Meerwasserentsalzung
Meerwasserentsalzung (engl. desalination) ist die Bezeichnung für die Gewinnung von Trinkwasser oder Brauchwasser aus Meerwasser durch die Verringerung des Salzgehaltes. Die Entsalzung bezieht sich auf mehrere Prozesse, die Salze und Minerale aus dem Wasser entfernen um daraus Trinkwasser zu gewinnen. Teilweise fallen verwertbare Nebenprodukte wie Kochsalz an.
Der Meerwasserentsalzung wird in Zukunft eine große Bedeutung zugemessen, da die Versorgung aller Menschen mit sauberem Wasser durch Mangel oder Verschmutzung des vorhanden Süßwassers immer schwieriger wird. Meerwasserentsalzung betreibt man andererseits schon lange auf Schiffen, U-Booten und auf Inseln, wo die Kosten keine große Rolle spielen. Zum Funktionieren des Prozesses darf der Grundstoff allerdings nur sehr niedrige Kontamination (z.B. mit Öl) aufweisen, sodass in der Nähe von Hauptschifffahrtsrouten Meerwasserentsalzung weniger wirtschaftlich arbeiten. Ein Landbrunnen, der den Meerwasserspiegel erreicht, muss dann helfen das Meerwasser vorzufiltern.
Im Nahen Osten ist diese Form der Trinkwassergewinnung weitverbreitet. In den Golfstaaten ist diese die Hauptquelle der Trinkwassergewinnung. Überwiegend wird das Meerwasser durch gas- oder ölbefeuerte Entsalzungsanlagen erzeugt. Auch kombinierte Gas- und Dampfturbinenkraftwerke mit angeschlossener MSF-Entsalzunganlage kommen sehr häufig zum Einsatz.
Zukünftige Probleme
Durch eine übermäßige Entsalzung von Meerwasser wird das zugehörige Meer verstärkt mit Salzfrachten belastet. Zusammen mit der globalen Klimaerwärmung und der Zunahme der Verdunstung wird sich der Salzgehalt beispielsweise des Persischen Golfes mittelfristig erhöhen und damit den Betrieb der Anlagen zur Meerwasserentsalzung verteuern. Dies wird an den Anrainerstaaten des Persisch-Arabischen Golfes befürchtet, durch die niedrige Austauschrate mit dem Indischen Ozean wird es in voraussichtlich 10 Jahren zu großen Probleme mit der Trinkwassergewinnung kommen.
Die Entsalzungsanlage mit einer Anlage zur Salzproduktion zu kombinieren und keinerlei Konzentrat in das Meer zurückzupumpen wird hier immer mehr als Lösung gesehen.
Weiterhin zerstöre das ins Meer zurückgeleitetes aggressive Brine die Lebensgrundlage für Meeresbewohner. Mehreren Studien über die Meeresverschmutzung zufolge ist der Anstieg des Salzgehaltes im Meer ein Grund für die Klimaerwärmung, da das Wasser bei erhöhtem Salzgehalt leichter verdunstet. Dadurch entsteht ein Teufelskreis, da das zurückbleibende, salzkonzentriertere Wasser wiederum leichter verdunstet und somit salzhaltiger wird.
Die Kosten für die Meerwasserentsalzung sind zur Zeit allerdings stark fallend. Eine moderne, große und effiziente Anlage verursacht teilweise nur 20% der Kosten, die bei der herkömmlichen Trinkwassergewinnung anfallen.
Techniken
Umkehrosmose
Bei der Umkehrosmose (engl. RO (reverse osmosis)) wird die Lösung (Meerwasser) unter hohem Druck, zwecks Überwindung des osmotischen Druckes, durch eine semipermeable Membran gepresst. Diese wirkt wie ein Filter und lässt nur bestimmte Atome und Moleküle durch. Somit erhält man eine Trennung der ursprünglichen Lösung. Der osmotische Druck steigt mit zunehmender Salzkonzentration, der Prozess würde somit irgendwann zum Stehen kommen. Um dem Entgegenzuwirken wird das Konzentrat abgeführt. Da das Auskristallisieren des Salzes oder der Mineralien (Prezipitation) in den Membranen verhindert werden muss, ist die Benutzung der Umkehrosmose nur bis zu einer gewissen Maximalkonzentration des 'reject' Flusses sinnvoll. Je nach Salzkonzentration muss aufgrund der hohen Drücke auch in den optimalen Anlagen mit einem Energieaufwand von zwischen 2 und 3 kWh pro Kubikmeter Trinkwasser gerechnet werden.
Sperrdruck-Osmose
Eine weiter Methode der Entsalzung, englische Bezeichnung: pressure barrier osmosis.
Vielstufige Entspannungsverdampfung
Hierbei handelt es sich um ein thermisches Verfahren mit der Abkürzung "MSF" (englisch für Multi Stage Flash Evaporating)
Dieses Verfahren ist ebenfalls eine technische Möglichkeit, das zugeführte Meerwasser mit der Abwärme einer Gasturbine eines Kraftwerkes auf eine Temperatur von 115°C zu erwärmen. Das so aufgeheizte Salzwasser verdampft in nachgeschalteten Entspannungsstufen unter Vakuum, der Wasserdampf schlägt sich als Kondensat innerhalb dieser Stufen an mit Kühlflüssigkeit gefüllten Rohrleitungen nieder und wird als salzfreies Wasser abgezogen. Das durch den Verdampfungsprozess immer stärker mit Salz angereicherte Wasser wird auch Brine genannt und in einem nachgeschalteten Wärmetauscher auf die Kondensationstemperatur (~40 °C) des Dampfes des zugeführten Frischwassers abgekühlt. Es dient dann anschließend in den Rohrleitungen als Kühlflüssigkeit. Zuletzt wird dem Brine frisches Salzwasser zugeführt und erneut durch die Abwärme der Gasturbine aufgeheizt. Der gesamte Vorgang stellt also einen geschlossenen Kreislauf dar. Der Überschuß des sich im Kreislauf konzentrierenden Salzes wird allerdings wieder ins Meer zurückgeführt, womit sich die bereits oben beschriebenen Probleme mit der zunehmenden Salzkonzentration beispielsweise im Persischen Golf ergeben.
Großanlagen wie das in Dubai befindliche Kombikraftwerk "Jebel Ali" können täglich bis zu 500.000 Kubikmeter Trinkwasser aus dem Meerwasser gewinnnen.
Mit erneuerbarer Energie betriebene Entsalzungsanlagen könnten eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit sein, Trinkwasser hoher Qualität zu gewinnen.
Solare Wasserdestillation
Die einfachste Anwendung der solaren Wasserdestillation stellen durchsichtige Schwimmhüte dar, die eine nach innen gewölbte Auffangrinne besitzen. Diese lässt man auf der Salzwasseroberfläche schwimmen. Hierbei wird jedoch nur die direkte Sonneneinstrahlung auf das Wasser genutzt. Die Ausbeute lässt sich steigern, wenn die Sonnenstrahlung knapp unter dem Wasserspiegel auf eine schwarzen Fläche auftrifft und dort in Wärme umgewandelt wird.
Auch große Brennspiegel, die nach dem Prinzip eines Parabolspiegels funktionieren, können in ihrem Brennpunkt hohe Temperaturen erzeugen. Sie arbeiten sehr effizient, da auch noch sehr geringe Sonneneinstrahlung in nutzbare Wärme umgewandelt wird und im Gegensatz zu ebenen Spiegeln weniger Energie verloren geht. Sie sind jedoch aufwändiger in der Fertigung und müssen dem Sonnenstand nachgeführt werden. Daher werden sie kommerziell kaum eingesetzt.
Eine dezentrale, regenerative und wirtschaftliche Alternative zur solaren Trinkwassergewinnung wird auch über Sonnenkollektoren erreicht. Dort wird in einem einstufigen Verfahren ausschließlich über Sonneneinstrahlung jegliche Art von Rohwasser wie Salz-, Brack- oder verseuchtes Süßwasser verdampft und das Destillat unter einer kühleren Glasoberfläche vom Rohwasser getrennt. Dieses Prinzip wird seit vielen Jahren unter anderem in Puerto Rico kommerziell angewendet.
Anwendungen
In vielen Gebieten, in denen aus Meerwasser Trinkwasser gewonnen wird, bzw. der Meerwasserentsalzung ein großes Potenzial zugeschrieben wird (Entwicklungsländer) bietet sich eine Kombination von Entsalzungsanlagen mit erneuerbaren Energien, wie Wind,- und Solarenergie an. So läuft auf Teneriffa seit 1997 eine Meerwasserentsalzungsanlage der Firma Enercon, die mit Windenergie betrieben wird.
Solare und frei skalierbare Trinkwasseraufbereitung mit dezentralen Systemen, die aus fast jedem Rohwasser Trinkwasser gewinnen können, sind ideal einsetzbar nicht nur in Entwicklungsländern, sondern in fast jedem Land wo ausreichend Sonne und ausreichend "Rohwasser" vorhanden ist. Solche Anlagen laufen seit vielen Jahren wartungsfrei u.a. in Puerto Rico und in vielen anderen Ländern.
