Turbinen aus 3D-Druck: So sollen 51.000 Dämme zu Kraftwerken werden
In den USA stehen 51.000 Dämme ohne Wasserkraft. Ein Startup will sie mit Turbinen aus dem 3D-Drucker erschließen. Ist das ein Modell für Deutschland?
Die Ruhrwehr in Duisburg: Sie besitzt vier Wehröffnungen, ist 151 m breit und seit den 1920er Jahren in Betrieb – erzeugt aber keinen Strom. Diese Art von Bestandsinfrastruktur soll jetzt in den USA mit 3D-gedruckten Turbinen erschlossen werden.
Foto: picture alliance / Zoonar | Bernd Brueggemann
Seit rund 100 Jahren steht die Duisburger Ruhrwehr am Übergang der Ruhr in den Rhein, doch Strom wurde hier nie erzeugt. Das Bauwerk steht damit beispielhaft für tausende Stauwehre in Deutschland, die Hochwasser regulieren, die Schifffahrt sichern oder einfach den Wasserstand halten – aber keinen Strom liefern. In den USA will ein Forschungsprojekt Dämme und Wehre dieser Art nun zu Wasserkraftwerken machen.
Dafür setzt das Team auf 3D-Druck. Am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) im US-Bundesstaat Tennessee haben Wissenschaftler gemeinsam mit dem Startup Cadens aus Wisconsin eine Mikro-Wasserkraft-Turbine entwickelt, deren Kernkomponenten aus dem 3D-Drucker kommen. Das Ziel: Kosten senken, damit kleine Bestandsanlagen wirtschaftlich werden. Das Potenzial in den USA ist riesig. Wie sieht es in Deutschland aus?
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Das US-Problem im Maßstab
In den USA stehen rund 90.000 Dämme. Weniger als 3 % davon erzeugen Strom. Dabei wären etwa 51.000 dieser Bauwerke nach Schätzung des ORNL für Wasserkraftproduktion bis 100 kW geeignet. Das theoretische Gesamtpotenzial liegt bei rund 29 GW – mehr als die Leistung aller deutschen Steinkohlekraftwerke. Das Problem: Die Kleinanlagen müssen individuell gefertigt werden. Das treibt die Kosten in die Höhe und macht den Großteil der möglichen Standorte unwirtschaftlich.
Das Startup Cadens hatte mit einer eigenen Software namens „Turbine Builder“ zwar schon passgenaue Komponenten spezifizieren können, die Fertigung im kleinen Maßstab blieb aber teuer. Zusammen mit dem Manufacturing Demonstration Facility am ORNL suchten die Ingenieure daher in der additiven Fertigung nach einer Lösung. Das Ergebnis beschrieben sie in einer Mitteilung des ORNL vom 18. Mai: rund 40 % niedrigere Kosten pro kW im Vergleich zur konventionellen Herstellung.
Wie funktioniert der Turbinendruck?
Der Schlüssel liegt in der Mischung aus Standardisierung und Maßanfertigung. Statt jede Komponente einzeln zu produzieren, dient ein handelsübliches PVC-Großrohr als Hauptkörper der Anlage. Daran angedockt sind spezialisierte Bauteile aus dem 3D-Drucker, die an die örtlichen Bedingungen angepasst werden.
Die Anlage besteht aus drei Hauptelementen:
- Hauptkörper: Ein industrielles PVC-Rohr leitet das Wasser durch die Turbine. Es ist überall gleich und dementsprechend günstig.
- Spezialteile aus dem 3D-Drucker: Saugrohr (zwei Hälften aus 20 % kohlefaserverstärktem ABS, versiegelt rund 312 kg schwer), Halterungen, PVC-Endstücke und das Laufradsystem einer Fixed-Kaplan-S-Turbine. Gedruckt im Big-Area-Additive-Manufacturing-Verfahren (BAAM) auf einem 3D Platform Workbench 400 Series System.
- Hybridfertigung beim Gehäuse: Statt das Laufradgehäuse direkt zu drucken, fertigen die Forscher zunächst eine 3D-gedruckte Gussform und gießen das eigentliche Bauteil daraus in Fiberglas – versiegelt mit CNC-Bearbeitung und Schutzbeschichtung.
Ein 30 Fuß langer Prototyp am Cadens-Standort in Rome, Wisconsin, läuft nach Angaben des ORNL seit über sechs Jahren. Cadens selbst arbeitet aktuell daran, das Verfahren für reale Feldbedingungen zu rüsten – konkret an Treibgut-Handhabung und Bewuchs-Resistenz. Ein deutsch-amerikanisches Erfinderduo hatte kürzlich einen verwandten Ansatz mit modularen Turbinen entwickelt.
Wie groß wäre das Potenzial in Deutschland?
Kleiner als in den USA. In Deutschland sind nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) rund 7300 Wasserkraftwerke in Betrieb. Sie steuern etwa 23 TWh pro Jahr zur Stromerzeugung bei. Das waren 2024 rund 4,3 % der gesamten Stromerzeugung, so die Agentur für Erneuerbare Energien.
Das klingt erstmal nach viel. Doch die Statistik der ungenutzten Wehre zeigt: Allein in Bayern existieren laut der Vereinigung Wasserkraft Bayern über 56.000 Wehre und Querbauten, die als Hochwasserschutz, zur Grundwasserstabilisierung oder Flussbegradigung errichtet wurden, ohne jemals Strom zu erzeugen. Das UBA hat bundesweit fast 40.000 Standorte bestehender Querbauwerke und Wasserkraftanlagen auf ihr Potenzial untersucht.
Doch während in den USA die Wirtschaftlichkeit der entscheidende Engpass ist, bremsen in Deutschland vor allem ökologische und genehmigungsrechtliche Hürden. Laut UBA gilt das technisch-ökologische Potenzial der Wasserkraftnutzung als „weitgehend ausgeschöpft“. Insgesamt seien nur noch 1,3 bis 1,4 TWh zusätzlich erschließbar – etwa 70 % durch Modernisierung bestehender Anlagen, der Rest durch Nachrüstung an Querbauwerken. Eine Mikro-Wasserkraft-Technologie wie die von Cadens würde in Deutschland also vor einem regelrechten Problembündel stehen: Wasserrahmenrichtlinie, Restwassermengen, Fischwanderung und ein in vielen Bundesländern verhärtetes Verhältnis zwischen Wasserkraft- und Naturschutzverbänden.
Der politische Twist: Ausbau in den USA, Förderstopp in Deutschland
Was die Situation zusätzlich verkompliziert: Während in den USA mit dem 3D-Drucker neue Mikro-Wasserkraft-Potenziale erschlossen werden sollen, droht in Deutschland das genaue Gegenteil. Der Entwurf zur EEG-Novelle vom Mai 2026 sieht einen Förderstopp für Anlagen unter 25 kW vor – also für die kleinste Liga der Mikro-Wasserkraft. Cadens-Turbinen sind für Leistungen bis 100 kW ausgelegt, ein Großteil der Anwendungen läge damit weiter im förderfähigen Bereich. Doch gerade die kleinsten Anlagen, die wirtschaftlich besonders auf Förderung angewiesen sind, würden durch die Streichung wegfallen.
„Die pauschale 25-kW-Grenze wird der Wasserkraft nicht gerecht“, warnt Martin Richter, Präsident des Wasserkraftverbands Mitteldeutschland. „Kleine Wasserkraftanlagen sind keine beliebigen Kleinstanlagen. Sie liefern planbar, stetig und netzdienlich Strom.“ Im Verbandsgebiet Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen wäre nach Verbandsangaben jede vierte Wasserkraftanlage betroffen, in Thüringen sogar zwei Drittel.
Eine Frage der Prioritäten
Die Cadens-Technologie ist im Kern eine Antwort auf das amerikanische Problem: Wie macht man Mikro-Wasserkraft an Tausenden bestehenden, bislang ungenutzten Dämmen wirtschaftlich? Für Deutschland würde die ehrlichere Frage lauten: Wollen wir die existierenden Mikro-Anlagen überhaupt erhalten?
Eine schöne Demonstration, dass technische Lösungen für die Wasserkraft verfügbar sind. Ob sie auch in Deutschland je zum Einsatz kommen, hängt am Ende weniger am 3D-Drucker als an einem politischen Konsens, der vor allem in Berlin noch zu fehlen scheint.
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