Das Meer als schier unerschöpfliche Trinkwasserquelle?
Water, water everywhere.
And not a drop to drink Samuel Taylor Coleridge
(Englischer Dichter)
- Zu 71% ist die Erde mit Wasser bedeckt.
Der größte Teil befindet sich (97,5 Prozent) in unseren Meeren und Ozeanen. - Nur 2,5 Prozent sind Süßwasser und davon ist der größte Teil in Eis gebunden in der Arktis und der Antarktis.
- Es wurde errechnet das gerade einmal 0,3 Prozent des Süßwassers für uns Menschen zugänglich sind.
Meerwasser ist somit die am häufigsten vorkommende Ressource der Erde.
Unglücklicherweise, wie der alte Mariner in Coleridges Gedicht feststellte, kann dieses Wasser nicht getrunken werden.
Was würde passieren, wenn Sie das salzige Meerwasser trinken?
Würde es Ihren Durst stillen? Tatsächlich bewirkt es genau das Gegenteil.
Wenn Sie dieses salzige Wasser trinken, würde es aufgrund von Osmose das Wasser aus Ihren Zellen saugen,
und Sie würden dadurch dehydrieren (und daher noch mehr Durst kriegen).
Wenn Sie zu viel davon trinken würden, könnten Sie sogar sterben.
Könnte Meerwasser unseren Trinkwasserbedarf decken?
Derzeit gibt es aufgrund des Klimawandels schwere Dürren, die große Teile Südeuropas und andere Teile der Welt betreffen.
Hinzu kommt, dass die Weltbevölkerung wächst. Mehr Menschen brauchen mehr Trinkwasser.
So wird geschätzt, dass sich der Wasserverbrauch auf der Erde seit den 1930er Jahren versechsfacht hat.
Wo könnten wir das zusätzliche Wasser bekommen?
Stellen Sie sich vor, wir könnten dieses salzige Meerwasser irgendwie in Trinkwasser umwandeln.
Damit wäre das Problem gelöst.
Schon in der Renaissance spielte Leonardo da Vinci mit dieser Idee. In jüngerer Zeit tat Thomas Jefferson dasselbe.
1961 sagte US-Präsident John F. Kennedy: „Wenn wir jemals wettbewerbsfähig – zu einem billigen Preis – Süßwasser aus Salzwasser gewinnen könnten,
wäre das im langfristigen Interesse der Menschheit und würde wirklich jede andere wissenschaftliche Errungenschaft in den Schatten stellen.“
Der einfachste Weg Meerwasser zu entsalzen
Es gibt eine einfache Möglichkeit, Trinkwasser aus Meerwasser zu gewinnen.
Sie kochen einfach das Meerwasser und sammeln den Dampf in einem anderen Behälter, wo der Dampf zum Kondensieren gebracht wird, wodurch Sie destilliertes Wasser erhalten.
Was aber ist denn dann das Problem? Es sind die Kosten, sowohl in Energie als auch in finanzieller Hinsicht.
Es gibt jedoch eine cleverere Art, die Destillation in mehreren Stufen durchzuführen, die effizienter ist und daher weniger Energie benötigt.
Der Prozess wird Multi-Effekt-Destillation genannt. Dies wurde bereits 1928 auf Curacao, einer Insel in der Karibik, angewandt.
Diese Insel hat kein Grundwasser und bekommt nur spärliche Niederschläge.
Unter Verwendung der reichlich vorhandenen Ölvorräte der Insel zum Erhitzen des Meerwassers wurde der Dampf durch verschiedene Kammern geleitet, die jeweils auf einem etwas niedrigeren Druck gehalten wurden.
Das Wasser, das sich in jeder Kammer sammelte, war weniger salzig als das Wasser in der vorherigen Kammer. Nach ungefähr einem Dutzend Kammern war das Wasser trinkbar geworden.
Trotzdem benötigt dieser Prozess 20 bis 30 kWh Energie pro Kubikmeter (1.000 Liter). Das ist immer noch zu viel.
Nach den erfolgreichen Erfahrungen von Curacao wurden mehrere andere Anlagen mit dieser Technologie an Orten der Erde gebaut, an denen Wasser knapp ist, wie Aruba oder Saudi-Arabien.
Es wurde nach möglichen effizienteren Wegen zur Gewinnung von Trinkwasser geforscht und so wurden andere Techniken entwickelt.
Beispielsweise gibt es eine mehrstufige Entspannungsverdampfung, die der Destillation mit Multi-Effekten ähnelt, mit dem Unterschied,
dass das Wasser in jeder Kammer auf einer Temperatur und einem Druck gehalten wird, die weit über dem Siedepunkt von Wasser liegen. Das ist effizienter.
Mit Umkehrosmose ist es noch besser
Als Folge des technologischen Fortschritts gab es 1953 weltweit etwa 200 Entsalzungsanlagen.
In den 1950er Jahren gab es jedoch einen wichtigen technologischen Durchbruch.
Zwei Wissenschaftler der University of Florida erfanden ein Zelluloseacetat polymer, das in Folien hergestellt werden konnte, die als Membranen für einen Umkehrosmose-Prozess verwendet werden konnten.
Darüber hinaus haben 1963 zwei Doktoranden der University of California in Los Angeles (UCLA), Sidney Loeb und Srinivasa Sourirajan,
eine Verbesserung vorgenommen und eine noch porösere Membran hergestellt, die effizienter für die Umkehrosmose verwendet werden konnte.
Bis 1965 hatten Loeb und seine Mitarbeiter in Coalinga, einer Stadt nordöstlich von Los Angeles, eine Umkehrosmoseanlage in voller Größe implementiert, die 19.000 Liter Grundwasser entsalzen konnte.
Umkehrosmose funktioniert, indem das zu entsalzende Wasser unter Druck gesetzt wird, das dann durch die Membran fließt und nur Wasser passieren lässt,
während auf der anderen Seite das Salz und alle anderen im ursprünglichen Wasser enthaltenen Mineralien wie Salz, Kalzium, Magnesium usw. und auch Chemikalien zurückgehalten werden.
Allerdings kann aus 2 Liter Salzwasser nur etwa 1 Liter leeres Wasser gewonnen werden kann, was bedeutet, dass der verbleibende Liter eine doppelte Salzkonzentration wie das ursprüngliche Wasser hat.
Außerdem muss ein hoher Druck aufgebracht werden, der Energie erfordert.
Die erste Anlage zur Meerwasserentsalzung, die mit Umkehrosmose arbeitet, wurde 1974 in Nagasaki, Japan, gebaut.
Das Experiment war erfolgreich, da es viel effizienter und billiger als die vorherige Technologie war,
und es folgte der Bau weiterer Entsalzungsanlagen im Nahen Osten und auf den Kanarischen Inseln in Spanien.
Während der nächsten zwei Jahrzehnte verbesserten die Forscher die Effizienz dieses Prozesses,
was zu einer Verzehnfachung der Kosten der Membranen führte. Bis 2006 sank der Energiebedarf für diesen Prozess auf rund 2,0 kWh pro Kubikmeter Wasser.
Vergleichen Sie dies mit den 20-30 kWh, die von den vorherigen Prozessen benötigt wurden.
Infolgedessen wurden weltweit Hunderte von Entsalzungsanlagen mit Umkehrosmose gebaut.
Die Mehrheit von ihnen befindet sich im Nahen Osten, hauptsächlich in Saudi-Arabien, wobei das größte Werk das von Sorek in Israel ist.
Andere Länder, wie Australien, haben sich dieser Technologie verschrieben, motiviert durch eine schwere Dürre, die das Land heimgesucht hat.
Der Fall Israel ist besonders wichtig, weil dieses Land massiv in diese Technologie investiert hat, wodurch die Kosten gesenkt werden konnten.
So kostet beispielsweise das von der Sorek-Anlage produzierte Wasser 0,55 $. Das ist sogar billiger als herkömmlich gewonnenes Wasser.
Durch Umkehrosmose gewonnenes Wasser ist in anderen Ländern wie Australien doppelt so teuer wie das in Israel.
Möglich ist auch, dass die Umkehrosmose-Entsalzung durch Weiterentwicklungen, wie den Einsatz von Graphen oder
Carbon Nanotubes in den Membranen, noch günstiger und effizienter wird.
