minutentakt erfolgende zyklische mechanische Bewegung konnte einen kleinen Stromgenerator in Rotation versetzen. So lieferte der etwa handgrosse Prototyp Strom mit einigen Mikrowatt Leistung, gerade genug für eine Leuchtdiode. Um mit solchen Modulen einen gan- zen See zu bedecken, ist der Wirkungsgrad von unter einem Prozent noch viel zu klein. Aber Sahin ist überzeugt, dass sich wirkungsvollere Prinzipien für ein Verdunstungskraftwerk noch entwickeln liessen. Doch auch wenn keine grossen Steigerungen des Wirkungsgrads gelingen sollten, könnten kleine Verdunstungsmodule genug Strom für autarke Umweltsensoren erzeugen. (Quelle: Schweiz am Sonntag)

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