Auftriebskraftwerk - wie es trotzdem funktionieren könnte

[WotanWahn]

Bei bekannten Auftriebskraftwerken mit an einer Kette über eine obere und untere Umlenkrolle geführten Behältern wird in die abwärts laufenden Behälter Wasser eingelassen und im unteren Totpunkt das Wasser durch von einem Kompressor zugeführte Luft verdrängt. Die luftgefüllten Behälter erhalten dadurch Auftrieb und treiben so die Kette an. Dummerweise muss der Kompressor aber den hydrostatische Druck am unteren Totpunkt überwinden, so dass die kostbare Auftriebsenergie wieder futsch ist.

Anders sieht es bei einer modifizierten Variante im offenen Meer aus, bei der im oberen Totpunkt Tiefenwasser gegen Oberflächenwasser und im unteren Totpunkt Oberflächenwasser gegen Tiefenwasser ausgetauscht wird - und zwar ohne Kompressor, sondern nur durch vorübergehendes Öffnen von Ventilen und Bewegen der Behälter im Wasser. Oberflächenwasser hat nämlich im Vergleich zu Tiefenwasser eine geringfügig höhere Dichte - jeweils bei gleicher Temperatur betrachtet.

Woran liegt das?

Wasser besteht zu über 99% aus "leichtem Wasser" H2O mit dem Atomgewicht 1 von Wasserstoff und 16 von Sauerstoff. Der restliche Anteil besteht aus Isotopen mit mindestens einem weiteren Neutron, wie Deuterium, also Wasserstoff mit einem Neutron und dem Atomgewicht 2, Tritium, also Wasserstoff mit zwei Neutronen und dem Atomgewicht 3 und eventuell dem Sauerstoffisotop 18. Die Anteile werden als "halbschweres", "schweres" und "überschweres" Wasser bezeichnet. Da "leichte" Wassermoleküle beweglicher und reaktionsfreudiger als die "schwereren" Verwandten sind, kommt es an der Oberfläche durch Verdunstung zu einer Verschiebung der Anteile von "leichten" und "schwereren" Wassermolekülen zugunsten der schwereren Wassermolküle.

Die mit Oberflächenwasser gefüllten Behälter sind somit geringfügig schwerer als die mit Tiefenwasser gefüllten. Beim Tiefenwasser wird weitgehend unabhängig von der aktuellen Tiefe ein konstantes Verhältnis der Anteile von "leichten" und "schwereren" Wassermolekülen angenommen, da die Meeresströmungen für eine Durchmischung sorgen.

Warum ist es kein Perpetuum Mobile?

Die Antriebsenergie ist letztlich Wärmestrahlung der Sonne, die zur Verdunstung von Wassermölekülen an der Oberfläche führt.

[Nogro]

Gegenargument: Oberflächenwasser ist wärmer als Tiefenwasser und hat dadurch eine geringere Dichte (es würde ja sonst versinken). Ich bin für ein Peltier- bzw. Seebeckkraftwerk (eine Lötstelle oben, die Andere unten).  Sollte aber dank Carnot nicht so richtig Spass machen.

[WotanWahn]

Stimmt! Die Behälter sollten als Wärmetauscher ausgeführt sein, damit das Oberflächenwasser beim Absinken der Behälter schnell auf die Temperatur der darunterliegenden Wasserschichten abgekühlt wird bzw. das Tiefenwasser beim Aufsteigen der Behälter auf die Temperatur der darüberliegenden Wasserschichten erwärmt wird. Außerdem muss noch eine Druckausgleichsmembran vorgesehen sein sein, damit beim Abkühlen kein "Vakuum" entsteht, sondern das abnehmende Volumen des Oberflächenwassers wieder ausgeglichen wird. Sonst gäbe es ja keine Gewichtszunahme und damit keinen Abtrieb bzw. kein Sinken.

Das von Dir vorgebrachte Gegenargument ist der Grund dafür, dass der Anteil der "schwereren" Wassermoleküle überhaupt eine Zeit lang an der Öberfläche verweilt und somit abgeschöpft werden kann. Wenn der Anteil gleich absinken würden, wäre kein Konzentrationsüberschuss nutzbar. 

Peltier- bzw. Seebeckkraftwerk sollten meiner Meinung nach außen vor bleiben, da es beim Auftriebskraftwerk oder der modifizierten Version um Gravitation und Mechanik geht.

[Cyano]

Es ist kein Perpetuum mobile, weil es eine externe Energiequelle (Sonne) benötigt um zu funktionieren.

Ansonsten wäre nach der Logik auch ein Mühlrad ein Perpetuum mobile, Regen sorgt dafür, dass ein Wasserbecken gespeist wird mit dem das Mühlrad in Bewegung gebracht wird. Das Wasser verdampft danach wieder und fällt als Regen in das Wasserbecken.

Die andere Frage ist, wie groß man dieses Kraftwerk skalieren müsste um Reibungsverluste zu überwinden...