Es ist eine Innovation, die an Land wenig beeindruckt: eine erneuerbare Energiequelle, die etwa die Hälfte der Energie einer einzelnen AA-Alkalibatterie erzeugen kann. Aber wie sieht es in den Tiefen des Ozeans aus, in bis zu 1000 Metern unter der Oberfläche? Hier hat die Innovation eine ganz andere Bedeutung.
Unsere Ozeane werden ständig von Ozeanograph*innen analysiert. Verschiedenste Forschungsinstrumente überwachen den Gesundheitszustand der Ökosysteme. Während Ärzt*innen Blutdruck, Puls und Temperatur prüfen, messen Forschende bei der Untersuchung des Ozeans Dinge wie Sauerstoff, Säuregehalt und Nährstoffwerte. Aber aufgrund seiner enormen Größe, der Unvorhersehbarkeit und Variabilität ist es ein schwieriges Unterfangen, die Lebenszeichen des Ozeans zu messen. Aus diesem Grund setzen Ozeanographen Forschungsinstrumente auf Geräten ein, die „profiling floats“, Profilierungsschwimmer, genannt werden.
Diese „Floats“ sind oft jahrelang in der Tiefsee unterwegs und machen gelegentliche Tauchgänge, um Temperaturen, Strömungen, Salzgehalt und andere Daten zu erfassen. Sie sind in der Regel mit einer Lithium-Ionen-Batterie und einer Iridium-Satellitenverbindung ausgestattet, um die Daten für die Forschenden hochzuladen. Obwohl die Geräte weitgehend autonom sind und die weder ein Schiff noch eine Schiffsschraube benötigen noch von Menschen bedient werden müssen, ist die Lebensdauer der Batterien begrenzt – und damit auch unser Verständnis des Ozeans.
Während die Hersteller*innen eine Betriebsdauer von bis zu zehn Jahren oder Hunderten von Tauchgängen angeben, verbrauchen sich die Batterien natürlich. Und wenn das passiert, werden die Floats, die mitunter mehr als 100.000 USD kosten, meist aufgegeben – die Kosten für ihre Bergung aus entlegenen Gebieten des Ozeans sind unerschwinglich. Floats, die nicht mehr funktionieren, treiben normalerweise weiter, bis sie auf Grund laufen, überflutet werden oder sinken.
Temperaturunterschiede des Ozeans liefern Energie
Seatrec, ein Startup aus Kalifornien, entwickelt einen Schwimmer, der mit erneuerbaren Energien betrieben wird – genauer gesagt mit einer Wärmekraftmaschine für erneuerbare Energien mit geringem Stromverbrauch – und so eine deutlich höhere Lebensdauer hat. Die Technologie von Seatrec, die bereits erfolgreich im Feld, oder in diesem Fall im Ozean, getestet wurde und nun kommerziell erhältlich ist, nutzt „Phasenwechselmaterialien“, um Energie aus den natürlichen Temperaturunterschieden im Ozean zu gewinnen.
Yi Chao, CEO und Gründer von Seatrec, sprach mit RESET über die Entwicklung der Technologie. „Die Idee, Phasenwechselmaterial zu verwenden, um Energie aus den Temperaturunterschieden des Ozeans zu nutzen, wurde bereits vor Jahrzehnten entwickelt“, erklärt Chao. „Was wir bei Seatrec anders gemacht haben, ist die Anwendung des Konzepts auf die Stromerzeugung. Die Idee entstand bei dem Versuch, das Problem der Versorgung von Schwimmern mit sauberer, erneuerbarer Energie zu lösen, während sie auf See sind, um ihre Lebensdauer und Reichweite zu verlängern.“
Einfach ausgedrückt: Da die Temperatur des Ozeans in der Tiefe ansteigt und fällt, kann durch den Einsatz von Phasenwechselmaterialien Energie erzeugt werden. Das ist wie bei Wasser, das von Eis zu Flüssigkeit wird und wieder zurück wechselt. Diese Ausdehnung und Kontraktion kann der Temperaturänderung Energie entziehen und Effekte verursachen.
Seatrec verwendet eine wachsartige Substanz, die beim Durchlaufen von Erwärmungs- und Abkühlungszyklen im Ozean ihre Form verändert. Damit kann eine Hydraulikflüssigkeit angetrieben werden, die einen Generator dreht und Strom erzeugt. Die Energie reicht gerade aus, um die Sensoren und Kommunikationsgeräte auf einem Schwimmer zu versorgen, und sie ist quasi unbegrenzt. Diese neuartigen, Energie gewinnenden Wärmekraftmaschinen mit der Bezeichnung SL1 können mit verschiedenen Instrumenten zur Erforschung der Ozeane gekoppelt werden – einschließlich Ozeanschwimmern und Gleitern. Die Lebensdauer der Geräte ist dann nicht mehr durch die Batterie begrenzt. Und im Gegensatz zu einer Lösung mit Solarzellen oder Windenergie funktioniert diese Art Wärmekraftmaschine unter Wasser und hat die Langlebigkeit, die für autonome Schwimmer benötigt wird, die jahrelang auf See unterwegs sind.
„Der begrenzende Faktor für den Navis-SL1-Schwimmer sind jetzt die Sensoren des Schwimmers“, erklärt Chao. „Und da wir das Energieproblem gelöst haben, können wir die zusätzliche Energie nutzen, um Anti-Biofouling-Geräte (zum Beispiel mechanische Wischer, UV-Lichter) zu betreiben, um die Lebensdauer der Sensoren zu verlängern.“
Neue Energiequelle sorgt für einen besseren Datenstrom
Und obwohl es vor allem monetäre Gründe gibt, die Lebensdauer der teuren Schwimmer verlängern zu wollen, sind es die Daten, die am Ende zählen. Wenn mehr Floats für regelmäßigere Tauchgänge eingesetzt werden, könnte sich die Qualität der Daten, die Ozeanograph*innen zur Verfügung stehen, deutlich verbessern.
„Die grundlegendsten Informationen, wie zum Beispiel die Tiefe unseres Ozeans, sind schlecht kartiert – wir haben bessere Karten von der Oberfläche des Mondes oder sogar des Mars. Weniger als 20 Prozent des Meeresbodens sind mit ausreichender Auflösung kartiert worden. Nichts unterhalb der obersten paar Zentimeter des Ozeans (die von Satelliten kartiert werden können) wird routinemäßig überwacht, da nur eine begrenzte Anzahl von Schiffen für die Ozeanüberwachung zur Verfügung steht und es schwierig ist, mit autonomen Sensoren in die Tiefsee zu gelangen. Es gibt viertausend autonome Profilierungsschwimmer, die aber aufgrund der begrenzten Energie, die in den Bordbatterien gespeichert ist, nur alle zehn Tage ein Profil des Ozeans erstellen. Der Goldstandard wäre, diese viertausend Floats alle sechs Stunden den Ozean wie Wetterballons profilieren zu lassen und darüber hinaus die zehnfache oder sogar hundertfache Anzahl an Floats einzusetzen, um die räumliche Auflösung zu erhöhen. Mehr Ozeandaten werden die Wetter- und Hurrikanvorhersagen verbessern, die Schifffahrtsrouten optimieren und uns helfen, den Zustand des Ozeans mit einer Detailgenauigkeit zu verstehen, die bisher unmöglich war.“
Das Wissen über den Zustand des Ozeans wiederum kann dabei helfen, Missstände aufzudecken und wirksame Schutzmaßnahmen in die Wege zu leiten. Das hat sich schon vielfach bewiesen, wie zum Beispiel bei Global Fishing Watch oder SkyTruth. Ob die neuen Mini-Kraftwerke sich durchsetzen werden, wird sich allerdings erst zeigen.
Dieser Artikel ist eine Übersetzung von Sarah-Indra Jungblut und erschien im Original zuerst auf unserer englischsprachigen Seite.