Arktische Flüsse könnten Dieselgeneratoren in abgelegenen Gemeinden ersetzen

Abgelegene arktische Gemeinden sind für ihre Stromversorgung weiterhin auf Dieselgeneratoren angewiesen; der Treibstoff muss über enorme Distanzen per Schiff oder Winterstraße herangeschafft werden. Eine neue Analyse zeigt nun, dass selbst einige der kältesten Flüsse der Erde dazu beitragen könnten, diesen Brennstoff durch Turbinen zu ersetzen, die von strömendem Wasser angetrieben werden. Damit wird die Annahme infrage gestellt, dass eisige Temperaturen diese Technologie unpraktisch machen.

Für Gemeinden im Norden könnte ein geringerer Dieselverbrauch die Energiekosten senken, Umweltverschmutzung verringern und die Versorgungssicherheit erhöhen, wenn sich Treibstofflieferungen verzögern. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sogar einige der kältesten Flüsse der Arktis eine praktikable Quelle erneuerbarer Energie sein können.

Das Dieselproblem

In der nordamerikanischen Arktis wurden noch vor wenigen Jahren vier von fünf Gemeinden mit Diesel versorgt. Der Brennstoff legt riesige Strecken per Schiff oder über Winterstraßen zurück, was die Preise erhöht und Orte von der Versorgung abschneiden kann, wenn sich eine Lieferung verspätet.

In Nunavut, das einen großen Teil der östlichen kanadischen Arktis umfasst, fließt etwa ein Fünftel des jährlichen Staatshaushalts in die Subventionierung von Dieselstrom. Dieses Geld fehlt dann für Wohnraum, Lebensmittel und Versorgung.

Die Verbrennung dieser Treibstoffmengen hinterlässt zudem Spuren in der Landschaft. Ruß lagert sich auf Schnee und Eis ab. Forschende bringen ihn mit schnellerem Schmelzen in Verbindung – ein weiterer Grund, warum Gemeinden seit Jahren nach einer saubereren Alternative suchen.

Energie aus der Strömung

Die Technologie, auf der die Untersuchung beruht, heißt hydrokinetische Energie, und ihr Prinzip ist unkompliziert. Eine Turbine wird in einem fließenden Fluss installiert, dessen Strömung sie antreibt – weder ein Damm noch ein Stausee sind erforderlich.

Katelyn Kirby, Doktorandin im Bauingenieurwesen an der University of Ottawa, leitete das Team. Sie weist darauf hin, dass konventionelle Staudämme im Norden eine belastete Geschichte haben: Sie überfluteten indigenes Land und stießen auf anhaltenden Widerstand.

Eine Turbine vermeidet den Großteil dieser Folgen, da sie nur wenig Bauaufwand benötigt und jeden Herbst unkompliziert herausgehoben werden kann. Einer Studie zufolge ist das Energiepotenzial der Flüsse weltweit groß genug, um als bedeutende erneuerbare Energiequelle zu gelten.

Test am Iqaluit Kuunga nahe Iqaluit

Um das Konzept zu prüfen, untersuchte das Team den Iqaluit Kuunga, auch Sylvia Grinnell River genannt, rund 4,8 Kilometer von Iqaluit in Nunavut entfernt.

Bei einer Jahresdurchschnittstemperatur von etwa -9 °C zählt der Ort zu den kälteren als fast alle der mehr als 3.000 nördlichen Gemeinden in der Studie.

Mithilfe eines mit Sonar ausgestatteten Roboterboots kartierte das Team das Flussbett und maß das Wasser bei mehreren Strömungsverhältnissen.

Die stärkste Stelle lag unmittelbar unterhalb einer engen Verengung des Flussbetts, wo sich die Strömung beschleunigt und eine mehrere Meter tiefe Mulde ausgewaschen hat.

Selbst bei niedrigem Wasserstand im Spätsommer blieb die Strömung schnell genug, um eine Turbine zu betreiben – ausreichend für die Versorgung von zwölf Haushalten. Diese Leistung entspricht einer Turbine in Igiugig, Alaska, die den lokalen Dieselverbrauch um 60 bis 90% gesenkt hat. Da der Fluss jeden Winter zufriert, wird die Turbine jeweils im Herbst ausgebaut.

Kälte ist kein Hindernis

Die Studie widerlegt eine naheliegende Vermutung: Kältere Standorte bedeuten kürzere eisfreie Zeiträume und schwierigere technische Bedingungen. Die Überlegung liegt auf der Hand. Doch die Daten bestätigten sie nicht.

Bei 178 abgelegenen kanadischen Gemeinden mit durchschnittlichen Temperaturen, die sich über mehr als 22 °C erstreckten, fanden die Forschenden keinen Zusammenhang zwischen der Kälte eines Orts und den Dieseleinsparungen, die eine Turbine ermöglichen könnte.

Zuvor hatte niemand diese Beziehung für so viele nördliche Gemeinden kartiert.

Entscheidend für die Eignung eines Standorts ist der Fluss, nicht das Thermometer. Eine starke Verengung, ein steiles Gefälle oder eine Felsbarriere in der Strömung hatten deutlich mehr Einfluss als die Kälte. Dutzende Orte, die einst als zu kalt galten, kommen damit wieder infrage.

Karte der geeigneten Standorte

Das Team beschränkte sich nicht auf einen einzelnen Fluss. Im Norden Kanadas identifizierte es 50 Gemeinden in der Nähe ausreichend starker Strömungen – die meisten höchstens 9,7 Kilometer vom Wasser entfernt und überwiegend weiterhin dieselabhängig.

Weltweit stieg die Zahl auf 325 Gemeinden in acht arktischen und subarktischen Ländern.

Russland verzeichnete mit fast 200 Standorten die höchste Gesamtzahl, während Island, Kanada, Norwegen und Finnland pro Fluss ein höheres Energiepotenzial aufwiesen.

Dabei handelt es sich weiterhin um erste Schätzungen, nicht um Garantien. Jeder konkrete Standort muss noch vor Ort vermessen werden. Dennoch haben andere Untersuchungen zu arktischen Flüssen in denselben Regionen ein großes ungenutztes Potenzial festgestellt.

Schonendere Option für Flüsse

Eine Turbine greift weniger stark in einen Fluss ein als ein Damm. Staudämme überfluten Täler, versperren Fischen den Weg und entziehen dem Fluss flussabwärts Sedimente. Eine freistehende Flussturbine lässt das Wasser weiterfließen und beansprucht nur einen kleinen Bereich des Flussbetts.

Der Fischdurchgang ist die naheliegendste Sorge, doch erste Erkenntnisse sind beruhigend. In einer Studie schwammen Fische an den Rotorblättern vorbei und wichen ihnen meist aus; Zusammenstöße waren selten. Eine Untersuchung junger Lachse nahe der Turbine in Alaska ergab ein ähnliches Bild.

Das bedeutet nicht, dass eine Turbine unsichtbar bleibt. Sie beeinflusst weiterhin Strömung und Flussbett, und Bewohnerinnen und Bewohner im Norden sorgen sich um Fische, Karibuquerungen und Schäden durch Eis. Bislang scheinen die Auswirkungen jedoch gering und lokal begrenzt zu sein.

Mehr Optionen für die Energieversorgung

Zwei Ergebnisse stechen hervor. Ein Fluss, der in einer der kältesten bewohnten Regionen der Arktis bis zum Grund zufriert, erfüllte dennoch die Voraussetzungen für Turbinenstrom. Außerdem sagte die Kälte einer Gemeinde weltweit nichts darüber aus, ob eine Turbine ihr helfen könnte.

Diese Erkenntnis verändert die Optionen, die Planerinnen und Planer im Norden berücksichtigen können. Da die Orte weit voneinander entfernt liegen, ergibt ein einziges großes gemeinsames Stromnetz wenig Sinn. Der realistische Weg sind kleine lokale Mikronetze, in denen jeweils eine Flussturbine mit einer Batterie kombiniert wird.

Die größten Hürden liegen inzwischen weniger im Wasser als im Verwaltungsaufwand: knappe Finanzierung, kostspielige Studien und eine Regelung, die unabhängigen Stromerzeugern in Nunavut bis 2023 den Betrieb untersagte.

Mit dieser Änderung und einer klareren Karte haben Gemeinden endlich einen Ausgangspunkt.