Andere Systeme Wasserkraft

Andere Systeme zur Energie – Gewinnung aus Wasserkraft

Besonders in Japan scheinen die Erfinder neuer Energietransformatoren und -separatoren vom Element Wasser angetan zu sein. Vielleicht ist hierfür die Insellage dieses Landes verantwortlich – in jedem Fall hatte und hat das Element Wasser in vielen Kulturen sogar heilige Attribute inne, nicht nur in Japan.

Laut einer Zeitungsmeldung Ende der 1980er Jahre, in der aber leider keine technischen Details erwähnt wurden, soll ein japanischer Ingenieur namens Masuta Druckluft zu Bewegungszwecken erzeugen, indem er einen in Wasser versenkten Stab in rasche Drehung versetzt – die Druckluft würde durch den entstehenden Wasserstrudel erzeugt! In der Meldung hieß es auch, daß die ‚Schottische Nationale Technische Versuchsanstalt’ das System weiterentwickeln würde.

An der Universität von Yokohama arbeitet man dagegen mit Wärmepumpen, die einem Bottich voll 28°C warmen Meerwasser, das mit Salpetersäure durchmischt wird und sich dadurch auf ca. 100°C erhitzt, die entstandene Wärme entziehen.

Ein Geschäftsmann aus Tosyyama heizt seinerseits Wasser auf 1.000°C auf, versetzt es dadurch in einen gasförmigen Zustand und bläst es zusammen mit Benzin in einem Mischungsverhältnis von 50 zu 50 in seinen Automotor. Wesentlich geringere Umweltbelastungen bei großer Kraftstoffeinsparung sind die Resultate.

Dr. Hiromu Fushimi, Ö1-Spezialist an der Waseda-Universität in Tokio, beschreitet einen anderen Weg. Er mischt das Benzin mit einen chemischen Katalysator, worauf ihm eine 30%-ige Brennstoffreduzierung ohne Heizwertverminderung gelingt.

Und auch in Deutschland beschäftigt man sich mit derartigen Entwicklungen. Ernst Fiala, er war 1977 Entwicklungschef beim Volkswagenwerk, erwähnte so z.B. in einem damals veröffentlichten Interview, daß sich auch reine Wassermotoren für Fahrzeuge vorstellen ließen. Eine Methode sei die Beimischung von Borhydrid-Pulver zum Wasser. Allerdings hätte das Pulver damals schon „einige Tausend Mark das Kilo“ gekostet.

Eine andere Zeitungsmeldung vom März 1976 sprach von der Entwicklung eines ‚Wassermotors’ in Niederbayern – leider hörte man später nichts mehr davon. Bei der Erfindung handelte es sich um ein System, in welchem Wasser mit einem Druck von 80 bar in einen elektrisch aufgeheizten Zylinderkopf eingespritzt wird, wobei im Kompressionsraum gleichzeitig ‚Luft geladen’ wird. Durch die explosionsartige Ausdehnung des Luft-Wasser-Gemisches setzt sich dann die Kurbelwelle in Bewegung. Möglicherweise bauen einige der sog. Wassermotoren, die im Anhang in der Datenbank der neuen Energie vorgestellt werden, auf ähnlichen Prinzipien auf.

Viele Erfinder beschritten auch den Weg der Suche nach neuartigen Verfahren, mit denen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet werden kann. Erwähnen möchte ich hier den Schweizer Ernst Christen, der zwischen 1978 und 1988 Katalysatoren entwickelte, mit denen die Wasserspaltung im Auto mittels Abwärme erfolgen konnte. Er wurde bei seiner Arbeit von zahlreichen Chemikern, Metallurgen und Halbleitertechnikern unterstützt und investierte mehr als 1 Mio. Franken. Über 600 Mischungsvarianten der ‚Seltenen Erden’ wurden untersucht, bis schließlich eine passende Gruppe aus der Reihe der Lanthaniden gefunden wurde. Die Anlage funktionierte bereits bei Temperaturen ab 60°C, doch der Erfinder hielt eine Reduzierung bis auf 20°C durchaus für möglich. Das daraus aufbereitete Gasgemisch wird dem Vergaser eines Motors zugeführt und reduziert den Benzinverbrauch um ca. 33 %. Ein Umbausatz für Automotoren sollte bereits Ende der 80er Jahre für weniger als 1.000,- sFr. Auf den Markt kommen

Christen wandte sich dann auch dem Markt der ‚Totalenergiesysteme’ zu. Solche Aggregate bestehen aus Dieselmotor, Stromgenerator, Sauerstoffreaktor und Luft-Wasser-Wärmepumpe und erzielen rund 7-fache Heizöleinsparungen. Im Prinzip kann in diesen Systemen aber auch ein Wasser/Treibstoffgemisch verwendet werden. Bereits im Herbst 1988 soll der Erfinder mit einem britischen Konzern eine Vereinbarung getroffen haben, deren weltweit etwa 900 Fabriken entsprechend umzurüsten.

Ähnliche Mischungen, die besonders im Fahrzeugverkehr eingesetzt werden sollten, wurden im Laufe der Jahre wieder und wieder erfunden – und verschwanden. Eine Reihe von Technikern und Erfindern arbeitete sogar an reinen ‚Wassermotoren.

1999 wurde erstmals in aller Öffentlichkeit über die Technologie der Wasserzumischung berichtet, als die französische Firma Elf Oil die geplante Markteinführung ihres ‚Aquazole’-Kraftstoffes bekannt gab. Dieser Kraftstoff, der u.a. den Abgas- und Rußausstoß um bis zu 80 % senken soll, sei vor allem für den Einsatz im Innenstadtverkehr entwickelt worden, er könne bei allen Dieselmotoren eingesetzt werden und erfordere auch keinerlei Eingriffe am Motor. Positive Erfahrungen seinen auf Testfahrten von mehr als 1 Mio. km im Raum Paris und Lyon sowie in den französischen Alpen gesammelt worden. Die ersten Test in Deutschland erfolgten dann mit 15 Bussen der BVG. ‚Aquazole’ ist eine Mischung aus herkömmlichem Diesel, Wasser und nichttoxischen Zusatzstoffen, es soll auch den Stickoxid-Ausstoß um 30 % senken.

Ebenfalls 1999 haben Industrieforschen aus Sachsen-Anhalt traumhafte Abgaswerte erzielt, bei denen die Emission von Stickoxiden und Ruß schlagartig um 40 % bis 50 % gesenkt werden konnte. Auch hier wurde eine Kraftstoffemulsion aus Diesel und Wasser eingesetzt.

Ein völlig anderes System wurde von dem Pinneberger Ventilator-Fabrikanten Hans Witt weiterentwickelt, wofür er Anfang 1980 sogar einen Zuschuß von 390.000 DM vom BMFT erhielt. Dabei handelte es sich um eine sogenannte Wasserwirbelbremse, die meist Windbetrieben ist und auch früher schon den einen oder anderen Einsatz fand. Ein stabiler Rotor, der an der Windrotor (o.ä.) angekoppelt ist, wirbelt innerhalb eines Wasserbehälters herum und wirkt damit als Bremse für den Windrotor. Die beim Bewegungsvorgang stattfindende Umsetzung der Bewegungs- in Wärmeenergie erhitzt das umherwirbelnde Wasser und erlaubt dadurch, das Wasser z.B. an den Kreislauf einer Zentralheizungsanlage anzuschließen.

Eine weitere erwähnenswerte Technologie ist, zur Elektrizitätserzeugung heißes Wasser in ein Gas wie z.B. Helium einzuspritzen, wobei sich die Hitze dann direkt in Elektrizität umwandeln soll. Von derartigen ‚Aerosolgeneratoren’ weiß ich bislang nur, daß sie ursprünglich für die deutsche Kriegsmarine entwickelt wurden, da sie leistungsfähig und kompakt waren.

Im Jahre 1917 soll ein amerikanischer Erfinder den New Yorker Marinewerken eine von ihm entwickelte Flüssigkeit angeboten haben – zu einem Preis von 2 Cent pro Gallone. Nur wenige Tropfen der grünlichen Flüssigkeit hätten dem Wasser zugefügt werden müssen, um dieses in einen hochwertigen Treibstoff zu verwandeln, mit dem sogar Benzin­motoren hätten angetrieben werden können. Der Erfinder sei später jedoch samt Unterlagen verschwunden (worden?).

Der schweizer Energieforscher Thyl Steinmann beschrieb Ende 2003 auf seiner Homepage ein anderes, charakteristisches Geschehnis, das die Entwicklung von Wassermotoren behindert hat. Dabei handelte es sich um die Vorführung eines Dieselmotors in der Entwicklungswerkstatt von Sulzer, Winterthur. Dieser Motor war so verändert worden, daß er mit reinem Wasser lief, sobald er seine Betriebstemperatur erreichte. Von zwei gläsernen Behältern konnte wahlweise Dieselöl oder reines Leitungswasser zum Motor geleitet werden, wobei die Leistung des Motors mit Wasser kaum geringer wurde. Doch statt diese fantastische Erfindung aufzugreifen, hätte der Entwicklungschef die Demo-Einrichtung mit dem größten Hammer, den er fand, zerstört!

Immerhin konnte im Zürcher Unterland Dank dem Durchhalten des Erfinders ein ganzer Fuhrpark mit mehreren LKWs eine Zeit lang mit dieser neuen Technik betrieben werden. Das Aus für die Angelegenheit kam dann leider, weil mehrmals von Chauffeuren vergessen wurde, vor dem Abschalten des Motors die Treibstoff-Versorgung von Wasser auf Diesel umzustellen. Dies hatte dann beim Neustart am nächsten Tag die Folge, daß eingelaufenes Wasser im Brennraum war und (da Wasser ja nicht kompressibel ist), den Motorblock oder den Zylinderkopfdeckel sprengte.

Inzwischen liegen mir regelrechte Berge an Informationen über neuartige Wassermotoren u.ä. vor, die ich aber erst aufarbeiten werde, wenn das aktuelle update 2007/2008 beendet ist. Auch die weitere Entwicklung bei dem nun folgenden Dingel-Motor werde ich dann dokumentieren.

Dingel-Wassermotor

Doch es gibt auch Systeme, die nicht so einfach ‚verschwinden’: Im Mai 2004 wiederholt das Bayerischen Fernsehen einen Beitrag zum Wasserauto von Daniel Dingel aus Manila (Philippinen), der bereits im März 1999 auf N3 gezeigt wurde. Dieses Fahrzeug fährt mit ‚Freier Energie’, die jedoch nicht weiter spezifiziert wird. Mit dieser kostenlosen Energie wird aus Wasser der Wasserstoff erzeugt, mit dem das Auto betrieben wird. Dabei werden für 500 km Fahrt 4 – 5 l Wasser benötigt (im Rahmen einer konventioneller Wasserzerlegung bräuchte man für diese Strecke etwa 150 l Wasser).

Auch das Magazin AUTO BILD berichtet in seinen Ausgaben Nr. 42 vom 20.10.2000 und Nr. 50 vom 15.12.2000 über diesen Wasser-Motor, der schon von verschiedenen Seiten getestet wurde. Später gibt der Erfinder zu, daß nicht der erzeugte Wasserstoff allein den Motor seines Wagens antreibt, sondern daß der Wasserstoff zuerst durch ein elektromagnetisches Feld in eine neue Form von Energie umgewandelt wird. Die dabei beteiligte Substanz hält er bis zur Patentierung geheim, während er gleichzeitig Angebote diverser internationaler Firmen, Konsortien und sogar Regierungen ablehnt.

Die AUTO BILD berichtet auch im Folgejahr über ‚Dingels Ding’ (Zitat), erst in der Nr. 13 vom 30.03.2001 und dann in der Nr. 43 vom 26.10.2001 – doch an der Ausgangslage hat sich noch immer nichts geändert. Auch nicht bis zur Filmaussendung 2004: Tatsache ist, daß sich Dingel bislang jedem ernsthaften Test oder dem Prozeß der Patentierung verweigert. Die einzige mehrstündige Prüfung des Motors wurde in einer BMW-Niederlassung in Manila von einheimischen Ingenieuren vorgenommen. Das Resultat: Alle Ingenieure waren von der Erfindung überzeugt.

Ebenfalls 2004 verbindet Daniel de Beer, Geschäftsführer der Südafrikanischen Forschungs- und Entwicklungsfirma Ku-Shan Technologies, die Erzeugung von Browns Gas (s. Datenbank der neuen Energie) mit einem zum Patent angemeldeten Wandler, um das wasserstoff-ähnliche Gas direkt für den Betrieb des konventionellen Brennstoffmotors zu nutzen. In den Tank nachfüllen muß er dabei nur frisches Wasser, und das on-bord entstehende Gas ist auch wesentlich sicherer als reiner Wasserstoff. Außerdem wird es ständig neu produziert und verbraucht – so daß sich insgesamt höchstens ein Liter davon im Speichertank befindet. De Beer schätzte im Oktober 2004, daß er den Wandler für 5.000 bis 7.000 Rand auf den Markt bringen kann.

Verdunstungsgenerator

Michel Maharbiz, Professor für Elektroingenieurwesen und Computerwissenschaft an der University of Michigan, und seine Doktorandin Ruba Borno wollen Mitte 2006 die Mikrokanäle, mit denen Pflanzen Wasser transportieren, in eine technische Anwendung umsetzen. Bei ihrer Arbeit erkennen sie die Möglichkeiten der sogenannten Auffalt-Methode, mit denen Farne ihre Sporen verteilen: Die Pflanzen halten ihre Sporen in einer Kapsel (Sporangium), solange sie voll Wasser gesogen sind. Wenn aber Licht oder Wärme auftreffen und das Wasser aus der Außenwand verdunstet, entfaltet sich das Sporangium wie ein ausstreckender Arm und entlässt die Samen in die Umgebung.

Nachdem das Prinzip als Mikro-Aktor nachgebaut ist können die beiden beweisen, daß es möglich ist einen Wassertropfen als Energiequelle zu nutzen. Das Team konstruiert hierfür feine kammartige Strukturen aus Silikon, bei denen feine ‚Rippen’ in einer Richtung seitlich vom ‚Rückgrat’ abstehen. Dieses ist solange gekrümmt, wie es durch einen Wassertropfen benässt ist, der sich in die Zwischenräume setzt. Sobald aber das Verdunsten beginnt, zieht die Oberflächenspannung des Wassers an den Rippenenden, so daß sie sich aufeinander zu bewegen und das Rückgrat gerade richten. Als nächstes werden die Forscher elektrische Komponenten hinzufügen, um tatsächlich kleine Mengen an Strom zu erzeugen. Die Forscher halten es für möglich, mit dieser Technik ähnlich viel Strom zu ernten wie mit einer Solarzelle im Taschenrechner. Der Verdunstungsgenerator könnte damit Mikro- und Nanogeräte – zum Beispiel durch Morgentau – mit Energie versorgen. Er gehört somit auch zum großen, neuen Feld des Micro-Energy-Harvesting, über das ich in einem eigenen Kapitel noch ausführlich berichten werde.

Grenzen der Wasserkraftnutzung

Absolute Grenzen der Nutzung von Wasserenergie bilden praktisch nur extreme Trockenperioden. Zuwächse oder Minderungen der Leistung hängen direkt mit der jeweiligen jährlichen Niederschlagsmenge zusammen.

Allerdings ist der Ausbau durch vorhandene Kapazitäten beschränkt – so z.B. im Falle der entwickelten Industrienationen, wo so gut wie alle Möglichkeiten für größere Laufwasserkraftwerke oder Staudämme bereits genutzt worden sind. Eine Zusatzleistung wird aber in steigendem Maße durch kleine und kleinste Laufkraftwerke an Flüssen erbracht.

Laut der im September 2001 erschienenen Studie ‚Wasserkraftanlagen als erneuerbare Energiequelle’ des Umweltbundesamtes ist Wasserkraft als Energiequelle nicht immer umweltfreundlich und ökologisch sinnvoll. Gerade bei kleinen Anlagen, die nur einen geringen Beitrag zur sauberen Energieerzeugung liefern, überwiegen oftmals die Nachteile. Denn jede Anlage greift in das empfindliche Ökosystem von Flüssen ein und kann beispielsweise durch ihre Turbinen Fischbestände schädigen. Deshalb wäre es sinnvoller, bestehende Anlagen möglichst gut auszulasten. Vor allem aus Kraftwerken an großen Flüssen müsse man das Optimum herausholen, da diese Gewässer meist ohnehin schon als Schiffahrtsstraße genutzt oder aus Gründen des Hochwasserschutzes aufgestaut werden.

James Syvitski und seine Mitarbeiter an der Bolder University in Colorado veröffentlichen im April 2005 einen Bericht über die Flüsse der Welt. Sie stellen fest, daß das Wasser nicht mehr wie noch vor 50 Jahren 2,3 Mrd. t Feststoffe jährlich ins Meer trägt, sondern gerade noch 1,4 Mrd. t – was nichts anderes heißt, als daß durch die zahlreichen Staudämme Sedimente von fast 100 Mrd. t und dazu noch 1 – 3 Mrd. t Kohlenstoff zurückgehalten werden. Allen voran sind davon die großen Flüsse in Afrika und Asien betroffen.

Staudämme, die für die Landbewässerung konzipiert werden, erfüllen nur selten ihr Ziel, weil sie ihre Kosten selten einbringen und auch wirtschaftlich weniger überzeugend sind, als ursprünglich erwartet.

Staudämme für die Stromerzeugung können ihr Leistungsziel zwar in aller Regel erfüllen und sind auch finanziell attraktiv. Gleichwohl müssen diejenigen, die umgesiedelt werden, gerecht entschädigt werden – was in China und Indien, den Ländern mit den meisten Staudämmen, wohl kaum geschieht.

Staudämme, die dem Hochwasserschutz dienen, haben ihre Funktion generell erfüllt. Allerdings setzen sie viele Menschen dennoch weiteren Flutgefahren aus, weil diese nämlich glauben, daß sie sich in den früheren hochwassergefährdeten Gebieten ansiedeln können. Im Laufe der Zeit kann sich der Stausee unerwartet öffnen oder gar von kriegerischen Auseinandersetzungen heimgesucht werden.

Daß mit Großstaudämmen ein Verlust der Lebensräume für Tiere und Pflanzenarten einhergeht, ist inzwischen weitgehend anerkannt. Ferner sind auch Fischbestände oberhalb und unterhalb des Staudamms sowie die Nutzung von Überschwemmungsgebieten und Feuchtgebieten betroffen. Die Ökosysteme am Unterlauf des Flusses, im Mündungsgebiet und im nahegelegenen Küstenbereich leiden beträchtlich. Und schließlich sind die kumulativen Auswirkungen auf die Wasserqualität besonders in Flüssen mit mehreren Staudämmen zu berücksichtigen.

Eine besondere Grenze im Dammbau ist die technische Langzeitstabilität. In Zuge einer anderen Untersuchung in den USA, bei der zwischen 1977 und 1982 insgesamt 900 Dämme und Talsperren einem ‚checkup’ unterzogen wurden, stellten sich 300 davon als ‚unsicher’ heraus, 130 galten sogar als besonders bedenklich, so daß deren Entleerung und Stillegung empfohlen wurde. Zwischen 1850 und 1980 sind alleine in den USA und Europa rund 5.000 Menschen direkt durch Dammbrüche getötet worden. Im Jahre 1980 wurde in Wien ein Untersuchungsbericht veröffentlicht (DSDF = Data Station for Dam Failures), in dem über einen Zeitraum von etwa 2.000 Jahren über 600 Dammbrüche dokumentiert werden.

Energiesysteme im Meer müssen dagegen die hoch korrosive Umgebung und die stark wechselnden Bedingungen überstehen. Man muß einen Bereich finden, in dem sich die durchschnittlichen Wellen kaum von extrem starken Wellen unterscheiden. Die Geräte müssen einen Sturm aushalten können, aber auch effizient in der nur durchschnittlichen Strömung arbeiten. Auch die Unregelmäßigkeiten bei Wellenamplitude, Phase und Richtung erschweren die Nutzung der Wellenenergie.

Ansonsten habe ich die Grenzen der anderen Energiegewinnungsmethoden – soweit bekannt – jeweils direkt im Anschluß an die einzelnen Systeme kurz skizziert.

Eine abschließende Bemerkung: In der Vielfalt an Vorschlägen, wie man Wasser zur Energieerzeugung nutzen oder mitbenutzen kann, vermissen wir bisher jede Art von Ideen, die sich mit der direkten Nutzung von ‚herabfallendem’ Wasser in Form von Regen, Hagel, Schnee o.ä. beschäftigen. (Anm. Jan. 2008: Im Bereich des Micro-Energy-Harvesting wird erstmals ein entsprechender Vorschlag gemacht).