Die jüngsten Störungen der Ölversorgung im Nahen Osten haben die Energiepreise in die Höhe schnellen lassen und die Länder daran erinnert, wie anfällig sie nach wie vor gegenüber importierten fossilen Brennstoffen sind. Gleichzeitig wird erwartet, dass sich der weltweite Strombedarf bis 2050 nahezu verdreifachen wird.
Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren werden zweifellos die zentrale Rolle spielen. Aber beides hängt vom Wetter ab: An windstillen Tagen stehen Windkraftanlagen still, bei bewölktem Himmel erzeugen Solarpaneele weniger und nachts gar nichts. Diese Variabilität weckt das Interesse an vorhersehbareren Quellen sauberer Energie.
Eine vielversprechende Möglichkeit liegt unter der Meeresoberfläche.
Gezeitenstromturbinen funktionieren ähnlich wie Windturbinen, nur unter Wasser. Da die Gezeiten an Orten wie Großbritannien vorhersehbar zweimal am Tag ein- und ausströmen, dreht das fließende Wasser Turbinenschaufeln, um Strom zu erzeugen. Dieser Strom wird dann über Kabel entlang des Meeresbodens an Land übertragen. Im Gegensatz zu Wind und Sonne werden Gezeiten durch die Anziehungskraft von Mond und Sonne bestimmt, wodurch sie bereits Jahre im Voraus vorhersehbar sind.
Die Regierungen beginnen, darauf aufmerksam zu werden. Großbritannien und Frankreich investieren in Gezeitenstromenergie und planen, im nächsten Jahrzehnt eine Kapazität von mindestens 400 Megawatt zu installieren; genug, um eine Stadt wie Leeds oder Amsterdam mit Strom zu versorgen.
Auch andere Länder, darunter Kanada, die USA, China und Japan, erforschen die Technologie, wenn auch mit viel kleineren Projekten.
Trotz dieses wachsenden Interesses bleibt eine grundlegende Frage bestehen: Wie viel Strom können Gezeitenströmungen tatsächlich produzieren und wo befindet sich dieser?
Ich habe mit Experten aus der ganzen Welt zusammengearbeitet, um bei der Beantwortung dieser Fragen zu helfen. In unserer neuen Forschung haben wir mehr als 400 potenzielle Gezeitenenergiestandorte in 19 Ländern in Europa, Amerika, Asien und Australasien identifiziert. Dies sind Orte, an denen das Wasser schnell genug und in geeigneten Tiefen fließt, damit Turbinen betrieben werden können.
Wissenschaftler beschreiben Gezeitenenergie typischerweise in drei Stufen. Die theoretische Ressource ist die Gesamtenergie in Gezeitenströmungen. Die technische Ressource ist der Anteil, den die aktuelle Turbinentechnologie realistischerweise für die Stromerzeugung nutzen könnte. Schließlich berücksichtigt die praktische Ressource Einschränkungen wie Schifffahrtsrouten, Fischereiaktivitäten und Meeresschutzgebiete. In der Praxis kann nur ein kleiner Bruchteil – etwa 1 % bis 20 % – der theoretischen Energie tatsächlich zur Stromerzeugung genutzt werden.
Dennoch ist das Potenzial beträchtlich. Wir schätzen, dass Gezeitenturbinen an 90 der am häufigsten untersuchten Standorte jedes Jahr etwa 110 Terawattstunden Strom erzeugen könnten – das entspricht in etwa dem jährlichen Strombedarf Portugals.
Die Hälfte der globalen Ressource an nur sechs Standorten
Einige Länder stechen heraus. Die USA, Großbritannien, Neuseeland, Kanada, China und Indonesien verfügen über die größten Gezeitenenergieressourcen insgesamt. In Ländern wie Großbritannien, Indonesien und Neuseeland könnte Gezeitenenergie mindestens 10 % des aktuellen nationalen Strombedarfs decken. In größeren Ländern wie den USA und China ist die Ressource immer noch beträchtlich, macht jedoch einen geringeren Anteil des gesamten Strombedarfs aus.
Ein bemerkenswertes Ergebnis ist die Konzentration dieser Energie, da sich mehr als die Hälfte der von uns identifizierten globalen Gezeitenressourcen an nur sechs Standorten befinden. Dazu gehören der Pentland Firth zwischen dem schottischen Festland und den Orkney-Inseln, der Alderney Race zwischen den Kanalinseln und Frankreich sowie die Minas Passage in einem Teil Kanadas, der für die höchsten Gezeiten der Welt bekannt ist. Zwei große Standorte in Alaska (Chatham Strait und Cook Inlet) gehören ebenfalls zu den energiereichsten der Welt.
Viele dieser Standorte liegen jedoch weit entfernt von großen Bevölkerungszentren. Die Abgelegenheit stellt eine große Herausforderung dar, da der Aufbau der für die Übertragung von Strom über große Entfernungen erforderlichen Infrastruktur kostspielig und komplex sein kann. Dies ist einer von mehreren Faktoren, die die praktisch nutzbare Energiemenge verringern können.
Die Gezeitenkraft ist in der Regel in engen Bereichen zwischen großen Inseln oder Landmassen am stärksten, wo viel Wasser durch die Lücke „gedrückt“ wird. Die Suche nach den vielversprechendsten Hotspots hängt jedoch auch von Faktoren wie der Geographie des Meeresbodens oder lokalisierten Meeresströmungen ab, die einer speziellen und detaillierten Forschung bedürfen.
Das bedeutet, dass es Lücken in den Daten gibt. Für viele vielversprechende Standorte, insbesondere in Ländern wie Norwegen, Südkorea und den Philippinen, fehlen noch detaillierte Messungen der Gezeitenströmungen. Aus diesem Grund könnten die globalen Schätzungen des Gezeitenenergiepotenzials erheblich zunehmen, wenn mehr Daten verfügbar werden.
Unsere Ergebnisse stützen weitgehend die Prognosen der Europäischen Kommission, die eine Gezeitenstromkapazität von bis zu 8 Gigawatt in Europa erwartet. Allerdings bleiben globale Prognosen von mehr als 100 Gigawatt – ungefähr der Strombedarf des gesamten Vereinigten Königreichs – ohne bessere Daten und umfassendere Standortbewertungen unsicher.
Bei ausreichenden Investitionen und Daten sowie einer sorgfältigen Standortauswahl bietet Gezeitenstromenergie etwas, was bei erneuerbaren Energien selten ist: Energie, die Sie Jahre im Voraus vorhersagen können. In einem Stromsystem, das zunehmend vom Wetter beeinflusst wird, könnte diese Zuverlässigkeit es zu einem überproportional wertvollen Teil des weltweiten Übergangs zu sauberer Energie machen.
Danny Coles, Senior Research Associate, Abteilung für Ingenieurwissenschaften, Universität Oxford
wird von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht.
Hauptfoto: Turbinen wie diese können auf dem Meeresboden eingesetzt werden, um Gezeitenenergie zu nutzen. Nova-Innovation
