Das Stadtkraftwerk

Das E-Bike dort aufladen, wo Energie entsteht – mitten in der Stadt. Für diese nachhaltige Mobilitätslösung hat das Kölner Start-up RheinSharing ein Mini-Wasserkraftwerk entwickelt.

RheinSharing – das sind Fahrzeugtechnik- und Architektur-Studierende der TH Köln, die mit ihrem Start-up das Ziel verfolgen, in Städten eine Ladeinfrastruktur für elektrisch betriebene Fahrräder, Scooter, Autos und Fähren zu schaffen. Mithilfe von kleinen Kraftwerken soll die urbane Mikromobilität nachhaltiger werden, indem diese den Strom direkt dort produzieren, wo er gebraucht wird. „Die Nutzung der Wasserkraft ist innerstädtisch noch nicht weit verbreitet. Deshalb haben wir selbst ein Flusskraftwerk entwickelt“, beschreiben die Fahrzeugtechnik-Ingenieure Marcel Heilich und Felix Roder ihre Gründungsidee.

Wasserkraft durch Innovation vorantreiben

Der Anteil der Wasserkraft an der Energieerzeugung macht global rund 16 Prozent aus. In Deutschland sind es lediglich drei Prozent. Dies ist vor allem auf topografische Gründe zurückzuführen, schließlich lässt sich die Energie etwa in den Gebirgsregionen Österreichs oder Norwegens viel effizienter gewinnen. Doch Staukraftwerke stehen aufgrund ihrer Auswirkungen auf Flora und Fauna zunehmend in der Kritik. Ist Wasserkraft also hierzulande keine gute Alternative? Doch!

„Es kommt bei der Energiewende auf jede Kilowattstunde an, warum sollte man dieses Potenzial liegen lassen“, sagen die beiden RheinSharing-Gründer. Bei ihrem eigens entwickelten Flusswasserkraftwerk geht es daher nicht um größtmögliche Energiemengen, sondern um einen ganzheitlich durchdachten Ansatz: Erstens Energie direkt dort verbrauchen, wo sie erzeugt wird – verlustarm und ohne Transport(um)wege. Zweitens das Kraftwerk in die innerstädtische Architektur integrieren, weshalb das Team sein Konzept gemeinsam mit Architektur-Studierenden der TH Köln entwickelte. Drittens durch den Ausbau der Ladeinfrastruktur innerstädtische Mikromobilität vorantreiben.

In der Praxis sieht die grüne Mobilitätsidee der Kölner dann so aus: Ein Flusswasserkraftwerk wird im Uferbereich des Rheins versenkt. Während der Generator des Minikraftwerks Strom erzeugt, wird an Land eine Ladestation für E-Bikes, E-Scooter und E-Autos aufgestellt. Die E-Tankstelle ist zugleich Leihstation für Räder und Roller.

Neu entwickelte Strömungsform

2,70 Meter lang, 1,20 Meter Außendurchmesser, 250 Kilogramm schwer, mit Glasfaserkunststoff laminiert und von einer käfigartigen Stützkonstruktion umschlossen. So sieht der Prototyp der Durchströmturbine aus, den das RheinSharing-Team mit Unterstützung der hochschuleigenen Werkstatt im Wasserlabor der TH Köln in Handarbeit konstruiert, gebaut, gefräst und geleimt hat. Durch die zylinderförmige Röhre soll demnächst das Rheinwasser fließen und Strom erzeugen. Die technologische Innovation daran ist die neu entwickelte Strömungsform: Die taillenförmige Verengung zwingt das Wasser zur Beschleunigung. So hat es Marcel Heilich in seiner Masterarbeit berechnet und im Strömungskanal getestet: „Diese Formgebung ist ideal: Die Strömungsgeschwindigkeit im Inneren hat sich nahezu verdoppelt“, erklärt er. Der Generator besitzt eine Spitzenleistung von 4,3 Kilowatt. „Bei voller Auslastung könnten damit täglich 190 E-Bikes aufgeladen werden“, prognostiziert Felix Roder.

Im extrem trockenen Sommer 2022 haben die beiden Gründer die Effizienz der Turbine sogar bei einem sehr geringen Pegelstand erforscht. Gerade einmal 71 Zentimeter Wassertiefe maßen sie an der Kaimauer vor den Ford-Werken in Niehl – normal wären Werte von mehr als drei Metern. „An bestimmten Stellen ist der Rhein auch bei einem so geringen Pegel tief genug, sodass das Kraftwerk vollständig unter Wasser ist und Energie erzeugen kann“, sagt Roder.

Der Einsatz des Flusskraftwerks unter realen Bedingungen steht nun kurz bevor. Und zwar auf der „Ökologischen Rheinstation“, die bei Rheinkilometer 684,5 ankert. Das Forschungsschiff der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln bietet die geeignete Testumgebung, um Funktionstüchtigkeit, Statik und die tatsächliche Leistung zu prüfen. Zudem will RheinSharing den integrierten Fisch- und Treibgutschutz weiterentwickeln. Architektonische Vorschriften, Naturschutz, Schifffahrtsrecht – all dies sind wichtige Grundlagen, die Parameter für die Serienreife vorgeben und am Ende auch die Investitionsentscheidung von Unternehmen und Stadtplanern beeinflussen, für die das Kraftwerk interessant sein könnte.

Weltweites Studienobjekt

Dass die Idee der lokal erzeugten und genutzten Energie zukunftsfähig ist, zeigen zahlreiche parallel laufende Projekte: Von der Donau bis zum Amazonas wird an nachhaltiger Energiegewinnung in verschiedensten Varianten geforscht, zum Beispiel in Form von Strom-Bojen, Ufo-förmige Mini-Wasserkraftwerke oder Wasserkraftschnecken. Das große Potenzial der Wasserkraft bestätigt auch Prof. Dr. Christian Jokiel. Sein Institut für Baustoffe, Geotechnik, Verkehr und Wasser der TH Köln hat RheinSharing bei der Gestaltung der Turbine beraten. „Der Ausbau von dezentralen Kraftwerken ist in Deutschland möglich und sinnvoll. Solche Anlagen könnten zum Beispiel den Energiebedarf einer kleinen Siedlung decken oder Stromanschlüsse für E-Autos ermöglichen“, sagt Jokiel.

Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Planen, konstruieren, beauftragen, bauen, produzieren, Genehmigungen einholen, sich um Finanzierungen kümmern … damit ist RheinSharing aktuell beschäftigt. So viel Einsatz wird belohnt. Das Start-up hat im Rahmen verschiedener Wettbewerbe und Förderprojekte bereits Fördergelder in Höhe von knapp 50.000 Euro erhalten. Mit dem Autokonzern Ford sind die Kölner eine Kooperation eingegangen. So wurde gemeinsam erforscht, ob die E-Ladesäulen auf den Parkplätzen des am Rhein gelegenen Werksgeländes über das Mini-Wasserkraftwerk gespeist werden können und im Anschluss ein Nutzungskonzept erstellt. Und nicht zuletzt gibt es einige Anfragen zum Einsatz der innovativen Wasserturbine aus dem privaten sowie aus dem gewerblichen Sektor. Das Interesse ist groß. Genauso wie das Potenzial von Wasserkraft.