Gyroskopische Wellenenergie – das ungezähmte Meer anzapfen

Etwa 70 % der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt, die eine riesige Quelle erneuerbarer Energie bieten. Ihr Potenzial ist enorm – so sehr, dass die Wellenenergie allein geschätzt wird, die aktuelle weltweite Stromnachfrage zu übertreffen, wenn sie vollständig genutzt wird.

Allerdings ist sie eine weitgehend ungenutzte erneuerbare Quelle, da das effiziente Einfangen der Energie von Meereswellen Ingenieure schon lange frustriert.

Um dieses Problem zu lösen, hat neue Forschung der Universität Osaka eine neuartige Methode gewählt: einen gyroskopischen Wellenenergieumwandler (GWEC), der ein rotierendes Schwungrad in einer schwimmenden Struktur nutzt, um Wellenbewegungen in Strom umzuwandeln.

Die Forschungsanalyse zeigt, dass dieses Gerät prinzipiell bis zu die Hälfte der einfallenden Wellenenergie bei jeder Wellenfrequenz absorbieren kann, was einen Weg bietet, die enormen, ungenutzten Ozeanenergie zu erschließen.

Globale Strommix: Erneuerbare steigen, fossile Brennstoffe bleiben führend

Mit dem Klimawandel, der weltweit Verwüstungen anrichtet, ist es zwingend erforderlich, von fossilen Brennstoffen – nicht‑erneuerbaren Energiequellen, die sich über Millionen von Jahren bilden und erhebliche Umweltprobleme verursachen – abzurücken.

Eine der effektivsten Methoden, die Abhängigkeit von diesen fossilen Brennstoffen zu reduzieren, ist die Nutzung erneuerbarer Energiequellen, zu denen Solar, Wind, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse gehören.

Diese natürlich nachwachsenden Quellen reduzieren Treibhausgasemissionen, stärken die Energiesicherheit eines Landes und verringern die Anfälligkeit für geopolitische Störungen. Dank dieser Vorteile machen erneuerbare Energiequellen inzwischen einen wachsenden Anteil der weltweiten Stromproduktion aus. Im Jahr 2024 lieferten sie ein Rekord‑32 % der globalen Stromerzeugung, ein Anstieg von 2 % gegenüber dem Vorjahr, während die Gesamtnachfrage um 4 % wuchs, getrieben durch Rechenzentren.

„Länder denken mehr denn je über ihre Sicherheit und Energiesicherheit nach, und ich denke, das bedeutet, dass heimische erneuerbare Energie wie Wind und Solar immer attraktiver wird.“

– Energie‑Think‑Tank Ember, Strom‑ und Datenanalyst Euan Graham teilte Reuters im vergangenen Jahr mit

Während die Erneuerbare‑Industrie im Jahr 2024 dem System zusätzliche 858 TWh Erzeugung zuführte, versorgen fossile Brennstoffe, einschließlich Kohle, Öl und Erdgas, weiterhin den Großteil des weltweiten Energiebedarfs. Kohle ist derzeit die größte Stromerzeugungsquelle und macht 34 % der globalen Stromproduktion aus, während Gaskraftwerke 22 % ausmachen.

Laut den Projektionen der Internationalen Energieagentur (IEA) wird die Kapazität erneuerbarer Energien zwischen 2025 und 2030 um fast 4.600 GW steigen.

Unter allen erneuerbaren Quellen wächst Solar am schnellsten, da die Kosten sinken und die Einführung weltweit beschleunigt. Auch die Windkapazität wächst rasch, während die Wasserkraft nach wie vor der größte, lang etablierte Beitragende im Bereich Erneuerbare ist. Bei der Bioenergie hat sie begonnen, an Zugkraft zu gewinnen, und Geothermie erhält Unternehmenspartnerschaften. Die Zukunft der Energie erscheint zunehmend grün.

Nutzung des ungenutzten Potenzials des Ozeans

Im Bereich der erneuerbaren Energien bietet die Meeresenergie ein enormes globales Ressourcenpotenzial. Sie umfasst die Nutzung von Energie aus marinen Quellen, darunter Wellen, Gezeiten, Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) und Meeresströmungen. Gezeitenenergie nutzt vorhersehbare Gezeitenströmungen, OTEC verwendet Temperaturgradienten im Tiefenwasser, und Meeresströmungen erfassen Energie aus großflächigen Ozeanflüssen.

Die am häufigsten erforschte Form der Meeresenergie ist die Wellenenergie, die kinetische Wellenenergie in Strom umwandelt. Wellen sind reichlich vorhanden, kraftvoll und kontinuierlich. Sie sind zudem weniger intermittierend als Wind oder Solar. Diese hohe Vorhersagbarkeit bedeutet, dass die Oberflächenwellenbewegung rund um die Uhr genutzt werden kann, was äußerst vorteilhaft für die Verbesserung der Netzplanung und -stabilität ist.

Diese emissionsfreie Energiequelle hat nur begrenzte kommerzielle Einsätze erfahren, weit hinter etablierten erneuerbaren Energien wie Solar. Sie stellt derzeit den kleinsten Anteil am Markt für erneuerbare Energien dar. Im Jahr 2024 fügte die Welt 1,6 Megawatt (MW) an Ozeanleistung hinzu, wodurch die gesamte Betriebsleistung auf etwa 513 MW anstieg.

Diese langsame Einführung ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter hohe Kapitalkosten, standortspezifische Einschränkungen und technologische Hürden wie die Netzintegration. Fachkräftemangel und regulatorische Unsicherheit behindern den Fortschritt im gesamten Sektor. Darüber hinaus bleibt die Gerätewartung unter harten Ozeanbedingungen eine große Herausforderung, neben der Effizienz der Energieumwandlung.

Infolgedessen arbeiten Forscher aus Wissenschaft und Industrie weiter daran, diese Systeme zu verbessern, sie langlebiger zu machen und besser auf Wellenunregelmäßigkeiten zu reagieren. Ein solches System, das Interesse geweckt hat, ist der Wellenenergieumwandler (WEC), ein Gerät, das kinetische Wellenenergie in Strom umwandelt.

Mehrere Innovatoren arbeiten an der Weiterentwicklung dieser Technologie. Zum Beispiel hat das schwedische Unternehmen CorPower Ocean mit dem norwegischen OPS Solutions im Rahmen des COMPACT‑Projekts zusammengearbeitet, um die Kosten und das Gewicht von WECs durch Entwicklung eines Vor‑spannungs‑Zylinders (PTC) Prototyps zu senken. Unterstützt durch das EEA‑Grant‑Programm „Blue Growth Programme“ entwickelt das Projekt ein leichtes Druckgehäuse, um Kapitalkosten und Gerätestabilität zu adressieren.

Gleichzeitig haben Entwickler messbare Leistungssteigerungen erzielt. Das norwegische Unternehmen Havkraft meldete, dass die Energieumwandlungsrate in seinem neuesten Labortest eines skalierten WEC‑Modells über 80 % lag, ein Anstieg von 15 % gegenüber früheren Versuchen. Dieser Schritt ermöglicht es ihnen, Risiken zu identifizieren, Qualität zu sichern und die Leistung zu verstehen, was ihnen hilft, zur Kommerzialisierung zu skalieren.

„Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Forschung Ergebnisse liefert, und wir sind einen Schritt näher an einer kommerziellen Lösung.“

– Betriebsleiter Nikolai Haldane

Unterdessen hat AWS Ocean Energy in Schottland ihr „Archimedes Waveswing“ weiterentwickelt, eine druckaktivierte Unterwasserboje, die dazu dient, Wellenbewegungen unter der Oberfläche in Energie umzuwandeln. Das Gerät verzeichnete eine durchschnittliche Leistung von über 10 kW und erreichte bei moderaten Wellenbedingungen Spitzen von über 80 kW, 20 % über den Erwartungen des Unternehmens.

Die sieben Meter hohe Unterwasser‑Einheit ist so konzipiert, dass sie rauen Offshore‑Umgebungen, einschließlich Sturmstärke 10, standhält. Ihr Ein‑Absorber‑Design macht sie zudem für abgelegene Stromanwendungen geeignet, bei denen Robustheit entscheidend ist.

Über die technologische Leistung hinaus gewinnt die breitere Systemintegration an Aufmerksamkeit. Aktuelle Machbarkeitsstudien deuten darauf hin¹, dass die Installation von WECs nicht zulasten von Küstenaktivitäten wie Tourismus oder Fischerei gehen muss. Tatsächlich können richtig konzipierte Anlagen Küstenschutz bieten.

„Es ist möglich, die Küste vor den Einflüssen der maritimen Umwelt zu schützen und gleichzeitig sauberen Strom zu erzeugen, wodurch Portugals Energiewende und Selbstversorgung unterstützt werden.“

– Paulo Rosa Santos, Co‑Leiter bei CIIMAR

Diese Fortschritte spiegeln einen Sektor wider, der sich von experimentellen Prototypen zu praktischen Lösungen entwickelt.

Maximale Energieabsorption mit Gyroskopen freisetzen

Wellenenergiegeräte (WECs) zielen darauf ab, kontinuierliche Wellenbewegungen effizient in nutzbaren Strom umzuwandeln. Angetrieben von nationalen Innovationsinitiativen, technologischen Fortschritten und der Integration in die lokale Infrastruktur, wird erwartet, dass der globale Markt für Wellenenergieumwandler von 21,6 Millionen $ im Jahr 2025 auf 38,2 Millionen $ im Jahr 2034 wächst, bei einer CAGR von 6,5 %.

WECs sind aufgrund technischer, wirtschaftlicher und regulatorischer Herausforderungen noch nicht vollständig kommerzialisiert, sodass noch keine einzelne optimale Lösung existiert. Es wurden viele verschiedene Typen vorgeschlagen, darunter Punktabsorber, oszillierende Wassersäulen (OCWs), Überlaufgeräte, Attenuatoren und gyroskopische Systeme.

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Ein gyroskopischer Wellenenergieumwandler nutzt ein Gyroskop in seinem Power‑Take‑Off‑System (GPTO), um Energie aus der Wellenbewegung zu extrahieren. Das GPTO besteht aus einem elektrischen Generator und einem Schwungrad, das auf einem Gimbal‑Rahmen montiert ist. Bemerkenswert ist, dass das GPTO innerhalb eines schwimmenden Körpers eingeschlossen ist; während die Wellen sich bewegen, bewegt sich die Struktur mit ihnen. Diese Bewegung wird vom rotierenden Schwungrad in elektrische Leistung umgewandelt. Da es als Gyroskop arbeitet, kann das Verhalten des Schwungrads so abgestimmt werden, dass Energie über einen breiten Frequenzbereich der Wellen geerntet wird, im Gegensatz zu anderen WECs, die auf ein schmales Band beschränkt sind.

Das System nutzt die gyroskopische Präzession, die durch die Rotation des Schwungrads und die Nickbewegung des schwimmenden Körpers induziert wird. Gyroskopische Präzession tritt auf, wenn ein rotierendes Objekt auf eine äußere Kraft reagiert. Wenn Wellen die Plattform bewegen, ändert das rotierende Schwungrad seine Orientierung, und diese Bewegung, die mit einem Generator verbunden ist, erzeugt Strom. Da das Gerät in einem Rumpf untergebracht ist, schützt es das Gerät vor Salzwasser und bietet Wartungs‑ und Sicherheitsvorteile.

Gyroskopische Umwandler stellen Versuche dar, die Beschränkungen traditioneller WECs zu überwinden, die oft nur unter bestimmten Bedingungen effizient sind. Takahito Iida, ein Forscher an der Universität Osaka, wandte sich wegen ihrer Anpassungsfähigkeit GWECs zu. In seiner Studie, veröffentlicht im Journal of Fluid Mechanics², bewertete Iida, ob dieses Design großskalige Erzeugung unterstützen kann.

„Wellenenergiegeräte kämpfen oft, weil die Ozeanbedingungen ständig wechseln“, sagte Iida. „Ein gyroskopisches System kann jedoch so gesteuert werden, dass es eine hohe Energieabsorption aufrechterhält, selbst wenn die Wellenfrequenzen variieren.“

Um zu verstehen, wie das System sich verhält, nutzte er die lineare Wellentheorie, um die Wechselwirkung zwischen Ozeanwellen, dem Gyroskop und der Struktur zu modellieren. Die Analyse half dem Team, ideale Einstellungen für Rotationsgeschwindigkeit und Generatorsteuerungen zu finden. Wenn richtig abgestimmt, kann das GWEC die theoretisch maximale Energieabsorptions‑Effizienz von einem halben bei jeder Wellenfrequenz erreichen.

„Diese Effizienzgrenze ist eine grundlegende Beschränkung in der Wellenenergietheorie“, bemerkte Iida. „Was spannend ist, ist, dass wir jetzt wissen, dass sie über Breitbandfrequenzen hinweg erreicht werden kann, nicht nur bei einer einzelnen Resonanzbedingung.“

Das Team bestätigte die Ergebnisse durch numerische Simulationen sowohl im Zeit‑ als auch im Frequenzbereich. Diese Ergebnisse validierten, dass das Gerät nahe seiner Resonanzfrequenz eine hohe Effizienz beibehält und am besten funktioniert, wenn die Bewegung dem natürlichen Wellenmuster entspricht. Diese Klarstellung der Betriebsparameter demonstriert die Fähigkeit, effiziente Wellenenergiesysteme zu entwickeln, die dazu beitragen, Klimaziele zu erreichen.

Investitionen in erneuerbare Energien

Aus Investitionssicht gibt es nur wenige börsennotierte Unternehmen, die sich ausschließlich der Wellenenergie widmen. Es bleibt ein aufstrebender Sektor mit hohen Infrastrukturkosten und begrenzten Projektumsetzungen. Reine Wellenenergie‑Aktien haben im Allgemeinen schlecht abgeschnitten, da die Technologie noch in den frühen Phasen der Wirtschaftlichkeitsnachweise im großen Maßstab steckt.

Stattdessen konzentrieren wir uns auf ein Unternehmen mit einem starken Portfolio erneuerbarer Energien, das langfristig vom Wachstum der Meeresenergie profitieren kann. NextEra Energy, Inc. (NEE ) ist ein führendes US‑Unternehmen im Bereich Erneuerbare mit umfangreicher Offshore‑Wind‑ und Netzintegrations‑Erfahrung.

Das Unternehmen operiert über NextEra Energy Resources (NEER) und Florida Power & Light (FPL). FPL ist ein tarifreguliertes Stromversorgungsunternehmen mit einer Netto‑Kapazität von 35.052 Megawatt und ist damit das größte Stromversorgungsunternehmen in den USA nach Kundenzahl (12 Millionen). Dieses regulierte Geschäft generiert stabile Einnahmen und Cashflow, was das Dividendenwachstum unterstützt.

NEER betreibt Erzeugungsanlagen und investiert in saubere Energie wie erneuerbare Kraftstoffe, Erdgas‑Pipelines und Batteriespeicher. NextEra Energy Resources ist der weltweit größte Erzeuger erneuerbarer Energie und erweitert kontinuierlich seine Projektpipeline. Sein starkes Gewinnwachstum und strategische Technologiedeals unterstützen zukünftiges Aufwärtspotenzial, obwohl es anfällig für anti‑erneuerbare Politiken unter der Trump‑Administration bleibt.

Derzeit wird die Aktie von NextEra zu $90,79 gehandelt, nahe neuen Höchstständen, +13,63 % im Jahresverlauf und +32 % im vergangenen Jahr. Das Unternehmen hat ein EPS (TTM) von 3,30 und ein KGV (TTM) von 27,63.

NextEra zahlt eine Dividendenrendite von 2,73 %. Kürzlich erklärte das Unternehmen eine vierteljährliche Dividende von $0,6232 pro Aktie, ein Anstieg von 10 % gegenüber dem Vorjahr. NextEra meldete für Q4 2025 bereinigte Gewinne von $1,133 Milliarden und für das Gesamtjahr $7,683 Milliarden. NEER berichtete, dass 7,2 GW neue Erzeugung online gebracht und 13,5 GW zum Auftragsbestand hinzugefügt wurden, was insgesamt 30 GW ergibt. Dies beinhaltet einen Plan, das Kernkraftwerk Duane Arnold gemeinsam mit Google wieder in Betrieb zu nehmen.

„Wir glauben, dass kein Unternehmen besser positioniert ist, die Energieinfrastruktur aufzubauen, die erforderlich ist, um Amerikas steigende Nachfrage zuverlässig und erschwinglich zu decken“, sagte CEO John Ketchum. Das Unternehmen erwartet, dass das bereinigte EPS bis 2032 mit einer CAGR von über 8 % wächst. Es erweitert zudem seine Erdgas‑Versorgungslösungen durch strategische Akquisitionen.

NextEra erwartet für 2026 ein bereinigtes EPS im Bereich von $3,92 bis $4,02, wobei die Dividenden jährlich um 6 % bis 2028 steigen sollen.

Fazit

Mit steigender globaler Energienachfrage, angetrieben durch extreme Wetterereignisse und KI‑Rechenzentren, wird das Wachstum erneuerbarer Energien immer wichtiger, um Emissionen zu mindern. Während Solar und Wind die Einführung dominieren, hat die Wellenenergie das Potenzial, den Übergang zu sauberer Energie zu beschleunigen, indem sie eine vorhersehbare, hochdichte Ressource bietet.

Forschung zu Technologien wie gyroskopischer Wellenenergie kann helfen, die technischen Barrieren zu überwinden, die diesen Sektor begrenzen. Zusammen mit unterstützenden Politiken und strategischen Investitionen können diese Fortschritte dazu beitragen, erhebliche neue Kapazitäten freizusetzen.

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Referenzen

1. Clemente, D., et al. Bewertung der Stromerzeugung und des Küstenschutzes einer nahegelegenen 500‑MW‑Wellenfarm. Applied Energy 379, 124950 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.1249502
2. Iida, T. Lineare Analyse eines gyroskopischen Wellenenergieumwandlers, der die Hälfte der Wellenenergie über Breitbandfrequenzen absorbiert. Journal of Fluid Mechanics 1029, A20 (2026). https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11172