Lassen sich Solarzellen und Rechenzentren im Meer installieren?

An Land wird der Platz für Infrastruktur knapp, und im Sommer ist es vielfach so heiß, dass sie versagt. Es wird um Platz für neue Straßen, Gewerbegebiete, Solarparks und Datenzentren gekämpft. Das Kühlwasser, das Kernkraftwerke und KI-Server brauchen, um zu funktionieren, kann ausgerechnet in Hitzeperioden versiegen. Gerade bei KI-Datenzentren ist der Energieaufwand für die Kühlung enorm. Deshalb nehmen nun Wissenschaftler, Ingenieure und Unternehmen die weiten und kühlen Gewässer des Ozeans ins Visier für neue Formen menschlicher Nutzung. Bei Windrädern für die Stromerzeugung passiert dies schon – Offshore-Windparks sollen sich künftig auf noch mehr Teile der Nordsee erstrecken.

Folgen nun Solarparks und Datenzentren? Zumindest Pilotprojekte dafür gibt es, und eine neue, im Journal „Joule“ veröffentlichte Studie besagt nun, dass Photovoltaik sogar unter der Meeresoberfläche funktionieren könnte.

Der Konzern Microsoft hat bereits zwischen 2018 und 2020 im „Projekt Natick“ nördlich von Schottland vor den Orkney-Inseln damit experimentiert, Rechner in einem Metallzylinder zu betreiben, der auf dem Meeresgrund steht. Die Struktur hielt dem Wellengang unter Wasser stand, und der mit Stickstoff gefüllte Innenraum blieb in der Zeit dicht. Die Projektverantwortlichen zogen besonders bei der Zuverlässigkeit sogar eine positive Bilanz: „Unsere Ausfallquote im Wasser beträgt ein Achtel dessen, was wir an Land beobachten“, resümierte Projektleiter Ben Cutler. Das könne daran liegen, dass Stickstoff im Innenraum weniger Korrosion verursache als Sauerstoff und dass Schäden durch menschliche Fehler ausblieben, weil niemand die Kapseln betritt.

„Der Versuch hat auch gezeigt, dass es praktikabel ist, das Meer zur Kühlung von Rechenzentren einzusetzen, und dass das Potential besteht, die Energieeffizienz zu verbessern“, sagt Caren Oag vom European Marine Energy Centre, einem öffentlich finanzierten Prüf- und Forschungszentrum für neue Meerestechnologien, der das Microsoft-Projekt begleitet hat. Doch das Projekt wurde eingestellt, obwohl das Unternehmen es als Erfolg feierte und es wichtige Erkenntnisse geliefert habe.

Nun geht das Start-up Aikido Technologies daran, ein ähnliches Konzept zu erproben. Noch in diesem Jahr soll als Prototyp ein kleines Rechenzentrum, das im unterseeischen Teil einer schwimmenden Offshore-Windplattform verbaut wird, im Meer vor Norwegen in Betrieb gehen, 2027 soll ein Großprojekt in britischen Gewässern folgen.

„An Land wird es immer schwieriger, Energie, Grundstücke und Wasser für den Bau großer Datenzentren zu beschaffen“, sagt Firmenchef Sam Kanner. Deshalb werde bereits überlegt, KI-Rechenzentren im Erdorbit zu installieren: „Aber bevor wir ins Weltall gehen, sollten wir das Meer nutzen.“ Er nennt als Vorteil, dass die Rechenzentren mit den Windturbinen und zusätzlich installierten Batterien ihre eigene, sichere Stromversorgung hätten.

Ähnliche Projekte gibt es auch in China, wo im Meer vor Shanghai Vorbereitungen laufen, Unterwasser-Datenzentren mit Windstrom zu betreiben. Dazu kommen japanische Versuche, und zwar im Hafengewässer von Yokohama. Der Ingenieurwissenschaftler Zhen Li von der Tsinghua-Universität wird in „China Daily“ mit der Einschätzung zitiert, dass Chinas KI-Rechenzentren für ihre Kühlung fast zwei Drittel weniger Energie verbrauchen würden, wenn sie unter Wasser platziert wären.

Zusätzlich gibt es Vorhaben und Planungen, im und auf dem Meer Photovoltaikmodule zur Stromerzeugung einzusetzen. Chinesische Wissenschaftler von der Yunnan-Universität und der Schweizer Solarenergieforscher Michael Grätzel von der École Polytechnique Fédérale in Lausanne hat nun in einer Studie gezeigt, dass Photovoltaik sogar unter Wasser funktionieren könnte.

Dabei kommen mit synthetisch hergestellten Perowskiten kristalline Verbindungen zum Einsatz, die als Alternative oder Ergänzung zum handelsüblichen Silizium beim Einfangen von Sonnenenergie gelten. Bei ihnen lässt sich nämlich chemisch justieren, welche Wellenlängen sie besonders gut absorbieren. Silizium ist im blauen Bereich des Lichts nicht besonders leistungsfähig, kann es also schlechter verwerten als rotes Licht. Perowskite können dagegen auch im grünen und blauen Spektrum effektiv arbeiten, was ihren Einsatz unter Wasser interessant erscheinen lässt. Denn Wasser absorbiert rotes Licht, grünes und blaues bleibt übrig.

Den Autoren der Veröffentlichung in „Joule“ gelang es, Solarzellen zu konstruieren, die selbst in zehn Meter Tiefe genug grünes und blaues Licht einsammeln, um damit kleine Geräte laden zu können. Während die Effizienz, also der Anteil der eingefangenen Lichtenergie, bei der Perowskitzelle unter Standardbedingungen mit 17 Prozent unter den Werten für Siliziumzellen liegt, hebt das Team für zehn Meter Wassertiefe eine deutlich höhere Ausbeute von 35 Prozent hervor. Es spricht von einer „belastbaren Strategie für Materialien und Geräte bei der Solarenergiegewinnung unter Wasser“.

Experten, die nicht an der Studie beteiligt waren, halten sie für methodisch sauber und originell. Doch zugleich betont Ulrich Paetzold, Professor für Next Generation Photovoltaics am Karlsruher Institut für Technologie, dass die beeindruckend wirkende Effizienz sich nur auf Anteile an Lichtwellen im blauen und grünen Spektrum bezieht, die in zehn Meter Tiefe dominieren, nicht auf das gesamte Spektrum des Sonnenlichts an der Oberfläche. „Man hat eine Solarzelle entwickelt, die nicht für die Erdoberfläche geeignet ist, aber die wenige, im Wasser übrig gebliebene Lichtenergie relativ gut nutzt“, sagt er.

Michael Saliba, Leiter des Instituts für Photovoltaik an der Universität Stuttgart, hält es für denkbar, dass die neuartige Solarzelle den Weg zur Anwendung findet: etwa in autonomen Robotern, Beleuchtungssystemen im Wasser und wissenschaftlichen Geräten. „Da die Nutzung der Meere voranschreitet, ist das keine schlechte Idee“, sagt er. Nicht geeignet seien diese Solarzellen für Photovoltaikparks im Meer. „Diese sollten, wenn, dann an der Oberfläche gebaut werden“, sagt Paetzold. Saliba gibt zu bedenken, dass Perowskite in geringen Konzentrationen Blei enthalten, das bei einem Bruch der Hülle frei werden könnte, und wendet ein: „Die Meeresumwelt ist schon genug mit Blei belastet.“

Ein deutsch-niederländisches Vorhaben, einen Solarpark mit Siliziumzellen auf der Oberfläche der Nordsee zu erproben, hat wiederum mit Problemen zu kämpfen. Während sogenannte schwimmende Photovoltaikanlagen auf Binnenseen bereits weitverbreitet sind, machen auf dem Meer Wellen, starke Stürme und Korrosion durch das Salz im Wasser die Anwendung komplizierter. Das hinter dem Projekt stehende Start-up Oceans of Energy hatte schwimmende Solarflächen zwar schon seit 2019 vor der niederländischen Küste erprobt und für Juni 2026 einen neuen Großversuch in einem 18,5 Kilometer von der Küste entfernten Windpark angekündigt, zu dem die Solarzellen geschleppt worden seien.

Im August gab das Unternehmen allerdings eher kleinlaut bekannt, es sei zu einem „thermischen Zwischenfall“ gekommen, man habe die Paneele wieder an Land schleppen müssen. Ein größeres Konsortium, an dem auch das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik in Halle beteiligt ist, steht allerdings gegenüber der EU-Kommission im Wort, eine Testfläche auf dem Meer zu installieren, die einen Quadratkilometer groß ist.

Wie bei Unterwasser-Datenzentren und Unterwasser-Solarzellen hat bei Photovoltaikmodulen auf dem Meer derzeit China die Nase vorn. Anfang des Jahres ging in der Provinz Shandong mehrere Kilometer von der Küste entfernt der mit zwölf Quadratkilometer Ausdehnung größte marine Solarpark der Welt in Betrieb.