Wie Osmosekraft funktioniert – und warum sie rund um die Uhr laufen könnte

Die Energie, die sich dort verbirgt, wo Flüsse auf das Meer treffen

Jede Sekunde eines jeden Tages fließen Flüsse auf der ganzen Welt Süßwasser in den Ozean. Diese Vermischung setzt enorme Energiemengen frei – ungefähr das Äquivalent eines 200 Meter hohen Wasserfalls für jeden Kubikmeter Süßwasser, der auf Salzwasser trifft. Osmosekraft, oft auch blaue Energie genannt, zielt darauf ab, diese Energie einzufangen und in sauberen Strom umzuwandeln.

Im Gegensatz zu Solarmodulen oder Windturbinen ist Osmosekraft nicht von Wetter oder Tageszeit abhängig. Solange Flüsse in Ozeane münden – was sie immer tun – versiegt die Energiequelle nie. Wissenschaftler schätzen, dass das globale Potenzial der Salinitätsgradientenenergie 2,6 Terawatt erreichen könnte, genug, um einen erheblichen Teil des weltweiten Strombedarfs zu decken.

Wie es tatsächlich funktioniert

Osmosekraft nutzt ein grundlegendes Prinzip der Chemie: Wenn zwei Lösungen unterschiedlicher Salzkonzentrationen durch eine Membran getrennt sind, versucht die Natur, sie auszugleichen. Ionen und Wassermoleküle bewegen sich über die Barriere, und diese Bewegung kann in Elektrizität umgewandelt werden.

Zwei Haupttechnologien konkurrieren um die Nutzung dieses Effekts:

• Druckretardierte Osmose (PRO) verwendet eine semipermeable Membran, die Wasser durchlässt, aber Salz blockiert. Süßwasser drückt auf natürliche Weise zur salzigeren Seite und erzeugt so hydraulischen Druck, der eine Turbine antreibt – ähnlich wie ein herkömmlicher Wasserkraftgenerator.
• Umkehrosmose-Elektrodialyse (RED) verfolgt einen anderen Ansatz. Sie stapelt abwechselnd Membranen – eine selektiv für Natriumionen, eine andere für Chloridionen – und erzeugt so ein elektrochemisches Potenzial. Wenn Ionen durch den Stapel wandern, erzeugen sie einen direkten elektrischen Strom ohne bewegliche Teile.

Beide Methoden erzeugen während des Betriebs keine Kohlenstoffemissionen und benötigen außer dem Wasser selbst keinen Brennstoff.

Eine kurze Geschichte der blauen Energie

Das Konzept geht auf die 1950er Jahre zurück, als der Forscher Sidney Loeb erstmals die Stromerzeugung durch Osmose untersuchte. Ernsthafte Ingenieurarbeiten begannen in den 1990er Jahren, als die norwegischen Wissenschaftler Torleif Holt und Thor Thorsen sich mit Statkraft, dem staatseigenen Energieunternehmen Norwegens, zusammenschlossen, um einen funktionierenden Prototyp zu bauen.

Im Jahr 2009 eröffnete Statkraft das weltweit erste Osmosekraftwerk in Hurum, Norwegen. Das Pilotprojekt zeigte, dass die Technologie funktionierte, aber die Leistung war viel zu gering – ungefähr genug, um eine Kaffeemaschine zu betreiben. Statkraft legte das Projekt 2013 auf Eis und begründete dies mit unzureichender Membranleistung und hohen Kosten.

Die Fackel wurde an Frankreich weitergegeben. Sweetch Energy, ein Startup, das aus der Forschung an der École Normale Supérieure in Paris hervorgegangen ist, entwickelte einen neuartigen Ansatz namens Ionic Nano Osmotic Diffusion (INOD). Ende 2024 startete das Unternehmen seine Pilotanlage OsmoRhône an der Mündung der Rhône am Mittelmeer. Sweetch sammelte 25 Millionen Euro ein, um die Technologie zu skalieren, und behauptete, dass sie die Osmosekraft zum ersten Mal kommerziell rentabel machen könnte.

Das Membranproblem

Die zentrale Herausforderung war schon immer die Membran. Um eine sinnvolle Leistung zu erzeugen, müssen Membranen Ionen schnell, selektiv und kostengünstig im industriellen Maßstab durchlassen. Traditionelle Membranen haben an allen drei Fronten zu kämpfen.

Ein Durchbruch, der in Nature Energy von Forschern der EPFL in der Schweiz veröffentlicht wurde, zeigte eine vielversprechende neue Richtung. Das Team beschichtete nanoskalige Poren mit Lipidmolekülen – denselben Fettverbindungen, die Zellmembranen in lebenden Organismen bilden. Dadurch entstand eine ultraglatte Oberfläche, die die Reibung für durchtretende Ionen reduzierte und die Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Designs um das Zwei- bis Dreifache steigerte.

Um die wirtschaftliche Parität mit Offshore-Wind zu erreichen, schätzen Forscher, dass die Membranleistungsdichte 8,4 Watt pro Quadratmeter übersteigen muss oder die Ausrüstungskosten unter 97 Dollar pro Quadratmeter fallen müssen. Aktuelle Prototypen nähern sich diesen Zielen an, haben sie aber noch nicht durchgängig erreicht.

Warum es wichtig ist

Blaue Energie füllt eine Lücke, die andere erneuerbare Energien nicht schließen können. Solar- und Windenergie sind intermittierend – sie benötigen Batterien oder Backup-Generatoren für Nächte und ruhige Tage. Osmosekraft läuft kontinuierlich und bietet eine Grundlastversorgung, die mit fossilen Brennstoffen oder Kernkraftwerken vergleichbar ist, aber ohne Emissionen und ohne Abfall.

Die Ressource ist auch riesig und geografisch weit verbreitet. Jedes Flussdelta, jede Flussmündung und jeder Küstenabwasserauslass ist ein potenzieller Kraftwerksstandort. Länder mit großen Flusssystemen – Brasilien, China, Indien, die Vereinigten Staaten – könnten enorme Reserven an Salinitätsgradientenenergie erschließen.

Die kommerzielle Nutzung blauer Energie ist noch Jahre entfernt. Membranhaltbarkeit, Biofouling durch Mikroorganismen und die schieren Kosten der Skalierung sind reale Hindernisse. Aber mit erneuten Investitionen, fortschrittlicher Nanotechnologie und wachsender Dringlichkeit in Bezug auf saubere Grundlastenergie könnte sich die Osmoseenergie endlich ihrem Moment nähern.