Meerwasserentsalzung

Als Meerwasserentsalzung bezeichnet man die Gewinnung von Trinkwasser oder Brauchwasser aus Meerwasser durch die Verringerung des Salzgehaltes. Die Entsalzung kann auf verschiedenen Prozessen beruhen, die Salze und Mineralien aus dem Wasser entfernen. Teilweise fallen dabei verwertbare Nebenprodukte wie Kochsalz an.

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Bedeutung

Der Meerwasserentsalzung wird für die Zukunft eine große Bedeutung zugemessen, da die Versorgung aller Menschen mit sauberem Wasser durch Mangel oder Verschmutzung des vorhandenen Süßwassers immer schwieriger wird. Meerwasserentsalzung wird schon lange auf Schiffen, U-Booten und auf Inseln betrieben. Hier spielen die Kosten keine große Rolle. Zum Funktionieren des Prozesses darf der Grundstoff allerdings nur sehr niedrige Kontamination (z. B. mit Öl) aufweisen, so dass in der Nähe von Hauptschifffahrtsrouten Meerwasserentsalzungen weniger wirtschaftlich arbeiten. Ein Landbrunnen, der den Meerwasserspiegel erreicht, muss dann helfen, das Meerwasser vorzufiltern.

Im Nahen Osten ist diese energieintensive Form der Trinkwassergewinnung weit verbreitet. In den ölreichen Golfstaaten ist sie die Hauptquelle der Trinkwassergewinnung. Überwiegend wird das Trinkwasser durch gas- oder ölbefeuerte Entsalzungsanlagen gewonnen. Auch kombinierte Gas- und Dampfturbinenkraftwerke mit angeschlossener MSF-Entsalzungsanlage (MSF: Multi Stage Flash Evaporation - Mehrstufige Entspannungsverdampfung) kommen häufig zum Einsatz. Auf der deutschen Hochseeinsel Helgoland wird das Trinkwasser durch das Umkehrosmoseverfahren gewonnen.

Eine Zusammenfassung der auf Sonnenenergie beruhenden Verfahren zur Meerwasserentsalzung findet sich im Artikel Solare Meerwasserentsalzungsanlagen.

Etablierte Techniken

Umkehrosmose

Bei der Umkehrosmose (engl. RO (reverse osmosis)) wird die Lösung (Meerwasser) zur Überwindung des osmotischen Druckes unter hohem Druck durch eine semipermeable Membran gepresst. Diese wirkt wie ein Filter und lässt nur bestimmte Ionen und Moleküle durch. Somit erhält man eine Auftrennung der ursprünglichen Lösung. Durch den Membranfilter lassen sich Salze, Bakterien, Viren, Kalk und Gifte wie Schwermetalle zurückhalten.

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 (Präzipitation) in den Membranen verhindert werden muss, ist die Benutzung der Umkehrosmose nur bis zu einer gewissen Maximalkonzentration des Rückflusses sinnvoll. Je nach Salzkonzentration muss aufgrund der hohen Drücke auch in optimalen Anlagen mit einem Energieaufwand zwischen 2 und 3 kWh pro Kubikmeter Trinkwasser gerechnet werden.

Es gibt Überlegungen, den Druck am Fuß von Fallwindkraftwerken zu nutzen, um mit Hilfe der der Umkehrosmose Trinkwasser herzustellen. Der dafür notwendige Druck von ca. 70 bar würde bei wirtschaftlichen (und technisch realisierbaren) Dimensionen des Fallturms von 1200 m Höhe und 400 m Durchmesser erreicht. Besonders die küstennahen Gebiete Nordafrikas und der Golfregion würden sich für solche Projekte eignen. ^[1]

Die Trinkwasseraufbereitungsanlagen können je nach Art der Wasserverunreinigung mit weiteren Vorfiltern ausgestattet werden. Grobstoffe können so bis zu einer Partikelgröße von 20 Mikrometern (entspricht der halben Dicke eines menschlichen Haares) abgetrennt werden. Ein zusätzlicher Aktivkohlefilter scheidet organische Stoffe wie Pflanzenschutzmittel ab. Auch kann eine UV-Bestrahlung nachgeschaltet werden, was eine zusätzliche Sicherheitsstufe gegen Keime darstellt.

Eine weitere Verbesserung der Filtereffektivität wird neuerdings durch den Einsatz von Nanotunneln erreicht.

Mehrstufige Entspannungsverdampfung

Hierbei handelt es sich um ein thermisches Verfahren mit der Abkürzung "MSF" (englisch für Multi Stage Flash Evaporation)

Bei diesem Verfahren wird das zugeführte Meerwasser mit der Abwärme eines Kraftwerkes auf eine Temperatur von 115°C erwärmt. Das im so genannten Brine-Heater 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 (Salzlake) genannt und in einem nachgeschalteten Wärmeübertrager auf die Kondensationstemperatur (~40°C) des Dampfes des zugeführten Frischwassers abgekühlt. Es dient dann anschließend in den Rohrleitungen als Kühlflüssigkeit. Die Rohrleitungen selbst werden kontinuierlich mit Schwammgummikugeln von auskristallisierendem Salz gereinigt. 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 wieder ins Meer zurückgeführt, wodurch örtlich die Lebensgrundlage vieler Meeresbewohner zerstört werden kann.

Großanlagen, wie das in Dubai befindliche GuD-Kraftwerk "Jebel Ali" (25° 03' 20" N, 55° 06' 46" O), können täglich bis zu 500.000 Kubikmeter Trinkwasser aus dem Meerwasser gewinnen. Ähnliche Mengen werden auch von den in der Region vorhandenen Ölkraftwerken erzeugt. Mit erneuerbarer Energie betriebene Entsalzungsanlagen können eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit sein, Trinkwasser hoher Qualität zu gewinnen.

Einzelnachweise

1. ↑ http://physicaplus.org.il/zope/home/en/1124811264/1137833043_en/#a004