Eine klimaneutrale Lösung zur Entsalzung?
Vielleicht indem man die Geothermie nutzt
Wasserknappheit trifft einige Regionen der Welt hart, und mit zunehmenden globalen Temperaturen können mehr Regionen von Dürre betroffen sein.
Schematische Darstellung der Nutzung der Geothermie zur Energieerzeugung und zweier Entsalzungsarten (MED und AD). Rote Linien zeigen heißes Wasser an, während blaue Linien gekühltes Wasser sind. Am Ende des Prozesses würde destilliertes Wasser für die Verbraucher und die Aquiferlagerung zur Verfügung stehen, und das gekühlte Wasser könnte zur Klimatisierung der Anlage verwendet werden. Das gesamte theoretische System ist klimaneutral.
Thomas Missimer
Länder wie Saudi-Arabien sind auf Entsalzungsanlagen angewiesen, um ihren Bewohnern Trinkwasser zur Verfügung zu stellen und 5 Millionen Kubikmeter entsalztes Wasser pro Tag zu produzieren. Das Verfahren erfordert einen hohen Energieaufwand, der die Nutzung des Prozesses in vielen Teilen der Welt einschränken kann.
Forscher haben daran gearbeitet, erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind zu nutzen, um Entsalzungsanlagen zu betreiben und den Bedarf an traditionellen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Verfahren zu reduzieren. Neue Forschungen stellen nun eine ungenutzte Ressource für die Entsalzung dar: die Geothermie.
"Wir suchen in der ganzen Welt nach besseren Methoden, kohlenstoffarmen Methoden, um Energie zu erzeugen", sagt Thomas Missimer von der Florida Gulf Coast University. "Wir wollen Strom, der im Grundlastbereich erzeugt wird - also 24 Stunden am Tag ohne Unterbrechung. Geothermie ist eine dieser Arten von Energien."
Missimer sagt, dass die Geothermie Energie auf zwei Arten liefert: nasses Gestein und trockenes Gestein. Feuchtgebiete wie Island nutzen das heiße Wasser aus der Tiefe der Erde, um die Energie für den Turbinenantrieb und die Energieerzeugung bereitzustellen. Aber diese Art von Erdwärme ist selten.
Andererseits ist das geothermische Potenzial an Trockengestein weltweit weiter verbreitet. Missimer schlägt vor, diese Gebiete - Regionen wie Südkalifornien, Nordafrika und die Region des Roten Meeres - zur Erwärmung von Wasser zu nutzen, das zur Energieerzeugung genutzt werden kann.
Trockengesteinsgeothermie wird derzeit in Teilen der Welt zur Energieerzeugung eingesetzt, aber Missimer sagt, dass die Wärme effizienter genutzt werden kann, insbesondere bei der Entsalzung. Einzelheiten der neuen Forschung zum Bau eines "Geothermie-Wasser-Campus" werden auf dem Jahrestreffen der Geological Society of America 2018 in Indianapolis, Indiana, vorgestellt.
Normalerweise wird geothermisch erwärmtes Wasser aus dem Boden in Dampf umgewandelt, der eine Turbine antreibt, um Strom zu erzeugen, dann wird das erwärmte Wasser in die Atmosphäre entlüftet, während es noch heiß ist - in den meisten Fällen noch über 100 Grad Celcius. Anstatt zu entlüften, will das Team diesen heißen Dampf in ihren Entsalzungsprozessen nutzen.
Der erste Entsalzungsprozess ist die mehrstufige Destillation (MED), die heißes Wasser (über 100 Grad Celsius) benötigt, aber der zweite Prozess, die Adsorptionsentsalzung (AD), kann mit kühlerem Wasser betrieben werden, sagt Missimer. Während sich der Dampf durch das System bewegt und abkühlt, ist er weiterhin wirksam für die Entsalzung. "Jetzt haben Sie ein effizientes System, in dem Sie die latente Wärme, die Sie im Boden gespeichert haben, durch drei Prozesse erhalten haben: Turbinenstromerzeugung, MED und AD."
Am Ende des Entsalzungsprozesses sagt Missimer, dass destilliertes Wasser und Kaltwasser (aus dem AD-Prozess) die Endprodukte sind. Während das destillierte Wasser verbraucht werden kann, wird sogar das gekühlte Wasser wiederverwendet - das kühle Wasser kann durch die Anlage recycelt werden, um bei der Klimatisierung zu helfen.
Schließlich schlagen die Forscher vor, überschüssiges Wasser in Grundwasserleitern für den späteren Gebrauch zu speichern, was laut Missimer ein zukünftiger Energiesparer ist. "Indem du einen Teil dieses überschüssigen Wassers speicherst, kannst du dieses Wasser saisonal nutzen, wenn mehr Wasser benötigt wird, und so die Nachfrageänderungen im System ausgleichen."
Die Vorteile eines solchen Systems sind vielfältig: In der Anlage wird kein Kohlendioxid produziert, da sie vollständig in sich geschlossen ist und nicht mit fossilen Brennstoffen, sondern mit Geothermie betrieben wird. Es hat auch einen wirtschaftlichen Nutzen. "Wenn man sich den Nutzen für den Ort wie Saudi-Arabien ansieht und 6 Millionen Barrel Öl pro Tag spart, bei 100 Dollar pro Barrel - das ist ein blutiges Vermögen", sagt Missimer.
Missimer sagt, dass es noch effektiver ist als ein solarbetriebenes Kraftwerk, weil es 24 Stunden am Tag betrieben werden kann, verglichen mit nur Tageslichtstunden. Er fügt hinzu, dass die Vorteile wirklich mit der Effizienz des Betriebs verbunden sind. "In einer solchen Anlage verbraucht man, wenn sie richtig betrieben wird, keine Ressource", sagt Missimer und fügt hinzu, dass die Wärme weiter fließt und erneuerbar ist.
Im Moment ist die Idee theoretisch und wurde nicht in die Praxis umgesetzt. Aber Missimer fügt hinzu, dass es die einzelnen Teile der Anlage und die Technologie schon eine Weile gibt - sie wurde einfach nicht zu einer Anlage zusammengefasst. "Wir haben gelernt, dass man manchmal keine neue Technologie braucht, um Fortschritte zu machen", sagt er. "Manchmal geht es darum, alte Technologien konstruktiv zusammenzufügen, um einen effizienteren Betrieb zu gewährleisten." Er und seine Kollegen hoffen, ihre Ideen zur klimaneutralen Entsalzung in naher Zukunft in die Praxis umzusetzen.
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