Der Regenmacher – Mit Windkraftanlagen gegen Dürre

Trockene Felder, leere Flüsse, brennende Wälder: Wassermangel ist ein weltweites Problem. Clemens Jauch will den Wasserkreislauf wieder in Schwung bringen. Der Professor am Fachbereich Energie und Biotechnologie der Hochschule Flensburg entwickelt Windkraftanlagen, die Wolken erzeugen sollen – und so Wasser von der Küste ins Landesinnere schicken.

Herr Jauch, normalerweise beschäftigen Sie sich damit, wie Windstrom ins Netz gelangt. Jetzt aber wollen Sie es regnen lassen. Wie sind Sie auf die Idee gekommen, mit Windkraftanlagen Niederschlag zu erzeugen?

Die Auslöser waren für mich die Buschbrände in Australien 2019 und 2020 sowie die Waldbrände an der Westküste der USA im Sommer 2020. Da ist einfach noch einmal sehr offensichtlich geworden, was eigentlich längst bekannt ist: dass wir ein massives Problem mit dem Klima haben und ein ganz massives Problem mit Wetterextremen. Und eines dieser Extreme ist der Mangel an Süßwasser. Dabei braucht es noch nicht einmal diese großen Beispiele. Das Thema Wasserknappheit betrifft wirklich jeden – auch die Landwirte hier in Schleswig-Holstein, das eigentlich als relativ niederschlagsreiche Region gilt, haben damit zu kämpfen, dass der Boden in zwei Metern Tiefe noch viel zu trocken ist – eine Spätfolge des extrem trockenen Sommers 2018. Das Problem ist überall offensichtlich. Also habe ich mir Gedanken gemacht, was man tun könnte.

Und trotzdem scheint es nicht unbedingt naheliegend, sich in Ihrem Fachbereich damit zu befassen, das Wetter zu beeinflussen …

Ja, im Prinzip stimmt das. Ich bin Experte für Windenergietechnik. Allerdings gibt es aber seit jeher sehr viele Überschneidungen mit verschiedenen Grunddisziplinen. Eine Windenergieanlage ist zwar ein Kraftwerk für elektrischen Strom, sie interagiert aber gleichzeitig mit der Atmosphäre. Da existieren schon sehr viele Schnittmengen. Es liegt deshalb gar nicht fern, dass man auch mal über den eigenen Tellerrand hinaus schaut. Dass wir ein Problem mit Wassermangel haben, ist offensichtlich. Für mich kam dann noch das Wissen hinzu, dass eine Windenergieanlage riesiges Potenzial besitzt, Wasser in die Atmosphäre zu bringen.

Inwiefern?

Wasser muss verdunsten, um in die Atmosphäre zu kommen. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit haben einen massiven Einfluss darauf, wie schnell Verdunstung stattfinden kann. Wind überstreicht normalerweise horizontale Flächen – also Gewässer – auf der Erdoberfläche. Die Rotorblätter einer Windenergieanlage bilden hingegen eine senkrechte Fläche, durch die der Wind hindurchweht. Da hat der Wind viel mehr Möglichkeiten, Wasser in die Atmosphäre zu blasen. Hinzu kommt, dass der Rotor sich dreht und eine Art Fahrtwind entsteht. An der Spitze von so einem Rotorblatt gibt es üblicherweise Windgeschwindigkeiten von weit über 200 Kilometer pro Stunde. Das ist irrwitzig hoch – und wahnsinnig vorteilhaft für die Verdunstung von Wasser.

Trotzdem müssen die Windräder das Wasser von irgendwo her nehmen. Produziert das nicht noch mehr Wassermangel?

Der ideale Standort für die Anlagen sind Flussmündungen, wo sich Süßwasser in Kürze mit Salzwasser vermischt und damit für uns unbrauchbar wird. Dort wird niemandem das Wasser weggenommen. Denn hier geht es nicht nur um ein paar Liter, sondern um viele Kubikmeter – pro Sekunde. Auf gar keinen Fall dürfte Grundwasser angezapft werden. Und wichtig ist die Windrichtung, denn die Wolken sollen schließlich ins Landesinnere getragen werden und nicht aufs Meer.

Wie gut werden Sie den Ort des Niederschlags steuern können?

Regen gibt es erst, wenn die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt ist. Wenn wir mit den Windenergieanlagen also für eine Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent sorgen, dann regnet es potenziell direkt hinter dem Windpark. Wenn das Wasser in der Atmosphäre jedoch mit dem Wind über weitere Distanzen transportiert werden soll, dann wollen wir eigentlich eher 90 Prozent erreichen. Der ausschlaggebende Punkt ist, wann wir eine Verringerung der Lufttemperatur haben, was ebenfalls für eine Sättigung und damit für Regen sorgen würde. Wo das Wasser runterkommt, lässt sich dann zwar anhand von Tageszeiten, Windgeschwindigkeiten und Windrichtung oder auch Bergen abschätzen – punktgenau wird sich der Niederschlagsort aber nicht bestimmen lassen. Und das ist ein großer Vorteil: Denn diese Art der Bewässerung über die Atmosphäre wäre vollkommen diskriminierungsfrei. Niemand würde bewusst bevorzugt oder benachteiligt werden, was bedeutet, dass die Bewässerung sowohl für Menschen als auch für das Ökosystem von Nutzen wäre.

Sie wollen das Wasser mit Pumpen zu den Rotorblättern schaffen. Das verbraucht Energie. Werden Ihre Windräder überhaupt noch Strom für die Netze erzeugen?

Der Energiebedarf für den Transport des Wassers in die Rotorblätter hängt von der Windgeschwindigkeit und der benötigten Wassermenge ab. Je stärker der Wind weht, umso mehr Leistung kann eine Windenergieanlage produzieren. Allerdings muss sie auch umso mehr Wasser emittieren, da die zu befeuchtende Luft ja auch immer schneller vorbeizieht. Ob eine Windenergieanlage also noch elektrische Leistung ins Netz einspeisen kann, hängt von den vorherrschenden Gegebenheiten ab. Man darf aber auch die Windrichtung nicht außer Acht lassen. Schließlich soll das Wasser ja in eine bestimmte Richtung transportiert werden. Immer dann, wenn die vorherrschende Windrichtung gar nicht zu dem zu befeuchtenden Gebiet weht, werden die Windenergieanlagen überhaupt nicht im Bewässerungsmodus betrieben. Das heißt, sie werden dann als ganz normale Windenergieanlagen Strom produzieren, die sie in das Netz einspeisen.

Wenn es wenig Strom gibt und keine gezielte Bewässerung, scheinen Ihre Anlagen auf den ersten Blick wenig lukrativ zu sein. Wer soll einmal die Windräder bezahlen?

Das stimmt nicht ganz. Es gibt drei Betriebsmodi für solche Anlagen, zwei davon haben eine direkte Auswirkung auf die unmittelbare Umgebung. Zum einen können die Anlagen zur direkten Bewässerung von Böden hinter den Anlagen genutzt werden, wenn die Luft nämlich sofort gesättigt wird. Dann schicken die Rotorblätter die Tropfen nur wenige hundert Meter weit. Zum anderen sorgen die Anlagen für lokale Abkühlung. Denn Verdunstung führt als Nebeneffekt mit sich, dass der Luft Energie – also Wärme – entzogen wird. Dadurch wird Verdunstung in der Umgebung reduziert. Der dritte Modus ist der vorhin beschriebene Transport von Wasser über weite Strecken. Aber es stimmt: Der Bau der Anlagen wird nicht irgendwelchen klassischen Marktmodellen gehorchen, wie wir sie derzeit kennen. Strom kann man in Kilowattstunden abrechnen. Aber wer vergütet es, wenn ich mit einer Gießkanne Wasser verteile? Das ist eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe. Ich denke also, dass eher Staaten solche Anlagen kaufen könnten.

Wie weit ist Ihre Idee denn schon fortgeschritten?

2020 hatte ich die Idee und in der Zwischenzeit habe ich zusammen mit dem Meteorologen Prof. Dr. Stefan Emeis eine erste Studie durchgeführt, in der wir den Wasserbedarf und den Leistungsbedarf für ein konkretes Beispielszenario berechnet haben. Außerdem ist vor einigen Monaten eine erste Masterarbeit zu einem Teilaspekt fertig geworden. Dabei ging es darum, welche Komponenten gebraucht werden: Was für Pumpen brauchen wir? Welche Düsen und wie viele davon? Welchen Leitungsquerschnitt? Welche zusätzliche Technik? Nach und nach werden immer mehr Arbeiten kommen, die sich mit bestimmten Bereichen beschäftigen. Eine derzeit laufende Arbeit beschäftigt sich damit, wie das austretende Wasser die Aerodynamik der Rotorblätter verbessern und die Schallemissionen der Rotorblätter verringern könnte. Die Anlagen wären dadurch also ganz nebenbei effektiver und leiser. Es gibt also jede Menge Themen, die wir gerade angehen. Nach den Masterarbeiten kommen dann Promotionen, wo sich Doktoranden drei oder vier Jahre eingehend mit dem Thema beschäftigen und weitere Detailfragen klären. Irgendwann sind wir dann hoffentlich so weit, dass eine Firma ein Forschungsprojekt starten will.

Wann werden wir die ersten Ihrer Windkraftanlagen sehen?

Da wage ich keine Prognose. Eigentlich müssten wir die Technik erst einmal im Kleinen entwickeln – das ist der klassische Weg. Die Vorteile bei der Verdunstung kommen allerdings erst bei großen Anlagen zum Tragen. Aber so weit sind wir ohnehin noch gar nicht. Allerdings bin ich mir sicher, dass es irgendwann Windenergieanlagen geben wird, die die Atmosphäre beeinflussen. Ich weiß aus meinen Berechnungen, dass es funktionieren wird. Und wir haben keine Alternative. Die klassische Bewässerung ist teuer, energieintensiv und diskriminierend. Nimmt jemand Wasser aus dem Oberlauf eines Flusses, um es auf sein Feld zu bringen, dann fehlt es flussabwärts. Das Wasser aus den Windenergieanlagen wird ohne elektrischen Energieaufwand landeinwärts transportiert – und es wurde niemandem weggenommen.

Dieser Artikel ist in der Campus Winter 2022 erschienen. Wenn dich der Krisenmodus der Weltwirtschaft interessiert, dann lies den nächsten Artikel.

TEXT Robert Ott-Moog
FOTO Hochschule Flensburg, Shutterstock