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Die Energie des Meeres nutzen: Ist Wellenenergie die grösste ungenutzte Quelle erneuerbarer Energie?
Der erste Wellenenergiekonverter des französischen Erfinders Pierre-Simon Girard wurde 1799 patentiert. Die Vorrichtung arbeitete nach einem einfachen Konzept: Man verankerte ein Floss mit Kabeln und Seilzügen an Land und liess es auf dem Meer treiben. Durch die Bewegung der Wellen bewegte sich das Floss und zog an den Kabeln. Dadurch wurde kinetische Energie erzeugt, die nach Bedarf genutzt werden konnte.1
Girards Erfindung wurde jedoch nie realisiert, und mehr als zwei Jahrhunderte lang wurde die Wellenenergie kaum genutzt. Heute lassen sich dank Innovationen robustere und effizientere Wellenenergiekonverter konstruieren, die in absehbarer Zeit in industriellem Massstab auf den Markt kommen könnten.
Was ist Wellenenergie?
Aktuell gibt es zahlreiche unterschiedliche Wellenkonverter, die alle nach demselben Grundprinzip arbeiten: Sie wandeln die natürliche Bewegung des Meeres in mechanische Bewegung um, die – zumeist – stromerzeugende Turbinen antreibt. Die am häufigsten eingesetzte Konstruktion ähnelt stark dem Patent von Girard und nutzt das Heben und Senken einer Boje, um Kabel zu ziehen oder hydraulische Arme zu bewegen.2 Andere Systeme befinden sich dauerhaft unter der Wasseroberfläche und sind mit grossen „Flügeln“ ausgestattet, die durch die Wellenbewegung vor und zurück schwingen.3
Wellen weisen die höchste Energiedichte aller erneuerbaren Energiequellen auf.4 Schätzungen zufolge können „Wellenfarmen“ dreimal so viel Energie pro Quadratkilometer produzieren wie schwimmende Offshore-Windanlagen.5 Im Gegensatz zu Sonne und Wind sind Wellen zudem relativ berechenbar und einfach vorherzusagen.6 Wellenenergie steht in 90% der Zeit zur Verfügung; bei Wind- und Sonnenenergie beträgt die Verfügbarkeit hingegen lediglich 20% bis 30%.7
Rechenleistung trifft auf Wellenkraft
In den letzten Jahren wurden zahlreiche Pilotprojekte im industriellen Massstab durchgeführt. Im Februar 2024 schloss das schwedische Unternehmen CorPower Ocean erfolgreich einen Test seines C4-Wellenenergiekonverters vor der Küste Nordportugals ab.8 Das System besteht aus einer Reihe von Bojen. Bewegen sich diese mit den Wellen auf und ab, betätigen sie ein mechanisches Gestänge innerhalb der Boje und erzeugen so eine Rotationsbewegung, die dann Strom erzeugt. Dabei kommt ein „digitaler Zwilling“ zum Einsatz: Mittels dieser Technologie erfolgt die Modellierung und Synchronisierung mit den einfallenden Wellen, sodass der C4 unter normalen Bedingungen eine maximale Leistung erzielen kann. Diese Technologie hilft zudem, den C4 bei Stürmen vor Beschädigung zu schützen.9
Die Nutzbarmachung der Oberflächenbewegung ist nicht die einzige Möglichkeit, Wellenenergie zu erzeugen. Das kalifornische Unternehmen CalWave führte einen erfolgreichen Pilotversuch mit einem Unterwasser-Wellenenergiekonverter vor der Küste von San Diego durch. Durch den im x1-Konverter integrierten Steuermechanismus ist neben dem Fernbetrieb auch ein vollständig autonomer Betrieb möglich. Der x1 kann sich dadurch unabhängig ausrichten, um eine maximale Leistung zu erzielen. Während einer zehnmonatigen Pilotphase arbeitete der Konverter in 80% der Zeit autonom, überstand zwei schwere Stürme und erreichte eine Systemverfügbarkeit von 99%.10 Ein weiterer Vorteil ist, dass die Anlage die Umwelt nicht verunstaltet.
Dank kontinuierlicher Fortschritte im Bereich Informatik und künstlicher Intelligenz können Konstrukteure zusehends leichtere und weniger materialintensive autonome Anlagen und Geräte entwickeln, die Stürme voraussehen und vermeiden können, anstatt diese bewältigen zu müssen.
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Das globale Potenzial von Wellenenergie
Für CalWave, CorPower und die steigende Zahl von Mitbewerbern bietet die Wellenenergie enorme Chancen. Untersuchungen deuten darauf hin, dass wir mit Wellenenergie nahezu 30'000 Terawattstunden Strom pro Jahr erzeugen könnten.11 Das übersteigt den gesamten weltweiten Stromverbrauch um rund 20%.12
In Zeiten geopolitischer Konflikte – wenn die Öl- oder Gasproduktion bedroht ist und die Preise steigen – nehmen Investitionen in alternative Energiequellen häufig zu. So auch aktuell: Der Krieg in der Ukraine und der Konflikt im Nahen Osten halten an, und geopolitische Spannungen nehmen zu. Für Regierungen, die auf kohlenstofffreien Strom und heimische Versorgungssicherheit setzen, stellen Wellenenergiekonverter daher heute eine Option dar.
Die EU hat das Potenzial rasch erkannt. Europäische Unternehmen besitzen 44% aller Patente im Bereich Wellenenergie.13 Die EU will bis 2050 eine Meeresenergiekapazität von mindestens 40 Gigawatt installierter Leistung erreichen.14 Das würde ausreichen, um den Strombedarf aller Haushalte in Frankreich zu decken.15 Gemessen an der gesamten installierten Kapazität der EU von etwa 1'000 Gigawatt wäre dies jedoch nur ein Bruchteil.16
Wellenenergie bald kostengünstiger
Bislang ist die Erzeugung von Energie mit Wellenkonvertern noch teuer. Die durchschnittlichen Kosten der Energieerzeugung über die Lebensdauer eines Projekts17 sind etwa 10- bis 30-mal höher als bei Wind- und Solaranlagen.18 Für eine Nischentechnologie ist das normal. Sollte Wellenenergie weiter ausgebaut werden und die Technologie schnell die Marktreife erreichen, könnten die Kosten ebenso sinken wie bei Wind- und Solarenergie, als diese sich mehr und mehr durchsetzten.19 Schätzungen der Gemeinsamen Forschungsstelle der EU zufolge wird Wellenenergie in den kommenden sechs Jahren deutlich kostengünstiger und könnte dann nur noch doppelt so teuer sein wie Wind- und Sonnenenergie.20 Da bislang jedoch noch keine Wellenenergie-Farmen im industriellen Massstab in Betrieb sind, lassen sich keine endgültigen Aussagen treffen.21
Seit mindestens einem Jahrzehnt ist von Durchbrüchen die Rede;22 die Erwartungen wurden jedoch häufig durch die hohen Kosten zunichtegemacht.23 Die Zunahme an staatlicher Unterstützung gibt Anlass zu der Hoffnung, dass sich dies bald ändern könnte: Der „Inflation Reduction Act“ der USA umfasst Steuervergünstigungen für Meeresenergieprojekte;24 der Innovationsfonds der EU leistet einen finanziellen Beitrag zu zwei Entwicklungen im Bereich Meeresenergie.25 Staatliche Förderpreise26 unterstützen zudem Innovationen in diesem Sektor: So hat CalWave in den USA den „Wave Energy Prize“ erhalten.27 Das Forschungs- und Entwicklungsprogramm EuropeWave wiederum soll vielversprechende Konzepte bis zu dem Punkt unterstützen, an dem sie wirtschaftlich tragfähig sein können.28
Hat Wellenenergie Auswirkungen auf die Unterwasserwelt?
Nicht nur die wirtschaftlichen Kosten der Wellenenergie geben Anlass zur Sorge. Salzwasser kann stark korrosiv wirken und zu Komplikationen in der Konstruktions-, Fertigungs- und Installationsphase führen.29 Auch die Umweltkosten stellen ein mögliches Problem dar. Forschende überwachen regelmässig die Gebiete, in denen Wellenenergie erzeugt wird – auf Störungen des Meeresbodens, Lärmverschmutzung und das Risiko für Beeinträchtigungen der Flora und Fauna des Meeres. Eine weitere Sorge ist die Entstehung elektromagnetischer Felder im Umkreis der Unterseekabel.30 Dies könnte Arten wie Haie, Hummer, Delphine und Meeresschildkröten bei der Navigation im Meer behindern.
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Es gibt aber keinerlei Belege dafür, dass Wellenenergieanlagen die Tier- und Pflanzenwelt im Meer schädigen;31 Forschende erklären, dass die Gefahr gering ist.32 Wie sich gezeigt hat, kann die Technologie auch überraschende Vorteile bringen: Sie kann künstliche Riffe entstehen lassen, die neue Lebensräume für Meereslebewesen schaffen und die Biodiversität vor Ort fördern, so ETIP Ocean (European Technology & Innovation Platform for Ocean Energy). So war zu beobachten, dass unterschiedlichste versunkene Objekte die im Wasser lebenden Arten anziehen; sie stellen ein attraktives Habitat in einer ansonsten tristen Umgebung dar.33
Schiffswracks entwickeln sich regelmässig zu neuen Lebensräumen für Fische, Pflanzen und Korallen.34 Die Fundamente von Offshore-Windkraftanlagen entfalten zudem eine Art „Schutzwirkung für Meereslebewesen“: Da die industrielle Fischerei dort verboten ist, tragen sie einerseits zur Erholung der Fischbestände bei; andererseits verbessern sich dadurch die Fangmengen ausserhalb des Projektgebiets.35
Wellenenergie im Energiemix
Umfassende Dürreperioden führten 2023 zu einem drastischen Rückgang der Stromerzeugung aus Wasserkraft. Einige von Wasserkraft abhängige Länder kehrten zu fossilen Brennstoffen zurück, um den Rückgang auszugleichen. Die globalen energiebedingten Emissionen stiegen dadurch auf ein Rekordhoch.36 Langfristig dürften andere erneuerbare Energien die fossilen Brennstoffe aber verdrängen. Die globale Kapazität an erneuerbaren Energien stieg 2023 auf einen Rekordwert; wirtschaftlich gesehen brachten sie mehr Vorteile als kohlenstoffintensivere Alternativen.37 China baute seine Solarkapazität im letzten Jahr so stark aus wie die gesamte Welt im Jahr 2022.
Wir bei Lombard Odier sind der Ansicht, dass die Ära der fossilen Brennstoffe zu Ende geht. Bis 2050 wird die Elektrifizierung der Wirtschaft von aktuell 20% auf 70% steigen. Unterstützt wird dieser Wandel durch die Einführung von effizienteren Technologien wie Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen. Im Verlauf dieses Übergangs werden wir vom heutigen extraktiven Wirtschaftsmodell zu einem regenerativen Netto-Null-Modell übergehen. Für Anlegerinnen und Anleger stellt dies eine der grössten Chancen in der Geschichte des Kapitalismus dar.
Unsere Meere könnten uns bei diesem grundlegenden Wandel unterstützen. Laut EU könnte Wellenenergie bis 2050 bis zu 10% ihres Energiebedarfs decken, sodass eine Reserveenergieerzeugung aus fossilen Brennstoffen nicht mehr erforderlich ist.38 Weltweit könnte der Ausbau von Wellen- und Gezeitenenergie 680'000 Arbeitsplätze schaffen und der Weltwirtschaft einen Mehrwert von USD 340 Mrd. bringen, schätzt die Internationale Energieagentur.39
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Die Vision von Pierre-Simon Girard von nutzbarer Wellenenergie wurde zu seinen Lebzeiten nicht realisiert. 225 Jahre später könnten wir vor einem Durchbruch stehen und wesentlich stärker von der enormen Kraft der Meere profitieren. „Wellenenergie ist die grösste ungenutzte erneuerbare Energiequelle“,40 so die Europäische Kommission. Während wir uns mit der Notwendigkeit auseinandersetzen, unsere Energiesysteme zu dekarbonisieren, könnten die Weltmeere schon bald zu einem wichtigen Verbündeten werden.
1 US20120032444A1 - Wave Catcher - Google Patents
2 FEATURE: 5 wave energy converter designs – and why wind power could be the key to their success (imeche.org)
3 A bio-inspired foldable-wing wave energy converter for ocean robots - ScienceDirect
4 Wave energy: can ocean power solve the global energy crisis? | World Economic Forum (weforum.org)
5 Wave energy demonstrates mainstream potential | Offshore (offshore-mag.com)
6 The Pros and Cons of Wave Energy | Earth.Org
7 New clean energy tech extracts twice the power from ocean waves (techxplore.com)
8 OES | WAVE ENERGY DEVELOPMENTS HIGHLIGHTS 2023 (ocean-energy-systems.org)
9 CorPower Ocean announces wave energy breakthrough
10 CalWave successfully concludes historic wave energy pilot in California with zero intervention and 99% uptime – CalWave
11 Wave energy: ‘flexible’ energy mix needed for renewable future (economist.com)
12 Global electricity consumption 2022 | Statista
13 Unlocking the potential of Ocean Energy: from megawatts to gigawatts - Energy Post
14 WaveFarm unleashes a wave of energy for a sustainable future - European Commission (europa.eu)
15 France: number of homes 2008-2023 | Statista
16 Electricity and heat statistics - Statistics Explained (europa.eu)
17 Unlocking the potential of Ocean Energy: from megawatts to gigawatts - Energy Post
18 Levelised cost of energy by technology, World (ourworldindata.org)
19 The Falling Cost of Solar Energy: Reasons and Implications - SolarFeeds Magazine
20 The Falling Cost of Solar Energy: Reasons and Implications - SolarFeeds Magazine
21 A review of wave energy technology from a research and commercial perspective - Guo - 2021 - IET Renewable Power Generation - Wiley Online Library
22 Is Wave Energy Ready to Climb Out of the 'Valley of Death'? | Greentech Media
23 Wave of The Future | UNFCCC
24 Inflation Reduction Act Tax Credit Opportunities for Hydropower and Marine Energy | Department of Energy
25 EU Innovation Fund Backs Two Major Ocean Energy Projects as Part of €3.6B Clean Tech Investment | Environmental Policy | News (ecomagazine.com)
26 Power at Sea Prize | American-Made Challenges (americanmadechallenges.org)
27 CalWave Receives U.S. Department of Energy Funding to Advance xWave™ Technology – CalWave
28 EuropeWave: driving wave energy innovation - European Commission (europa.eu)
29 5 Complications for Tidal and Wave Energy Devices (pmiind.com)
30 A modelling evaluation of electromagnetic fields emitted by buried subsea power cables and encountered by marine animals: Considerations for marine renewable energy development - ScienceDirect
31 ETIP-Ocean-Ocean-energy-and-the-environment.pdf (oceanenergy-europe.eu)
32 Marine energy devices ‘pose minimal impacts to marine life’ - reNews - Renewable Energy News
33 Can a wave energy park work as an artificial reef? — SEABASED
34 Shipwrecks as habitats in your national marine sanctuaries| Office of National Marine Sanctuaries (noaa.gov)
35 ETIP-Ocean-Ocean-energy-and-the-environment.pdf (oceanenergy-europe.eu)
36 Global energy-related CO2 emissions hit record high in 2023 - IEA | Reuters
37 Executive summary – Renewables 2023 – Analysis - IEA
38 WaveFarm unleashes a wave of energy for a sustainable future - European Commission (europa.eu)
39 OES | Ocean Energy and Net Zero: An International Roadmap to Develop 300GW of Ocean Energy by 2050 (ocean-energy-systems.org)
40 WaveFarm unleashes a wave of energy for a sustainable future - European Commission (europa.eu)
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