Thermische Energieumwandlung im Ozean (OTEC), eine Form der Energieumwandlung, bei der der Temperaturunterschied zwischen dem warmen Oberflächenwasser der Ozeane, das durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird, und dem kalten Wasser in der Tiefe zur Stromerzeugung in einer herkömmlichen Wärmekraftmaschine genutzt wird. Der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und der tieferen Wasserschicht kann in einigen Meeresgebieten bis zu 50 °C über eine vertikale Distanz von nur 90 Metern betragen. Um wirtschaftlich sinnvoll zu sein, sollte der Temperaturunterschied in den ersten 1.000 Metern unter der Wasseroberfläche mindestens 20 °C (36 °F) betragen. Im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts galt die Technologie noch als experimentell, und bisher wurden noch keine kommerziellen OTEC-Anlagen gebaut.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Das OTEC-Konzept wurde erstmals in den frühen 1880er Jahren von dem französischen Ingenieur Jacques-Arsène d’Arsonval vorgeschlagen. Seine Idee sah ein System mit geschlossenem Kreislauf vor, eine Konstruktion, die für die meisten heutigen OTEC-Pilotanlagen übernommen wurde. In einem solchen System wird ein sekundäres Arbeitsmittel (ein Kältemittel) wie Ammoniak verwendet. Die vom warmen Oberflächenwasser des Ozeans übertragene Wärme bringt das Arbeitsmittel über einen Wärmetauscher zum Verdampfen. Der Dampf dehnt sich dann unter mäßigem Druck aus und treibt eine Turbine an, die mit einem Generator verbunden ist und so Strom erzeugt. Kaltes Meerwasser, das aus den Tiefen des Ozeans zu einem zweiten Wärmetauscher hochgepumpt wird, sorgt für eine ausreichend kühle Oberfläche, an der der Dampf kondensiert. Die Arbeitsflüssigkeit verbleibt in dem geschlossenen System, verdampft und verflüssigt sich kontinuierlich.
Einige Forscher haben sich auf ein OTEC-System mit offenem Kreislauf konzentriert, das Wasserdampf als Arbeitsflüssigkeit verwendet und auf die Verwendung eines Kältemittels verzichtet. Bei dieser Art von System wird warmes Meerwasser an der Oberfläche teilweise verdampft, während es in ein Beinahe-Vakuum eingespritzt wird. Der dabei entstehende Dampf wird in einem Niederdruck-Dampfturbogenerator entspannt, um elektrischen Strom zu erzeugen. Zur Kondensation des Dampfes wird kaltes Meerwasser verwendet, und eine Vakuumpumpe hält den richtigen Systemdruck aufrecht. Es gibt auch Hybridsysteme, die Elemente von geschlossenen und offenen Kreislaufsystemen kombinieren. Bei diesen Systemen wird Dampf, der durch warmes Wasser erzeugt wird, das eine Vakuumkammer durchläuft, zur Verdampfung einer sekundären Arbeitsflüssigkeit verwendet, die eine Turbine antreibt.
In den 70er und 80er Jahren begannen die Vereinigten Staaten, Japan und mehrere andere Länder mit OTEC-Systemen zu experimentieren, um eine tragfähige Quelle für erneuerbare Energien zu entwickeln. Im Jahr 1979 nahmen amerikanische Forscher die erste OTEC-Anlage in Betrieb, die brauchbare Mengen an elektrischer Energie erzeugen konnte – etwa 15 Kilowatt Nettoleistung. Bei dieser Anlage, Mini-OTEC genannt, handelte es sich um ein System mit geschlossenem Kreislauf, das auf einem Lastkahn der US-Marine einige Kilometer vor der Küste von Hawaii montiert war. In den Jahren 1981-82 testeten japanische Unternehmen eine weitere experimentelle OTEC-Anlage mit geschlossenem Kreislauf. Diese Anlage befand sich in der pazifischen Inselrepublik Nauru und erzeugte eine Nettoleistung von 35 Kilowatt. Seitdem haben die Forscher ihre Entwicklungsarbeit fortgesetzt, um die Wärmetauscher zu verbessern und Wege zu finden, die Korrosion der Anlagenkomponenten durch Meerwasser zu verringern. Bis 1999 hatte das Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority (NELHA) eine 250-Kilowatt-Anlage entwickelt und getestet.
Die Aussichten für eine kommerzielle Anwendung der OTEC-Technologie scheinen vielversprechend zu sein, insbesondere auf Inseln und in Entwicklungsländern in den tropischen Regionen, wo die Bedingungen für den Betrieb von OTEC-Anlagen am günstigsten sind. Schätzungen zufolge absorbieren die tropischen Ozeane eine Sonnenstrahlung, deren Wärmeinhalt dem von etwa 250 Milliarden Barrel Öl pro Tag entspricht. Der Entzug dieser Wärmemenge aus dem Ozean würde seine Temperatur nicht wesentlich verändern, aber er würde die Erzeugung von mehreren Millionen Megawatt Strom auf kontinuierlicher Basis ermöglichen.
Neben der Erzeugung von sauberem Strom liefert der OTEC-Prozess auch mehrere nützliche Nebenprodukte. Die Zufuhr von kühlem Wasser an die Oberfläche wurde in Klimaanlagen und in der Landwirtschaft mit gekühltem Boden (der den Anbau von Pflanzen der gemäßigten Zonen in tropischer Umgebung ermöglicht) genutzt. Offene Kreislauf- und Hybridverfahren wurden bei der Meerwasserentsalzung eingesetzt, und die OTEC-Infrastruktur ermöglicht den Zugang zu Spurenelementen, die im Meerwasser der Tiefsee vorhanden sind. Außerdem kann durch Elektrolyse Wasserstoff aus Wasser für die Verwendung in Brennstoffzellen gewonnen werden.
OTEC ist eine relativ teure Technologie, da der Bau von kostspieligen OTEC-Anlagen und -Infrastrukturen erforderlich ist, bevor Strom erzeugt werden kann. Sobald die Anlagen jedoch in Betrieb sind, kann es möglich sein, relativ kostengünstigen Strom zu erzeugen. Schwimmende Anlagen sind möglicherweise eher realisierbar als landgestützte, da die Zahl der landgestützten Standorte mit Zugang zu tiefem Wasser in den Tropen begrenzt ist. Es gibt nur wenige Kostenanalysen; eine Studie aus dem Jahr 2005 beziffert die Kosten für die Stromerzeugung durch OTEC auf 7 Cent pro Kilowattstunde. Diese Zahl basiert zwar auf der Annahme einer 100-Megawatt-OTEC-Anlage, die etwa 10 km (6 Meilen) vor der Küste von Hawaii steht, ist aber mit den Kosten für Energie aus fossilen Brennstoffen vergleichbar. (Die Kosten für Kohlestrom werden auf 4-8 Cent pro Kilowattstunde geschätzt.)