Die schier unendliche Trinkwasserressource aus dem Meer war bisher zumeist nur mit Hilfe großtechnischer Meerwasserentsalzungsanlagen und aufwändiger Leitungsnetze zugänglich. Immer häufiger werden solarbetriebe und dezentral arbeitende Anlagen und Module vorgestellt. Ein derartiges System, das auf einer mehrstufigen Solardestillation basiert, haben MIT-Ingenieure entwickelt. Da die Forscher aus den USA und China natürliche Prozesse nutzbar machen und so die Wartungs- und Energiekosten minimieren, soll eine nachhaltige Versorgung mit Trinkwasser zu sehr geringen Kosten möglich werden. Mit den System soll der tägliche Trinkwasserbedarf von Familien gedeckt werden können, und das zu Kosten, die – so die Forscher – auf dem Niveau der konventionellen Trinkwasseraufbereitung in den USA liegen.
„Mit einer hohen Süßwasserproduktion und einer extremen Salzbeständigkeit reduziert unser Gerät die Wasserproduktionskosten erheblich und ebnet den Weg zur praktischen Einführung der passiven Solarentsalzung für eine nachhaltige Wasserwirtschaft“, sagt Lenan Zhang, ein Forschungswissenschaftler im Device Research Laboratory des MIT.
Nutzung natürlicher Prozesse senkt Kosten
Die im Fachmagazin JOULE publizierten (open access) Ergebnisse geben Einblicke in das Design für das neuartige Solarentsalzungssystem. Demnach wird das Salzwasser aufgenommen und mit natürlichem Sonnenlicht erhitzt. Anschließend wird es in Wirbeln zirkuliert, ähnlich der viel größeren „thermohalinischen“ Zirkulation des Ozeans. Diese Zirkulation, kombiniert mit der Sonnenwärme, treibt das Salzwasser zum Verdampfen und hinterlässt Salz. Der resultierende Wasserdampf kann dann in kondensierter Form als reines, trinkbares Wasser erfasst werden. In der Zwischenzeit zirkuliert das übrig gebliebene Salz weiterhin durch und wird aus dem Gerät herausgeführt, anstatt sich wie in anderen Lösungen im System anzusammeln und dieses zu verstopfen. So wird eine höhere Wasserproduktionsrate und eine höhere Salzabstoßungsrate erreicht, als alle anderen bisher entwickelten passiven Solarentsalzungskonzepte, berichten die Forscher. Sie schätzen, dass das auf die Größe eines kleinen Koffers skalierte System etwa vier bis sechs Liter Trinkwasser pro Stunde produzieren kann. Wegen der Salzausleitung könnte es mehrere Jahre halten, bevor Ersatzteile benötigt werden. Bei dieser Größenordnung und Leistung soll Trinkwasser aus Meerwasserentsalzung in der dezentralen Versorgung erschwinglicher werden. „Zum ersten Mal ist es möglich, dass Wasser, das durch Sonnenlicht produziert wird, noch billiger ist als Leitungswasser„, stellt Zhang als wirtschaftlichen Vorteil in Aussicht.
Trinkwasser für benachteiligte Regionen
Das Problem vieler Regionen ohne terrestrische Wasserressourcen wie Flüsse oder Quellen sind neben den aus Sicht der Regierungen als zu hoch angesehenen Kosten der Versorgung aus zentralen Anlagen, die fehlenden Leitungsnetze einschließlich der fehlenden Pumpen für den Transport des produzierten Trinkwassers sowie deren Störanfälligkeit und ihr Strombedarf. Für diese Konstellation könnten dezentrale Anlagen wie das von Zhang und sein Kollegium eine Alternative bieten. Das Team erwartet, dass ein entsprechend skaliertes Gerät passiv genug Trinkwasser produzieren könnte, um den täglichen Anforderungen einer kleinen Familie gerecht zu werden. So könnte das System auch netzunabhängige Küstengemeinden versorgen, in denen das Meerwasser quasi „vor der Haustür“ leicht zugänglich ist, die aber von der zentralen Versorgungsinfrastruktur abgeschnitten sind – oder deren Versorgung die Regierung keine Bedeutung beimisst.
Zu Zhangs Studien-Co-Autoren gehören die der MIT-Absolventen Yang Zhong und Evelyn Wang, die Ford-Professorin für Ingenieurwissenschaften, sowie Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang und Zhenyuan Xu von der Shanghai Jiao Tong University in China.
Beitragsfoto: Bild von Dean Lewis auf Pixabay
Quellen/Weiterführendes
- Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection Jintong Gao e.a. Published:September 27, 2023DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.08.012
- Die thermohaline Zirkulation des Atlantiks, Welt der Physik
- Chance für Wasserdiplomatie im Mittleren Osten: Israelische Meerwasserentsalzungstechnologie als Lösung?, Bericht von einem Besuch der israelischen Meerwasseranlage in Sorek, LebensraumWasser, 2018
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