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GEO Magazin Nr. 06/12 Seite 1 von 1

Meerwasserentsalzung: Meer - Salz = Hoffnung

Trinkbares Wasser wird in vielen Ländern knapp. Meerwasser-Entsalzung ist aufwändig und energieintensiv. Nun verspricht die verblüffend simple Erfindung eines BMW-Designers Abhilfe

Text von Hanne Tügel

Wie funktioniert technischer Fortschritt? Manchmal so: Eine Behörde stellt Erfindern eine kaum lösbare Aufgabe und ködert sie mit einer Belohnung. So macht es Singapur.

Singapur ist ein reiches, aber kleines Land. Die Fläche reicht für die Wasserversorgung der fünf Millionen Einwohner nicht aus; sauberes Wasser wird zum Teil aus Malaysia importiert. Meerwasser vom Salz zu befreien ist eine naheliegende Alternative. Doch die herkömmlichen Anlagen dafür, wie sie vor allem in den Ölstaaten des Nahen Ostens üblich sind, fressen enorme Mengen fossiler Energie, denn sie erhitzen und verdampfen das Salzwasser. Pro Kubikmeter Wasser brauchen sie etwa zehn Kilowattstunden (kWh), den Energiegehalt von einem Liter Heizöl. Allein Saudi-Arabien erzeugt so vier Millionen Kubikmeter Süßwasser pro Tag, vier Milliarden Liter.


Meerwasserentsalzung (links das Meerwasser, rechts das gereinigte Trinkwasser) ist - bislang - ein energieintensiver Prozess (Foto von: imago)
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Meerwasserentsalzung (links das Meerwasser, rechts das gereinigte Trinkwasser) ist - bislang - ein energieintensiver Prozess

Eine sparsamere Technik ist die sogenannte Umkehrosmose, bei der das Meerwasser mit hohem Druck durch halbdurchlässige Membranen gepresst wird, die das Salz zurückhalten. Mindestenergieverbrauch modernerer Anlagen aber immer noch: etwa drei Kilowattstunden pro Kubikmeter. Die Vision der "Singapore Challenge" war eine Entsalzungstechnik, die nur 1,5 Kilowattstunden benötigt. Das liegt schon recht nah am theoretisch überhaupt denkbaren minimalen Wert: Um Meerwasser das in Form elektrisch geladener Ionen vorliegende Salz zu entziehen, ist immer ein Mindestmaß an Energie nötig. 36 Teams beteiligten sich an dem Wettbewerb, Universitäten, kleine Firmen, große Konzerne. Das Rennen machte am Ende ein Konzept der Siemens AG. Es erfüllt den Wunschwert nicht ganz, kommt ihm aber mit 1,7 kWh pro Kubikmeter entsalztem Wasser sehr nah - durch die Kombination zweier Techniken, die ganz ohne Hitze und hohen Druck auskommen.

So funktioniert die energiearme Entsalzung

Bildlich gesprochen, lässt sich das Verfahren mit einem Magneten vergleichen, der die Salzionen aus dem Wasser zieht. Dazu wird im Salzwasserbecken ein elektrisches Feld erzeugt, in dem sich raffiniert angeordnete Membrane befinden. Erster Schritt ist die "Elektrodialyse". Dabei wandern die positiv geladenen Natriumionen und die negativ geladenen Chloridionen durch die Membranlandschaft und sammeln sich in Kammern. Dort steigt dann die Salzkonzentration; im Restwasser sinkt sie in dem mehrstufigen Verfahren von 3,5 Prozent bis auf einen Wert, ab dem die Elektrodialyse ineffizient wird. Deshalb folgt nun ein Verfahren, das sich bei der Reinstwassergewinnung in der Pharma- und Computerindustrie bewährt hat: die teurere, aber effizientere "kontinuierliche Elektrodeionisation", bei der ein "Ionenaustauscherharz" zwischen den Membranen dafür sorgt, die Ionenwanderung zu beschleunigen und die Restsalzfracht des einstigen Meerwassers auf die für Trinkwasser notwendigen 0,05 Prozent zu senken.

Vier Millionen Singapur-Dollar (rund zwei Millionen Euro) erhielt Siemens im Jahr 2008, um mit dem Konzept (das damals erst im Labormaßstab funktionierte) in Singapur eine Pilotanlage zu bauen. 50 Kubikmeter Wasser pro Tag werden darin seit 2010 entsalzt. Im Jahr 2014 soll in Singapur eine erste Anlage im kommerziellen Maßstab arbeiten: mit mehr als 1000 Kubikmeter pro Tag. Der Bedarf ist immens. Bei wachsender Weltbevölkerung ist Wassernotstand vorprogrammiert. Schon heute sind 300 Millionen Menschen von Wasser aus Entsalzungsanlagen abhängig. 16.000 Anlagen weltweit sind installiert, weitaus die meisten davon im Nahen Osten, es folgen die USA und der Mittelmeerraum. „Das wird sich dramatisch nach oben entwickeln“, sagt Rüdiger Knauf, Entwicklungsleiter der Wassersparte bei Siemens.


Das Watercone-Prinzip: simpel und effektiv (Foto von: 2011 watercones.com)
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Das Watercone-Prinzip: simpel und effektiv

Sparsame Technik ist gut; doch auch sie kann nicht mit jener Eleganz konkurrieren, die in der Natur Standard ist: Sonnenenergie lässt Meerwasser verdunsten, das Salz bleibt im Ozean - und aus den Wolken regnet Süßwasser. Ein entscheidender Schritt wäre es, auch bei industriellen Anlagen regenerative Energiequellen wie die Sonne zu nutzen. Das ist in Singapur noch nicht geplant. Eine solarbetriebene Meerwasser- Entsalzungsanlage nach dem Prinzip der Umkehrosmose ist derzeit in Saudi-Arabien mithilfe von IBM im Bau. Erprobt werden darin neuartige Photovoltaik-Module und Membranmaterialien. Probleme aber bleiben: In allen Großanlagen fällt extrem salzhaltiges Abwasser an, das ins Meer zurückgeleitet wird und die Organismen dort schädigt. Und: Die Systeme sind so teuer, dass arme Länder sie sich nicht leisten können. An dieser Stelle kommt der Erfinder des „Watercone“ ins Spiel. Stephan Augustin, 44 Jahre alt, ist hauptberuflich Industriedesigner bei BMW und liebt jenseits des Jobs „ethische Herausforderungen“.

Lowtech-Entsalzung

Bei einem Fuerteventura-Urlaub 1997 saß er am Strand und überlegte, ob es nicht einen ganz simplen Weg geben könnte, aus Meerwasser plus Sonne Trinkwasser zu gewinnen. In kleinen Mengen. Ohne Strom. Ohne Membranen. In einem tragbaren Gefäß. Dezentral. Erschwinglich. Es dauerte einige Jahre, bis Augustin in seiner Freizeit den Prototyp des Watercone ausgetüftelt hatte: Der Boden ist eine flache schwarze Kunststoffschüssel von 80 Zentimeter Durchmesser. Darüber wölbt sich ein durchsichtiger Deckel in Form eines Kegels (englisch cone) mit einer Auffangrinne am unteren Rand und einem Verschluss an der Spitze. In die Schüssel wird Meerwasser gefüllt. Die Sonne bringt es zum Verdunsten; der Wasserdampf kondensiert am Kegel und läuft in die Rinne ab. Nach einem Sonnentag ist sie voll, nun braucht man das Gerät nur umzudrehen, den Verschluss zu öffnen und das Süßwasser in Flaschen, Becher oder Kanister abzufüllen: ein bis anderthalb Liter, den täglichen Trinkwasserbedarf eines Kindes.


Im Feldversuch im Jemen hat sich der Watercone bewährt (Foto von: 2011 watercones.com)
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Im Feldversuch im Jemen hat sich der Watercone bewährt

Ein dreimonatiger Feldversuch im Jahr 2004 zeigte in einem Fischerdorf im Jemen: Das Lowtech-Prinzip funktioniert. Augustin gewann Design- und Umweltpreise, 2008 überreichte ihm Kofi Annan den „Energy Globe“. Dennoch sind erst etwa 5000 Kegel verkauft. Der bisherige Preis, 50 US-Dollar, ist wegen des Spezialkunststoffs und des Herstellungsverfahrens recht hoch; obendrein hielt das Material nicht wie erwartet fünf Jahre. Ein optimiertes Modell ist in Arbeit und soll demnächst auf den Markt kommen - billiger und aus besser geeignetem Kunststoff.

Auch so kann technischer Fortschritt funktionieren: Ein Mensch sitzt am Strand, hat eine Inspiration, experimentiert, testet, verwirft, verbessert - bis die Idee reif ist, sich durchzusetzen.



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Kommentare zu "Meer - Salz = Hoffnung"

Wilfried Hendel | 28.03.2015 21:47

Wilfried 28.03.2015
Trinkwasser ist ein sehr kostbares Nass. Den Wert erkennt man erst wenn es nicht vorhanden ist. Man sucht immer erst eine Lösung wenn es nicht mehr vorhanden ist.
Sollte nicht auch das gesäuberte Wasser aus den Kläranlagen für Beregnungsanlagen genutzt werden. Ein Kleingärtner sammelt doch auch das Regenwasser für die Pflanzen im Garten. Auch das Grundwasser wird in trockenen Zeiten knapp. Beitrag melden!

Nordsachse | 04.01.2013 14:05

Wäre es nicht auch noch besser wenn man zb hier in Europa langsam mal daran denken würde nicht soviel sauberes Trink-Wasser zu verschwenden? Muss man zum toilette spülen jedesmal bis zu 9l Trink-Wasser vergeuden? Oder zum Wäsche waschen? Das hilft zwar nicht den Leuten dort wo es kein Trink-Wasser gibt, aber evtl haben wir hier dann davon noch etwas länger was.
Spart man aber hier Wasser wird man ja bestraft. Der wasserpreis steigt, da die Wasserwerke und Abwasserverbände nicht mehr "wirtschaftlich" arbeiten bzw zu wenig Wasser verkaufen um Ihre Kosten zu decken. Da wird halt schnell an der Preisschraube gedreht, der "dumme" Bürger !!!muss!!! es ja bezahlen! Beitrag melden!

Hazet | 22.10.2012 16:48

das Watercone-Prinzip kann so wie gez. nicht 100%tig funktionieren....wenn der Konus gedreht werden soll ( Rinne ist gefüllt ) dann wird mehr als 75 % Tr.W. verschüttet...beim
Umdrehen...also muss das ganze Teil auf einen Sockel gestellt werden, mit Salzwasser-Wanne...und der Auffangbehälter mit Schlauch neben (oder unter) dem Podest stehen...
der Schlauch ist unten in der Sammel-Rinne befestigt, so geht kein Tropfen Wasser beim
Umdrehen verloren, weil das entfällt ! Die Öffnung ..OBEN kann bleiben ( mit Deckel, vertieft einsetzen, sodaß kein Tropfen verloren geht ) hier wird Wasser zum Verdunsten nachgefüllt !!
Natürlich muss die Wasserwanne öfters gesäubert werden ( vom Salz !)
Hoffe, daß diese einfache Verbesserung ankommt ...mfG. Hazet Beitrag melden!

Franziska Sonig | 04.09.2012 16:42

Ich frage mich auch,was die Energiefrage soll bezüglich Entsalzung. Wasser ist meistens da knapp wo es heiss ist und die Sonne scheint. Deshalb bin ich mit Herrn Heinicke ganz d'accord, zusätzlich spricht nichts dagegen, per Solarzellen Strom für Pumpen zu erzeugen. Energie ist genug vorhanden, man muss sie nur nutzen. Zumal eine Aufsalzung des Meerwassers sicher nicht schaden könnte an manchen Orten.. Beitrag melden!

Aysun Akatam | 03.08.2012 10:35

Da das Trinkwasserproblem die ganze Menscheit intressiert sollte ein weltweites İnstitut diesbezüglich gegründet werden und alle Forscher sollten Ihre Erfahrungen dort austtauschen können (ohne politische oder soziale Beieinflüssigungen). Vielleicht könnte Cern eine grosse Rolle spielen; ohne grosses Geldaufwand. Kein Wasser kein Leben; unsere blaue Welt gehört allen Mensch, der Menschheit. Beitrag melden!

Inge Schlichte | 01.07.2012 15:41

Alle Erfindungen u. Ideen über die Sie berichten sind toll! Als die Sommer so heiß wurden u. unsere Flüsse ungeahnte Tiefsstände aufwiesen, habe ich mich erstmals über Meerwasserentsalzung informiert ( u. darüber wie teuer das durch hohen Energiebedarf war u. wie schwierig aus technischen Gründen ). Ich halte neben den jetzt möglichen industriellen Problemlösungen (Siemens) auch die "kleinen" u. kostengünstigen wichtig für die Bevölkerung ( sicher vorhandene Ressource/Unabhängigkeit/bezahlbar ).
Meerwasserentsalzung ist für mich durch diese techn.Fortschritte jetzt eine realistische Alternative zur Bekämpfung von Trinkwasserproblemen. Und darüber bin ich froh!
Danke für diese Information!
Beitrag melden!

pulsopeter | 30.06.2012 21:48

Der Grund für all diese teilweisen sehr interessanten Methoden ist zwar der Nebeneffekt an der heutigen gesteuerten Kohlenstoffwertebemessung. Nur wenn dieser Virus unendlich neutralisiert wird, und damit begonnen wird ein neues Wertesystem einzuführen, werden wir von sehr viel Unfug beim Umgang mit Materialreserven geheilt.
Was will ich und andere gleichdenkende schon seid Jahrzehnten damit sagen? Richtig, Selbst die Erzeugung von unendlicher vorhandener Energie wird besteuert werden, sonst funktionieren die Grundsäulen einer jeden Gesellschaft nicht mehr. Es muss nur damit angefangen werden diese Schublade zu öffnen, und einen Grundwert an Steueranteil zu bestimmen für die Herstellung einer erzeugten Energiemenge je Zeiteinheit und je nach Verfahren. Es werden sich nur drei, höchstens vier Variationen herauskristallisieren. Dann klappt das schon. mal sehn wer zuerst anfängt. Muss ich es schon wieder sein, und Leute die den Sack schon zu haben.

Gruss, Peter. Beitrag melden!

Lukas Heinicke | 20.06.2012 15:31

Ich habe nicht so viel Ahnung auf diesem Gebiet, aber wäre es nicht möglich, dass man in sonnenreichen Gebieten große Verdunstungsbecken baut und diese mit durchsichtigem Plastik überdacht an denen das verdunstete Wasser kondensiert, herabläuft und sich sammelt.
Diesen Vorgang könnte man noch verstärken, indem man Mithilfe von Spiegeln noch mehr Sonnenlicht auf die Verdunstungsbecken konzentriert und den Boden schwarz anstreicht.
Um Verluste zu minimieren könnte man die Verdunstungskuppel doppelwandig isolieren und somit die Kondensationswärme (2256 kJ pro Liter), welch beim Kondensieren an der Kuppel entsteht größtenteils wiederverwenden. Das Salz könnte man dann im festen Zustand gewinnbringend verkaufen.
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Martin Eckhard | 06.06.2012 16:06

Als Mitarbeiter der Wirtschaftsförderung und Technologietransfer Schleswig-Holstein GmbH (WTSH) möchte ich auf das Kieler Unternehmen „Terrawater GmbH“ verweisen. Es hat ein der Natur abgegucktes Verdunstungsverfahren entwickelt, das mittels verschiedener Wärmequellen (z. B. Abwärme aus technischen Prozessen, Solarthermie, Geothermie, …) Wasser entsalzen und damit Trinkwasser herstellen kann. Pro Einheit sind bis zu 5 Kubikmeter (5.000 l) Trinkwasser täglich herstellbar.
Weitere Infos: www.terrawater.de



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