25.01.2021 aus 
Forschung + Transfer
Mit Wasserkraft voraus

Dr. Stefan Hoerner erforscht, wie Wasserkraft besser und nachhaltiger eingesetzt werden kann und untersucht in seiner Doktorarbeit Wasserturbinen, um aus Gezeitenströmungen Energie zu gewinnen. Für seine Dissertation erhält der Wissenschaftler den „Prix Européen“ der Deutsch-Französischen Hochschule.

Stefan Hörner (c) Jana Dünnhaupt Uni MagdeburgDr. Stefan Hörner (Foto: Jana Dünnhaupt / Uni Magdeburg)

Die großen Player Solar- und Windkraft teilen einen Nachteil bei der Energiegewinnung: Sie sind nicht immer verfügbar und schlecht kontrollierbar. Überschüssige Energie kann zudem schlecht gespeichert werden und Batteriespeichersysteme sind oft nicht nachhaltig. Dr. Stefan Hoerner vom Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik an der Uni Magdeburg erforscht in seiner Doktorarbeit, wie Wasserkraft zur Lösung dieses Problems beitragen kann. Für seine Forschung erhält er im Januar den Dissertationspreis der Deutsch-Französischen Hochschule mit Hauptsitz in Saarbrücken.

Rotoren der Strömung angepasst

„Wasserkraft ist zwar kontinuierlich verfügbar und schnell regelbar, deshalb ist Wasserkraft eine sehr gute Ergänzung von Wind und Solarkraft“, erklärt der Dissertationspreisträger Dr. Stefan Hoerner, „aber leider sind konventionelle Wasserkraftanlagen keine wirklich nachhaltige Technologie. Um das zu ändern, habe ich mich in meiner Dissertation auf neuartige Turbinentypen konzentriert.“

Die verbesserten Turbinen ermöglichen es, Wasserkraftanlagen umweltschonender einzusetzen: Küsten und Flüsse sind oft schon durch menschliche Eingriffe vorbelastet, weshalb eine hohe Effizienz bei der Flächennutzung besonders wichtig sei, um möglichst wenig Platz wegzunehmen, so Dr. Stefan Hoerner. Dafür arbeitete der Wissenschaftler an Schaufeln für die Turbinen – von Fischen inspiriert: In herkömmlicher Form muss sich die Turbine schnell drehen. „Aber das Schädigungsrisiko von Fischen und Meeressäugern durch die Rotoren sinkt, wenn sie sich langsamer drehen“, erklärt der Wissenschaftler und Dissertationspreisträger, „deshalb habe ich verschiedene Rotorgeometrien und Betriebszustände in einem Ersatzmodell experimentell im Wasserkanal und in Simulationen untersucht. Die neuen Turbinen haben flexible Schaufeln und passen sich der Strömung an.“ Dadurch drehen sie sich langsamer und die Belastungen für die Turbinen sind geringer, obwohl sich die Leistung verbessert. Material kann eingespart und die Lebensdauer erhöht werden.

Nicht nur technisch, auch politisch relevant

Dr. Stefan Hoerner spezialisierte sich bereits im Master an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg auf Erneuerbare Energien und Strömungssysteme. „Ich beschäftige mich schon sehr lange mit diesen Turbinen“, erzählt Dr. Stefan Hoerner, „denn sie haben nicht nur eine technische, sondern auch gesellschaftliche Relevanz: In meiner Forschung versuche ich, die Dinge sowohl von als Ingenieur als auch von ihrer politischen Seite aus zu betrachten.“

Mit einem Stipendium Rosa-Luxemburg-Stiftung konnte sich der Strömungstechniker sein Thema für die Doktorarbeit selbstständig aussuchen und schlug es erfolgreich seinen Betreuern Prof. Dominique Thévenin, dem Leiter des Lehrstuhls für Strömungsmechanik und Strömungstechnik, und Prof. Thierry Maître am LEGI Labor in Frankreich vor. Während seiner deutsch-französischen Promotion fand für Dr. Stefan Hoerner auch ein Forschungsaufenthalt von 2015 bis 2017 an der Universität im französischen Grenoble statt.

Dr. Stefan Hoerner erhält den Dissertationspreis „Pirix Europeén“ und setzte sich mit einer der besten von der DFH geförderten Doktorarbeiten durch. Der Preis ist mit 2.000 Euro dotiert und wird jährlich von der Deutsch-Französischen Hochschule vergeben.

Ziel: Wasserkraft nachhaltig nutzen

Derzeit leitet er als Forschungsgruppenleiter des Lehrstuhls ein Projekt, das Alternativmethoden entwickelt, um Tierversuche zum Schädigungsrisiko bei Turbinenpassagen zu reduzieren. „Die nachhaltige Nutzung der Ressource Wasserkraft wird mich auf verschiedenen Ebenen weiter beschäftigen“, sagt Dr. Stefan Hoerner. Er forscht auch zukünftig weiter, um die Turbinen zu verbessern: „Wir werden in den nächsten 3 Jahren mit zwei Promovierenden aus der Strömungsmechanik und der Elektrotechnik neue Möglichkeiten zur Verbesserung von Lebensdauer und Effizienz dieser Turbinen untersuchen und in dem Projekt mit meinen Forschungspartnerinnen und -partnern aus Grenoble zusammenarbeiten.“

Autor:in: Saskia Fischer