Trinkwassergewinnung 28.09.2023, 07:00 Uhr

Neues solares Entsalzungssystem mit erstaunlichen Ergebnissen

Ein internationales Forschungsteam verwandelt Meerwasser in Trinkwasser. Der Clou: Das Gerät arbeitet vollständig passiv und wird allein von der Sonne angetrieben. Das Gerät soll eine erstaunlich hohe Wasserproduktionsrate haben als alle vergleichbaren Konzepte, die derzeit getestet werden.

Prototyp

Der Testlauf des Prototyps war erfolgreich.

Foto: Jintong Gao and Zhenyuan Xu/MIT

Trinkwasser ist ein wertvolles Gut, das in manchen Regionen nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Durch den Klimawandel wird sich dieses Problem in einigen Ländern noch verschärfen. Umso wichtiger ist es, vorhandene Ressourcen zu nutzen und beispielsweise effizienter als bisher Meerwasser zu entsalzen. Auf einem besonders erfolgreichen Weg scheint dabei ein amerikanisch-chinesisches Forschungsteam unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) zu sein. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen haben ein völlig passives Gerät entwickelt, das vom Meer inspiriert ist und von der Sonne angetrieben wird. Es zieht das Salz aus dem Meerwasser und verwandelt es so höchst effizient in Trinkwasser.

Solares Entsalzungssystem mit hoher Wasserproduktionsrate

Vereinfacht erklärt, nimmt das neue solare Entsalzungssystems das Salzwasser auf und erwärmt es mit natürlichem Sonnenlicht. Die Konfiguration des Geräts ermöglicht es dem Wasser, in Wirbeln zu zirkulieren, angelehnt an die thermohaline Zirkulation der Ozeane. Damit sind die Meeresströmungen gemeint, die vier der fünf Ozeane zu einem großen Kreislauf miteinander verbinden. In dem solaren Entsalzungsgerät sorgt die Zirkulation in Verbindung mit der Sonnenwärme dafür, dass das Meerwasser verdampft und Salz zurückbleibt. Der Wasserdampf kondensiert und wird als Trinkwasser aufgefangen. In der Zwischenzeit zirkuliert das restliche Salz weiter durch das Gerät und aus ihm heraus, anstatt sich anzusammeln und das System zu verstopfen.

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Nach Aussage der Forschenden hat dieses neue System eine höhere Wasserproduktionsrate und eine höhere Salzabweisungsrate als alle anderen passiven solaren Entsalzungskonzepte, die der Fachwelt derzeit bekannt sind.

Technik ist skalierbar

Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen schätzen, dass schon ein Entsalzungsgerät in der Größe eines Koffers vier bis sechs Liter Trinkwasser pro Stunde produzieren und mehrere Jahre halten könnte, bevor Ersatzteile benötigt werden. Sollte dieses Konzept auch im großen Maßstab funktionieren, könnte das System zu extrem günstigen Kosten arbeiten – das produzierte Wasser wäre am Ende billiger als das heutige Leitungswasser.

Das Team stellt sich vor, dass ein Gerät in entsprechender Größe genug Trinkwasser für den täglichen Bedarf einer kleinen Familie produzieren könnte. Das System könnte auch netzferne Gemeinden an der Küste versorgen, wo Meerwasser leicht zugänglich ist.

Frühere Forschungsarbeiten als Grundlage

Das neue System verbessert einen bekannten Ansatz, der durch die gleiche Forschungszusammenarbeit entstanden war: ein ähnliches Konzept mit mehreren Schichten, sogenannten Stufen. Jede Stufe enthielt einen Verdampfer und einen Kondensator, die die Sonnenwärme nutzten, um das Salz passiv vom einströmenden Wasser zu trennen. Diese Konstruktion, die das Team auf dem Dach eines MIT-Gebäudes testete, wandelte die Sonnenenergie effizient in verdampfendes Wasser um, das dann zu trinkbarem Wasser kondensiert wurde. Das übrig gebliebene Salz sammelte sich jedoch schnell als Kristalle an, die das System nach ein paar Tagen verstopften. In einer realen Umgebung müsste der Benutzer häufig Stufen aufstellen, was die Gesamtkosten des Systems erheblich erhöhen würde.

Details des solaren Entsalzungssystems

Das Herzstück der neuen Konstruktion des Teams ist eine einzelne Stufe, die einem dünnen Kasten ähnelt und mit einem dunklen Material bedeckt ist, das die Sonnenwärme effizient absorbiert. Im Inneren ist der Kasten in einen oberen und in einen unteren Bereich unterteilt. Wasser kann durch die obere Hälfte fließen, wo die Decke mit einer Verdampferschicht ausgekleidet ist, die die Sonnenwärme zur Erwärmung und Verdampfung des Wassers in direktem Kontakt nutzt.

Der Wasserdampf wird dann in die untere Hälfte des Kastens geleitet, wo eine Kondensationsschicht den Dampf zu einer salzfreien, trinkbaren Flüssigkeit abkühlt. Die Forschenden stellten die gesamte Box schräg in ein größeres, leeres Gefäß, befestigten dann ein Rohr von der oberen Hälfte der Box nach unten durch den Boden des Gefäßes und ließen das Gefäß in Salzwasser schwimmen.

In dieser Konfiguration kann das Wasser auf natürliche Weise durch das Rohr nach oben und in den Behälter gelangen, wo die Neigung des Behälters in Verbindung mit der Wärmeenergie der Sonne das Wasser beim Durchfließen verwirbeln lässt. Die kleinen Wirbel tragen dazu bei, dass das Wasser mit der oberen Verdunstungsschicht in Kontakt kommt und das Salz zirkuliert, anstatt sich abzusetzen und zu verstopfen. Weitere Praxistests sollen nun die Tauglichkeit des neuen solaren Entsalzungssystems unter Beweis stellen.

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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