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Wasser scheint es auf der Erde im
Überfluss zu geben. Doch nur 0,3% der gesamten Wassermenge der
Erde können als sauberes Trinkwasser verwendet werden. Der Mensch
benötigt täglich große Mengen und entnimmt es für
unzählige Anwendungen der Natur. Aufgrund der begrenzten
Verfügbarkeit von Trinkwasser stellt Meerwasser eine bedeutende
Trinkwasserquelle dar. Um dieses Wasser nutzen zu können,
muß es entsalzt werden. Die Meerwasserentsalzung ist somit eine
wesentliche Aufgabe, vor der die westliche Zivilisation steht.
Die ursprüngliche Methode der Meerwasserentsalzung ist die Destillation.
Pro t Trinkwasser benötigt man ca. 620 kWh Verdampfungsenthalpie.
In technischen Anlagen wird ein vielstufiger Entspannungsverdampfer (MSF multiple stage flash evaporator) eingesetzt, der ca. 100 kWh/t (2 bar Heißdampf) und 3,5 kWh/t el. Energie für Pumpen benötigt.
Membranverfahren
Membranverfahren ermöglichen das Entsalzen ohne eine
Phasenumwandlung von Wasser (verdampfen oder ausfrieren). Dadurch
entfällt der Energieeintrag für die Phasenumwandlung und
öffnet den Weg zu energieeffizienten Entsalzungsverfahren.
Um Meerwasser zu entsalzen, muß eine Energie von ca 1,7 kWh / t
Meerwasser aufgewendet werden. Dies ist die entropische
Energiedifferenz für das Aufkonzentrieren von Meerwasser. Jene
Energie übrigens, die bei dem umgekehrten Mischvorgang auch frei
wird und die man in den Umkehr-Verfahren (Osmoseverfahren und
Umkehr-Elektrodialyse) als Energiepool ausnutzt.
Um entsalztes Wasser zu gewinnen, kann man prinzipiell entweder das
Wasser durch die Membran drücken (Umkehrosmose) oder das Salz
über die Ionenaustauschermembranen entfernen (Elektrodialyse), wie
in dem folgenden Bild dargestellt:
Umkehrosmoseanlagen (reverse osmosis, RO) benötigen zur Produktion von Trinkwasser mit Gesamtsalzgehalt von
weniger als 500 ppm einstufig aus Meerwasser (3,7 % Gesamtsalz)
ca 2,5 kWh/t
elektrische Energie für die Pumpen. Dies gelingt durch
Fortschritte bei den Membranen und vor allem durch
Druck-Rückgewinnung. In kleineren Anlagen kann der Pumpdruck nicht
rückgewonnen werden. Dann muss man mit einem Verbrauch von 20 bis 40 kWh / t Wasser rechnen.
Demgegenüber ist die Triebkraft bei der Elektrodialyse mit Ionenaustauschermembranen
der elektrische Strom, der die Ionen des zu entsalzenden Wassers aus
diesem entfernt. Da der benötigte Strom dem Salzgehalt
proportional ist, lässt sich ein spezifischer Energiebedarf nicht
genau angeben. Bei niedrigen Salzgehalten wie z.B. beim Brackwasser oder
bei salzhaltigen Quellen (stark ausgebeutete
Süßwasserquellen in Meeresnähe) ist das Verfahren daher
wesentlich günstiger (Energiebedarf 1 - 5 kWh/t) als bei stark salzhaltigem Wasser (Energiebedarf bis 10 - 20 kWh/t).
Die Elektrodialyse ist bei
relativ geringen Salzgehalten gegenüber der RO
konkurrenzfähig. Um sich für die eine oder andere Technik zu
entscheiden, müssen jedoch die unten diskutierten Unterschiede der
Verfahren abgewägt werden.
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