Japan nimmt erstes Osmosekraftwerk Asiens in Betrieb und macht Abwasserströme zu rund um die Uhr verfügbarem Strom

Eine entscheidende Schwäche erneuerbarer Energien überwinden

Wenn die Sonne untergeht, liefern Solaranlagen keinen Strom mehr. Flaut der Wind ab, stehen Windkraftanlagen still. Selbst Wasserkraftwerke verzeichnen bei längeren Trockenperioden sinkende Erträge. Seit Jahrzehnten sucht die Energiewende nach einer sauberen Energiequelle, die Stunde um Stunde zuverlässig läuft, ohne vorher den Wetterbericht zu prüfen. Im August 2025 begann eine kleine Anlage an der Südküste Japans genau das zu tun: Sie erzeugt Strom aus dem chemischen Spannungsgefälle zwischen Süß- und Salzwasser. Das Kraftwerk auf dem Gelände des Meerwasserentsalzungszentrums Uminonakamichi Nata in Fukuoka ist die erste in Betrieb befindliche Anlage zur Osmoseenergiegewinnung in Asien. Weltweit ist es erst das zweite kommerzielle Kraftwerk dieser Art im Dauerbetrieb, nach einer Anlage in Dänemark, die 2023 eröffnet wurde. Für ein Land, das den Großteil seiner fossilen Brennstoffe importiert und unter zunehmendem Druck steht, seine Emissionen zu senken, ist die Inbetriebnahme mehr als ein lokales Experiment. Sie ist ein Praxistest dafür, ob die Meere rund um Japan zu einer verlässlichen Quelle sauberer Grundlastenergie werden können.

Die Anlage, auch Mamizupia genannt, nahm am 5. August 2025 im Rahmen einer Eröffnungsfeier offiziell den Betrieb auf. Anders als herkömmliche Kraftwerke verbrennt sie keinen Brennstoff und stößt kein Kohlendioxid aus. Abgesehen von einer einzelnen Turbine hat sie praktisch keine beweglichen Teile. Vor allem ist sie weder von Sonneneinstrahlung noch von Windgeschwindigkeit oder saisonalen Niederschlägen abhängig. Die Anlage nutzt das Prinzip der druckverzögerten Osmose, kurz PRO, und gewinnt nutzbare Energie aus dem natürlichen Bestreben des Wassers, Salzkonzentrationen auszugleichen. Indem sie zwei Abwasserströme nutzt, die in der Stadt ohnehin anfallen – konzentrierte Sole aus der Meerwasserentsalzung und aufbereitetes Abwasser aus einer Kläranlage –, erzeugt das System jährlich rund 880.000 Kilowattstunden Strom. Damit kann ein nennenswerter Teil des Strombedarfs des Entsalzungszentrums gedeckt werden; zugleich entspricht die erzeugte Menge dem Verbrauch von 220 bis 300 durchschnittlichen japanischen Haushalten. Die Betreiber geben einen Auslastungsgrad von nahezu 90 Prozent an. Eine derart gleichmäßige Stromerzeugung erreichen Solar- und Windkraftanlagen nur mit teuren Batteriespeichern.

Die stille Physik hinter der blauen Energie

Um zu verstehen, wie die Anlage in Fukuoka funktioniert, hilft ein Blick auf einen grundlegenden biologischen Prozess. Osmose sorgt dafür, dass Baumwurzeln Wasser aus dem Boden aufnehmen, und verhindert, dass menschliche Zellen in Flüssigkeiten kollabieren. Befinden sich zwei Lösungen mit unterschiedlicher Salzkonzentration auf gegenüberliegenden Seiten einer semipermeablen Membran, wandern Wassermoleküle auf natürliche Weise von der weniger salzigen zur salzigeren Seite, um die Konzentration auszugleichen. Die Salzionen selbst sind zu groß, um die Membran zu passieren; nur das Wasser bewegt sich hindurch. In einer geschlossenen Druckkammer erhöhen sich dadurch auf der salzigen Seite sowohl das Volumen als auch der Druck. Ingenieure nutzen diesen Druck, leiten ihn durch eine Turbine und treiben damit einen Stromgenerator an. So entsteht Strom allein durch den chemischen Unterschied zwischen zwei Wasserkörpern.

Die Anlage in Fukuoka nutzt eine Variante dieses Verfahrens, die als druckverzögerte Osmose bezeichnet wird. Bei einem herkömmlichen PRO-System, das Meerwasser und Süßwasser nutzt, funktioniert der Prozess am besten bei einem Druckunterschied von etwa 26 bar. Das entspricht ungefähr dem Druck am Boden einer 270 Meter hohen Wassersäule. Die Anlage in Fukuoka geht über das Lehrbuchmodell hinaus: Auf der salzigen Seite wird nicht gewöhnliches Meerwasser eingesetzt, sondern konzentrierte Sole, die nach der Entsalzung zurückbleibt. Auf der Süßwasserseite verwendet das Kraftwerk aufbereitetes Abwasser, das aus einer nahegelegenen Kläranlage zugeleitet wird. Sandra Kentish, Chemieingenieurin an der Universität Melbourne, erklärte, dass diese Kombination den Salzgehaltsunterschied vergrößere und so mehr Energie aus dem Prozess gewinne, als es mit einer gewöhnlichen Meerwasserlösung möglich wäre. Dr. Ali Altaee, Experte für alternative Wasserquellen an der University of Technology Sydney, wies darauf hin, dass die beiden Ströme vor ihrer Einleitung ohnehin vermischt würden. Eine Membran und eine Turbine dazwischenzuschalten, gewinne daher Energie zurück, die andernfalls im Meer verloren ginge.

Eine Kreislauflösung für ein Problem an der Küste

Fukuoka scheint auf den ersten Blick keine Metropole mit Wasserknappheit zu sein, doch die geografischen Gegebenheiten zwingen die Region zu sorgfältiger Planung. Im Großraum leben rund 2,6 Millionen Menschen, ohne dass größere Flüsse in der Nähe als Wasserquelle zur Verfügung stehen. Damit ist Regen allein eine unzuverlässige Trinkwasserquelle. Seit 2005 sichert das Meerwasserentsalzungszentrum Uminonakamichi Nata die lokale Wasserversorgung, indem es täglich rund 50.000 Kubikmeter Meerwasser in Süßwasser umwandelt. Dieses lebenswichtige Verfahren bringt jedoch ein problematisches Nebenprodukt hervor: Konzentrierte Sole mit einem Salzgehalt von oft nahezu acht Prozent muss sorgfältig entsorgt werden, um Schäden an den lokalen Meeresökosystemen zu vermeiden.

Das Osmosekraftwerk macht aus diesem Abfall einen Rohstoff. Statt die Sole als Umweltbelastung zu behandeln, die verdünnt und abgeleitet werden muss, leiten die Betreiber sie nun in Membranmodule, wo sie aufbereitetem Abwasser gegenübersteht. Das durch die Membran strömende Süßwasser erhöht den Druck auf der Soleseite, treibt die Turbine an und wird schließlich verdünnt abgeleitet, wodurch die Umwelt weniger belastet wird. So macht die Anlage aus zwei Entsorgungsproblemen einen Stromfluss. Der erzeugte Strom wird in das Entsalzungszentrum eingespeist, senkt dessen Betriebskosten und verringert den Strombezug aus dem herkömmlichen Netz. Kenji Hirokawa, Leiter des Meerwasserentsalzungszentrums, bezeichnete die Anlage als bescheidenen ersten Schritt und nicht als fertige Lösung. Das passt zu einer Technologie, die sich im kommerziellen Maßstab noch bewähren muss, bringt aber auch die größere Ambition auf den Punkt. Küstenstädte weltweit stehen vor denselben doppelten Herausforderungen: steigendem Energiebedarf und der Entsorgung von Sole. Das Beispiel Fukuoka zeigt, wie sich beides zugleich angehen lässt.

Lehren aus einem Jahrzehnt gescheiterter Anläufe

Die Idee, Energie aus Salzgehaltsunterschieden zu gewinnen, ist nicht neu. Ein US-amerikanischer Forscher schlug das Konzept erstmals 1976 im Journal of Membrane Science vor. Mehr als drei Jahrzehnte blieb die Theorie weitgehend unbeachtet, bis der norwegische Energieversorger Statkraft mit dem Bau einer größeren Anlage begann. Im November 2009 eröffnete Statkraft in Tofte am Oslofjord den ersten PRO-Prototyp. Er sollte zeigen, dass Osmoseenergie auf realen Märkten wettbewerbsfähig sein könnte. Die Anlage war auf eine Leistung von 10 Kilowatt ausgelegt, erzeugte in der Praxis jedoch nur 2 bis 4 Kilowatt. Im Januar 2014 stellte Statkraft das Projekt ein und erklärte, die Membraneffizienz sei für einen wirtschaftlichen Betrieb noch zu gering.

Das Scheitern in Norwegen wurde zu einer Warnung vor der Kluft zwischen Laborchemie und Industriewirtschaftlichkeit. Die Leistungsdichte der Membran erwies sich als entscheidende Kennzahl. In Fachzeitschriften veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigen, dass Osmosesysteme rund 5 Watt pro Quadratmeter Membran liefern müssen, um wirtschaftlich rentabel zu sein. Die Anlage in Tofte erreichte lediglich 1 bis 3 Watt pro Quadratmeter. Die Membranen waren zu teuer, verschmutzten zu schnell und ließen zu wenig Wasser hindurch, um den erforderlichen Energieaufwand fürs Pumpen zu rechtfertigen. Im folgenden Jahrzehnt dümpelte die Technologie in Pilotprojekten und Fachaufsätzen vor sich hin, während die Kosten für Solar- und Windenergie drastisch sanken.

Die Anlage in Fukuoka versucht, diese Falle durch eine klügere Standortwahl zu vermeiden, statt auf einen Durchbruch bei den Materialien zu warten. Da vor Ort bereits hochkonzentrierte Sole entsteht und aufbereitetes Abwasser anfällt, ist der Salzgehaltsunterschied deutlich größer als bei einer herkömmlichen Kombination aus Meer- und Süßwasser. Durch diesen größeren Unterschied kann die verfügbare Membrantechnik trotz ihrer weiterhin bestehenden Schwächen genügend Nettoenergie gewinnen, um den Betrieb der Anlage lohnenswert zu machen. Akihiko Tanioka, ein Experte auf diesem Gebiet, würdigte den Meilenstein und das weiterreichende Potenzial.

Diese erfolgreiche Umsetzung ist eine bedeutende Leistung. Ich hoffe, dass das weltweit Nachahmer findet.

Das dänische Unternehmen SaltPower hatte bereits 2023 in Mariager mit einer kommerziellen Anlage im Dauerbetrieb gezeigt, dass das Konzept funktionieren kann. Die größere japanische Anlage liefert nun einen weiteren Datenpunkt aus Asien und zeigt, dass sich PRO in bestehende kommunale Wasserinfrastruktur integrieren lässt.

Geringe Leistung, verlässlicher Nutzen

Gemessen an großen Stromnetzen ist das Osmosekraftwerk in Fukuoka winzig. Seine durchschnittliche Dauerleistung liegt bei etwa 100 Kilowatt – im Vergleich zu den Hunderten Megawatt, die Offshore-Windparks oder Gaskraftwerke erzeugen, ist das kaum der Rede wert. Die Projektkosten von rund 4,38 Millionen US-Dollar zeigen, dass diese Energie derzeit noch nicht günstig ist. Fast der gesamte erzeugte Strom fließt zurück in den Betrieb des Entsalzungszentrums. Die Anlage dient daher eher der Energierückgewinnung als der eigenständigen Stromerzeugung für Städte.

Doch die Leistung ist nicht der einzige Maßstab für die Bedeutung der Anlage. Was ihr an Kapazität fehlt, macht sie durch Vorhersehbarkeit wett. Ein Auslastungsgrad von 90 Prozent bedeutet, dass das System bei Taifunen, windstillen Nächten und bewölkten Wintern gleichermaßen Strom erzeugt. Zwei Fußballfelder voller Solarmodule könnten auf dem Papier dieselbe Jahresmenge liefern. Doch Wolken, Einbruch der Dunkelheit und der jahreszeitliche Sonnenstand machen daraus eine schwankende Stromerzeugung. Netzbetreiber müssen diese Schwankungen mit rotierenden Reserven oder Batteriespeichern ausgleichen. Osmoseenergie bietet dagegen eine konstante Erzeugungskurve, die Versorger zuverlässig einplanen können.

Auch wirtschaftlich ist die Konfiguration sinnvoll. Eine Studie von 2024 in Chemical Engineering Science beschrieb neuartige Membranmodifikationen, die die nachhaltige Stromerzeugung aus Salzgehaltsunterschieden voranbringen könnten. Eine in Frontiers in Energy Research veröffentlichte technoökonomische Analyse zu PRO bestätigte, dass die Integration in Entsalzungsanlagen zu den wirtschaftlich aussichtsreichsten Wegen für die Technologie zählt. Der Grund ist einfach: Die Sole fällt bereits ohne zusätzliche Kosten an, und das Abwasser fließt ohnehin. Die Anlage muss weder Brennstoff kaufen noch Pipelines durch unberührte Natur bauen. Sie wird lediglich in einen bestehenden Wasserkreislauf eingefügt.

Der weltweite Wettlauf um bessere Membranen

Trotz des Optimismus rund um Fukuoka steht die Osmoseenergiebranche weiterhin vor einer Herausforderung bei den Materialien. Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien schätzt das weltweite technische Potenzial der Energiegewinnung aus Salzgehaltsunterschieden auf bis zu 647 Gigawatt und 5.177 Terawattstunden pro Jahr. Geografische und technische Grenzen werden das praktisch erschließbare Potenzial jedoch deutlich verringern. Damit dieses Potenzial eine Rolle spielen kann, müssen Membranen günstiger und langlebiger werden und dürfen weniger anfällig für Verschmutzungen sein. IRENA hat die Kosten der Membranen als großes Hindernis benannt. Forschende suchen weiterhin nach Materialien, die einen schnelleren Wasserfluss ermöglichen und zugleich der Ablagerung organischer Stoffe und Mineralien widerstehen.

Japan hat einen wirtschaftlichen Anreiz, bei dieser Forschung eine führende Rolle zu übernehmen. Nach Angaben der japanischen Regierung halten Unternehmen des Landes bereits rund 60 Prozent des weltweiten Marktes für Entsalzungsmembranen. Fortschritte bei Membranen für die Osmoseenergie könnten diesen industriellen Vorsprung stärken und neue Exportmärkte erschließen. Kyowakiden Industry, das Ingenieurunternehmen, das die Membranen und das Turbinensystem für die Anlage in Fukuoka geliefert hat, hat angekündigt, bei erfolgreichen Ergebnissen während einer mehrjährigen Testphase Anlagen zu bauen, die fünf- bis zehnmal größer sind. Als naheliegende Kunden gelten Regionen, die bereits auf Entsalzung angewiesen sind, insbesondere der Nahe Osten, wo einzelne Anlagen täglich mehr als 900.000 Kubikmeter Süßwasser produzieren können.

Weltweit entstehen weiterhin Pilotprojekte. Prototypen und Demonstrationsanlagen gab es bereits in Norwegen, Südkorea, Australien, Spanien und Katar. Dr. Altaee wies darauf hin, dass die University of Technology Sydney einen eigenen Prototyp betreibt, der mit staatlicher Förderung wieder in Betrieb genommen werden könnte. Dabei würden Salzseen in New South Wales als Rohstoffquelle dienen. Das Kraftwerk in Fukuoka muss nicht riesig sein, um Wirkung zu entfalten. Es muss nachweisen, dass Membranen, Pumpen und Wirtschaftlichkeit einem kontinuierlichen Betrieb lange genug standhalten, um größere Investitionen anzuziehen. Gelingt das, könnten Küstenstädte mit Entsalzungsinfrastruktur auf eine unerwartete Quelle verlässlicher sauberer Grundlastenergie stoßen.

Das Wichtigste auf einen Blick

• Am 5. August 2025 nahm Japans erstes Osmosekraftwerk im Meerwasserentsalzungszentrum Uminonakamichi Nata in Fukuoka den Betrieb auf. Es ist die erste Anlage dieser Art in Asien und nach einer 2023 eröffneten Anlage in Dänemark das zweite kommerzielle Kraftwerk im Dauerbetrieb weltweit.
• Das Kraftwerk nutzt druckverzögerte Osmose und erzeugt jährlich rund 880.000 Kilowattstunden Strom, indem es den Salzgehaltsunterschied zwischen konzentrierter Entsalzungssole und aufbereitetem Abwasser ausnutzt.
• Mit einem Auslastungsgrad von fast 90 Prozent produziert die Anlage unabhängig von Wetter und Tageszeit kontinuierlich Strom. Ohne Speicher können Solar- und Windkraftanlagen diese Zuverlässigkeit nicht erreichen.
• Das Projekt verwertet zwei bereits vorhandene Abwasserströme wieder. So sinkt die Umweltbelastung durch die Entsorgung der Sole, während zugleich ein Teil des Energieverbrauchs der Entsalzungsanlage gedeckt wird.
• Die Membrantechnik bleibt die größte Herausforderung. Frühere Versuche, darunter ein 2014 aufgegebener norwegischer Prototyp, scheiterten daran, dass die Membranen nicht effizient genug waren, um die Kosten zu rechtfertigen.
• Unternehmen in Japan kontrollieren etwa 60 Prozent des weltweiten Marktes für Entsalzungsmembranen. Das verschafft dem Land sowohl einen industriellen Anreiz als auch das technische Know-how, die Osmoseenergie in größerem Maßstab voranzubringen.
• Bei erfolgreichem Verlauf des Pilotprojekts sollen Anlagen entstehen, die fünf- bis zehnmal größer sind. Entsalzungsregionen wie der Nahe Osten gelten als die wahrscheinlichsten Märkte für eine Ausweitung.