Sie war im Wasser, als die Offenbarung traf. Natürlich war Annette von Jouanne immer im Wasser und schwamm in Seen und Pools, als sie in Seattle aufwuchs. In ihrem Keller gibt es sogar ein Sportbecken, in dem sie und ihr Ehemann (ein ehemaliger olympischer Schwimmer für Portugal) und ihre drei Kinder viel Zeit verbracht haben ... schwimmen.
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Sehen Sie sich einen Prototyp einer Wellenenergie-Boje an der Wasseroberfläche an, während Forscher der Oregon State University ihre Wirksamkeit untersuchen
Video: Einsatz der Wellenenergie-Boje
Aber im Dezember 1995 war sie in den Ferien auf Hawaii beim Bodysurfen. Sie hatte gerade als Assistenzprofessorin für Elektrotechnik an der Oregon State University angefangen. Sie war 26 Jahre alt und darauf bedacht, etwas zu verändern - eine nützliche Energiequelle zu finden oder zu verbessern, vorzugsweise eine, die nicht knapp oder flüchtig oder unberechenbar oder schmutzig war. Die Sonne ging unter. Der Wind ließ nach. Sie schwankte in den Wellen.
"Als die Sonne unterging, traf es mich: Ich konnte das ganze Jahr über Tag und Nacht Wellen reiten", sagt von Jouanne. "Wellenkraft ist immer da. Sie hört nie auf. Ich fing an zu überlegen, dass es eine Möglichkeit geben muss, die gesamte Energie eines Seegangs auf praktische und effiziente Weise und auf verantwortungsbewusste Weise zu nutzen."
Heute ist von Jouanne eine der treibenden Kräfte auf dem schnell wachsenden Gebiet der Wellenenergie - ebenso wie sein führender Befürworter. Sie wird jedem, der zuhört, erklären, dass Wellenenergie im Gegensatz zu Wind- und Sonnenenergie immer verfügbar ist. Selbst wenn der Ozean ruhig zu sein scheint, bewegen die Wellen das Wasser ausreichend auf und ab, um Elektrizität zu erzeugen. Und ein Apparat zur Erzeugung von Kilowatt Leistung aus einer Welle kann viel kleiner sein als das, was benötigt wird, um Kilowatt vor Wind oder Sonnenschein zu schützen, da Wasser dicht ist und die Energie, die es vermittelt, konzentriert ist.
All diese Energie ist natürlich auch zerstörerisch, und seit Jahrzehnten besteht die Herausforderung darin, ein Gerät zu bauen, das Monsterwellen und Sturmböen standhält, ganz zu schweigen von korrosivem Salzwasser, Seetang, schwimmenden Trümmern und neugierigen Meeressäugern. Das Gerät muss außerdem effizient sein und wenig Wartung erfordern.
Trotzdem ist der Reiz unwiderstehlich. Eine Maschine, die eine unerschöpfliche, umweltfreundliche Energiequelle nutzen und in ausreichender Anzahl wirtschaftlich eingesetzt werden könnte, um erhebliche Mengen an Elektrizität zu erzeugen - das wäre eine Meisterleistung für die Ewigkeit.
Ingenieure haben Dutzende von Maschinen gebaut, sogenannte Wellenenergiekonverter, und einige im kleinen Maßstab getestet. In den USA könnten Wellen etwa 6, 5 Prozent des heutigen Strombedarfs befeuern, sagt Roger Bedard vom Electric Power Research Institute, einer Denkfabrik für Energie in Palo Alto, Kalifornien. Das entspricht der Energie in 150 Millionen Barrel Öl - ungefähr der Energiemenge, die von allen US-amerikanischen Staudämmen zusammen erzeugt wird - und reicht aus, um 23 Millionen typisch amerikanische Haushalte mit Strom zu versorgen. Die stärksten Wellen treten an den Westküsten aufgrund starker globaler West-Ost-Winde auf, sodass Großbritannien, Portugal und die Westküste der Vereinigten Staaten zu den Standorten gehören, an denen Wellenenergie entwickelt wird.
Neben dem Schwimmen lernte von Jouanne als Jugendlicher, wie die Dinge funktionieren. Es begann mit kleinen Geräten. Ein Wecker ging kaputt. Sie schraubte den Rücken ab, reparierte den Mechanismus und setzte ihn wieder zusammen. Sie war ungefähr 8 Jahre alt. "Das war so aufregend für mich", sagt sie. Sie ging weiter zu Taschenrechnern und dann zu einem Computer, den sie mit Geld von ihrer Papierroute gekauft hatte. Eines Tages wartete sie darauf, dass ihre Eltern das Haus verließen, damit sie den Fernseher auseinander nehmen und wieder zusammenbauen konnte, bevor sie zurückkehrten. (Von Jouanne warnt die Kinder davor, das zu tun, was sie getan hat: "Es gibt eine Hochspannungskomponente.")
Als ihre Brüder, die acht und zehn Jahre älter waren, zu Studienferien nach Hause kamen, überflog sie ihre technischen Lehrbücher. (Eine ältere Schwester hat ein Wirtschaftsstudium absolviert.) "Das Lesen bestätigte, dass ich das tun möchte", erinnert sie sich.
Sie studierte Elektrotechnik an der Southern Illinois University und promovierte an der Texas A & M University. Sie war oft eine der wenigen Frauen in einer Klasse. "Ich habe mich nie als Ingenieurin gesehen", sagt sie. "Ich sah mich als Ingenieur, der versuchte, die Dinge für die Welt zu verbessern."
An der Oregon State University erzählte sie Alan Wallace, einem Professor für Elektrotechnik, von ihrer Faszination für die Kraft des Ozeans. "Wir haben gesagt, es muss einen Weg geben, diese Energie zu nutzen", erinnert sie sich. Sie untersuchten die damals hergestellten Wellenenergiekonverter und suchten in jahrhundertealten Patenten nach Geräten, mit denen Wellenenergie gewonnen werden kann. Einige ähnelten Windmühlen, Tierkäfigen oder Schiffspropellern. Ein moderner sah aus wie ein riesiger Wal. Allen Geräten war eines gemeinsam: Sie waren zu kompliziert.
Nehmen wir zum Beispiel ein Gerät namens Pelamis Attenuator, das Pelamis Wave Power kürzlich vier Monate vor der Küste Portugals eingesetzt hat. Es sieht aus wie eine 500 Fuß lange rote Schlange. Während die Wellen ihre Länge durchlaufen, biegt sich die Maschine auf und ab. Das Biegen pumpt Hydraulikflüssigkeit durch einen Motor, der Elektrizität erzeugt. Komplexe Maschinen wie diese sind mit Ventilen, Filtern, Rohren, Schläuchen, Kupplungen, Lagern, Schaltern, Messgeräten, Zählern und Sensoren übersät. Die Zwischenstufen reduzieren den Wirkungsgrad, und wenn eine Komponente kaputt geht, kaputt das ganze Gerät.
Nach der Analyse des Feldes sagt von Jouanne: "Ich wusste, dass wir ein einfacheres Design brauchen."
Von Jouannes Labor wurde in Erinnerung an den 2006 verstorbenen Wallace benannt, aber die Wallace Energy Systems & Renewables Facility (WESRF) ist bekannt als "We Surf". Das in tiefem Blau und Grau gestrichene Labor ist eine Forschungseinrichtung und ein Testgelände für innovative Produkte wie ein vollelektrisches Marineschiff, ein Luftkissenfahrzeug und den Ford Escape Hybrid-Motor. In einer Ecke befindet sich eine große Boje, die einer riesigen Kupferbatterie ähnelt. Daneben sieht eine weitere Boje aus wie zwei Langlaufski mit dazwischen gespanntem Draht. Die Entwürfe gehörten zu den frühesten von Jouannes. "Durchbrüche entstehen fast immer aus Fehlern", sagt sie.
Ihr Durchbruch bestand darin, ein Gerät zu konzipieren, das nur zwei Hauptkomponenten enthält. Bei den neuesten Prototypen befindet sich eine dicke Spule aus Kupferdraht in der ersten Komponente, die am Meeresboden verankert ist. Die zweite Komponente ist ein Magnet, der an einem Schwimmer befestigt ist, der sich mit den Wellen frei auf und ab bewegt. Wenn der Magnet von den Wellen bewegt wird, bewegt sich sein Magnetfeld entlang der stationären Kupferdrahtspule. Diese Bewegung induziert einen Strom im Draht - Elektrizität. So einfach ist das.
Anfang 2005 hatte von Jouanne einen ihrer Prototypen konstruiert und wollte testen, ob er wasserdicht ist. Sie schleppte den Wellenenergiekonverter in ihren Keller, in eine Rinne, die Wasser zirkulieren ließ, um sie an Ort und Stelle schwimmen zu lassen. Ihre Tochter Sydney, damals 6 Jahre alt, saß auf dem Prototyp, wie ein Seehund sich an eine echte Boje klammern könnte. Es schwebte.
Als nächstes rief sie in einem nahe gelegenen Wellenbad an, wo die Leute in simulierten Wellen spielen gingen.
"Vermieten Sie Ihren Pool?" Sie sagte.
"Für wieviele Leute?" fragte der Begleiter.
"Nicht viele Leute - eine Wellenenergie-Boje."
Der Park spendete ihr zwei frühe Vormittage. Von Jouanne verankerte die Maschine mit zehn 45-Pfund-Gewichten aus einem Fitnessstudio. Es lief gut in den verspielten Wellen, schwankte auf und ab, ohne zu sinken.
Dann kam der echte Test an einem der längsten Wellen-Simulatoren in Nordamerika.
Am westlichen Ende des grünen Campus der Oregon State University, hinter den gelehrten Backsteingebäuden, befindet sich ein massiver T-förmiger Stahlschuppen auf einem riesigen gepflasterten Grundstück. Obwohl das Gebäude 80 Kilometer vom Pazifischen Ozean entfernt und weit außerhalb der Reichweite von Flutwellen liegt, weist ein blau-weißes Metallschild am Eingang auf "Betreten der Tsunami-Gefahrenzone" hin.
Als von Jouanne zum ersten Mal eine Boje mitbrachte, um sie im 342 Fuß langen Betonkanal des Hinsdale Wave Research Laboratory im US-Bundesstaat Oregon zu testen, „lief alles nicht wie geplant“, sagt Dan Cox, der Direktor der Einrichtung, mit einem Lachen. Von Jouanne und Mitarbeiter warfen die Boje in den 15 Fuß tiefen Kanal und schlugen sie mit zwei, drei und vier Fuß Wellen. Die erste 5-Fuß-Welle warf sie um.
"Wir hatten ein Ballastproblem", sagt von Jouanne etwas verlegen. Sie fährt fort: "Wir sind Elektroingenieure und wir brauchten wirklich mehr Hilfe von Meerestechnikern, aber um sie zu bekommen, brauchten wir mehr Finanzmittel und um mehr Finanzmittel zu bekommen, brauchten wir etwas Erfolg."
Von Jouanne verfeinerte ihre Bojen weiter. Eine kleine Gruppe sah zu, wie eine zwei Meter lange Welle auf eine ihrer neuesten Versionen zusteuerte. Als sich die Boje mit der Welle hob, leuchtete eine 40-Watt-Glühbirne auf, die mit Wellenenergie betrieben wurde. "Wir alle jubelten", erinnert sich Cox.
Route 20 Winde von Oregon State an die Küste durch Zedern und Tannen entlang des Yaquina River. In der Nähe der Flussmündung befindet sich eine sandige Nehrung mit niedrigen Gebäuden, die mit Austernschalen und knorrigem Treibholz verziert sind. Brisen ließen Fallen vom nahe gelegenen Jachthafen gegen Metallmasten klirren. Hier befindet sich das Hatfield Marine Science Center des US-Bundesstaates Oregon, das sich der Erforschung der Meeresökosysteme und der Meeresenergie widmet.
George Boehlert, Meeresforscher und Direktor des Zentrums, blickt von seinem Büro aus auf ein Feld aus welligem Seegras. "Was wir jetzt wissen, wissen wir nicht", sagt Boehlert, dessen schmutzig-blonde Locken den Wellen des Ozeans ähneln. "Meeresenergie ist ein sich schnell bewegendes Feld und Umweltforscher haben viele Fragen."
Zum Beispiel absorbieren die Bojen Energie von Wellen und reduzieren so ihre Größe und Kraft. Würden geschrumpfte Wellen die Sandbewegung und die Strömung in Ufernähe beeinträchtigen und möglicherweise zur Erosion beitragen?
Bojen sowie die Stromkabel, die an Land an das Stromnetz angeschlossen werden, senden elektromagnetische Felder aus. Und Verankerungskabel würden wie eine Gitarrensaite in die Strömung fließen. Könnten diese Störungen Wale, Haie, Delfine, Lachse, Rochen, Krabben und andere Meerestiere verwirren, die Elektromagnetismus und Geräusche zur Fütterung, Paarung oder Navigation verwenden?
Würden Vögel mit den Bojen kollidieren oder sich Schildkröten in den Kabeln verfangen?
Würden Anker künstliche Riffe schaffen, die Fische anziehen, die normalerweise nicht in diesem Lebensraum zu finden sind?
Würden das Ausbringen, Warten und Entfernen von Bojen den Meeresboden stören oder auf andere Weise die Meeresumwelt verändern?
"Ich möchte auch die Antworten auf diese Fragen wissen", sagt von Jouanne. "Das Letzte, was ich tun möchte, ist, dem Ozean und seinen wunderschönen Kreaturen Schaden zuzufügen." Um die Umweltrisiken zu untersuchen und Wellenenergie-Ingenieuren die Möglichkeit zu geben, ihre Erfindungen zu testen, bauen sie und Kollegen im US-Bundesstaat Oregon, darunter auch Boehlert, in der Nähe einen schwimmenden Testliegeplatz. Die Eröffnung ist für das nächste Jahr geplant. In der Mitte wird eine Boje mit Instrumenten stehen, mit denen Daten über die Leistung von Wellenenergiekonvertern gesammelt werden können.
Der Testliegeplatz ist Teil einer enormen Anstrengung, Wellenenergie aus dem Labor in das Stromnetz zu leiten. Über ein neues, vom Energieministerium finanziertes nationales Zentrum für erneuerbare Meeresenergie können Forscher aus dem ganzen Land ihre Erfindungen im WESRF-Energielabor verfeinern, im Hinsdale-Wellenkanal testen und im Ozean perfektionieren. "Das ist es, was wir tun müssen, um Wellenenergie als Teil eines erneuerbaren Energieportfolios für den Staat, die Nation und die Welt vollständig zu erforschen", sagt von Jouanne.
Boehlert und andere sagen, dass Wellenenergie, selbst wenn sie lokale Umweltauswirkungen hat, wahrscheinlich weitaus weniger schädlich ist als Kohle- und Ölkraftwerke. "Die Auswirkungen des weiteren Pumpens von Kohlenstoff in die Atmosphäre könnten für die Meereslebewesen viel schlimmer sein als Bojen, die in den Wellen wippen", sagt er. "Wir wollen, dass die Meeresenergie funktioniert."
Von Jouanne schleppte kürzlich ihre leistungsstärkste Boje - ihren elften Prototyp - durch die Yaquina Bay und eineinhalb Meilen vor der Küste. Die Boje, die einer riesigen gelben fliegenden Untertasse mit einem schwarzen Rohr ähnelt, das in der Mitte steckte, wurde in 140 Fuß Wasser verankert. Fünf Tage lang stieg und fiel es mit Wellen und erzeugte rund 10 Kilowatt Strom. Columbia Power Technologies, ein Unternehmen für erneuerbare Energien, das von Jouannes Forschung unterstützt hat, plant, in den nächsten zwei bis drei Jahren eine Boje zu installieren, die vor der Küste von Oregon 100 bis 500 Kilowatt Strom erzeugt.
"Vor ein paar Jahren", sagt Cox über von Jouanne, "hat sie an einem Katzensprung gearbeitet. Jetzt hat sie die Regierung hinter sich und Firmen stehen vor der Tür. Das ist ein unglaublich schneller Fortschritt, der gut für die Zukunft der Wellenenergie ist." "
Eine weitere Erfindung von Von Jouanne, die erste ihrer Art, ist eine Maschine, mit der Wellenenergiekonverter getestet werden, ohne dass sie nass werden müssen. Eine Prototypboje ist in einem Metallwagen befestigt, der die Auf- und Abbewegung der Meereswellen nachahmt. Elektrische Ausrüstung überwacht die Energie, die die Boje erzeugt. Der Prüfstand sieht aus wie eine Aufzugskabine mitten in ihrem Labor.
Wellenenergieforscher anderer Institutionen können gerne von Jouannes Prüfstand nutzen, der jedoch derzeit über eine eigene Boje für Energiewandler verfügt. Ein Schüler, der an einem nahe gelegenen Computer sitzt, weist das Gerät an, Wellen mit einer Höhe von 1 Meter und einer Geschwindigkeit von 0, 6 Metern pro Sekunde mit Intervallen von 6 Sekunden zwischen Wellenbergen zu simulieren.
"Das ist eine kleine Sommerwelle", sagt von Jouanne.
Die Maschine summt, taumelt und hebt sich wie ein Fahrgeschäft im Vergnügungspark.
Während sich die Boje auf und ab bewegt, registriert eine Anzeige den Saft, den sie produziert. Die Nadel bewegt sich. Ein Kilowatt, zwei, dann drei.
"Das reicht aus, um zwei Häuser mit Strom zu versorgen", sagt von Jouanne.
Elizabeth Rusch ist eine in Portland, Oregon, ansässige Journalistin und Autorin von The Planet Hunter und anderen wissenschaftlichen Kinderbüchern.
Die elektrische Welle : In von Jouannes "Wellenenergiekonverter" sind Spulen in einer verankerten Säule von einem Magneten umgeben, der an einem Schwimmer befestigt ist. Wellen bewegen den Schwimmer auf und ab und die elektromagnetische Wechselwirkung erzeugt Strom. (5W Infografiken) 
Nach jahrelangen Experimenten in Labors, Wellenbecken und sogar in ihrem Keller testete Ingenieurin Annette von Jouanne Konverter-Prototypen im Ozean (ein Kran hisst 2007 eine Boje vor Oregon ins Wasser). (Annette von Jouanne) 
Annette von Jouanne steht im Ozean am Otter Rock Beach von Oregon, in dessen Nähe sie mit Wellenenergie-Bojen experimentiert hat. (Mit freundlicher Genehmigung von Annette von Jouanne) 
Ein Boot schleppt einen Wellenenergie-Bojen-Prototyp zur See. (Annette von Jouanne) 
Ein genauerer Blick auf einen der Bojen-Prototypen. Der gelbe Teil der Boje schwimmt auf der Wasseroberfläche. (Annette von Jouanne) 
Ein Licht auf einer Boje zeigt an, dass Strom durch die Boje fließt. (Annette von Jouanne) 
In von Jouannes Labor simuliert eine neuere Erfindung die Wellenbewegung und lässt die Forscher Bojenentwürfe trocken laufen (Testen eines Wellenenergiegerätes ohne Schwimmkörper). (Brian Smale) 
Von Jouanne sagt: "Wir haben vielversprechende Beiträge erhalten, dass [diese Technologie] der richtige Weg ist." (Brian Smale)
