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Wissenschaft im Alltag: Handikap in der Wüste

Immer mehr Länder des Wüstengürtels der Erde gewinnen Frischwasser aus dem Meer, als Lebensmittel, zur Bewässerung von Feldern und Golfplätzen.
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Meist gut gefüllte Talsperren und reichlich Niederschläge lassen uns vergessen, dass frisches Wasser in manchen Weltregionen ein knappes Gut darstellt. Zum Internationalen Weltwassertag am 22. März 2008 mahnte die Bundesregierung, dass 1,1 Milliarden Menschen keinen sicheren Zugang zu Trinkwasser haben, 2,4 Milliarden nicht über ausreichende sanitäre Einrichtungen verfügen. Staaten in den Wüstenzonen der Erde ringen um den Zugang zu Seen und Flüssen, fördern zudem so genanntes "fossiles Wasser", das in feuchteren Klimaphasen im Untergrund gespeichert wurde und in einigen Jahrzehnten verbraucht sein dürfte.

Küstenstaaten haben eine Option, die mehr und mehr an Bedeutung gewinnt: die Meerwasserentsalzung. Derzeit werden etwa 35 Milliarden Liter Trinkwasser pro Tag so gewonnen. Die meisten der etwa 10 000 Anlagen arbeiten im Mittleren Osten und in der Karibik. Trinkwasserknappheit einerseits, preiswertere Entsalzungstechniken andererseits lassen das Interesse aber weltweit wachsen; der amerikanische Bundesstaat Kalifornien plant beispielsweise etwa zwanzig neue Anlagen.

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Mehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF) | Kaltes Meerwasser wird fast bis zum Sieden erhitzt, meist durch Prozessdampf aus einem Kraftwerk. Strömt es in einen Behälter mit leichtem Unterdruck, beginnt es schlagartig zu kochen (daher die englische Bezeichnung flash evaporation) und verdampft teilweise. Dieser Schritt wird vier- bis vierzigmal mit schrittweise sinkendem Druck wiederholt. Der Dampf kondensiert an Rohren, die zufließendes Meerwasser kühlt. Umgekehrt erwärmt sich dieses dadurch, der Wirkungsgrad der Anlage steigt.
In einem Liter Meerwasser sind im Durchschnitt 35 Gramm Salze gelöst, Trinkwasser sollte aber nicht mehr als 0,5 Gramm pro Liter enthalten. Mehr als die Hälfte der Anlagen destilliert das Meerwasser, etwa drei Viertel nutzen die "mehrstufige Entspannungsverdampfung" (Multi Stage Flash Evaporation, MSF), die Wärmezufuhr und schrittweise Druckminderung kombiniert. Kraftwerke auf der arabischen Halbinsel sind meist mit einer solchen MSF-Anlage kombiniert – Dampf, der die Strom erzeugende Turbinen antreibt, erwärmt anschließend das Meerwasser. Die größte Fabrik dieser Art, Al-Jurabai in Saudi-Arabien, erzeugt mehr als eine Milliarde Liter Trinkwasser pro Tag.

Etwa die Hälfte der Produktionskosten entfällt dabei auf die zur Verdampfung notwendige Energie. Das macht die Umkehrosmose als Alternative zu MSF interessant. Sie filtert Salze mittels Membranen heraus, benötigt also nur Strom für Pumpen. Das Verfahren wurde in den 1990er Jahren konkurrenzfähig, als die Preise für die Membranen sanken und ihre Betriebsdauer auf zwei bis vier Jahre stieg. Filter müssen bei der Umkehrosmose im Vorfeld Schmutzpartikel von der Membran fernhalten und so ein Verstopfen ihrer Poren verhindern. Das ist vor allem dann erforderlich, wenn Brackwasser aufbereitet werden soll (Fluss- oder Meerwasser mit einem Salzgehalt zwischen 0,5 und etwa 15 Gramm pro Liter). Mikroorganismen und unlösliche Salze würden sich sonst anlagern und ihre Funktion beeinträchtigen.

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Umkehrosmose | Bei der normalen Osmose dringt Wasser aus einer salzärmeren Lösung durch eine Membran in eine salzreiche, um das Konzentrationsgefälle auszugleichen. Bei der Umkehrosmose drücken Pumpen Wassermoleküle hingegen aus einer salzreichen in eine salzärmere Lösung, erhöhen also das Gefälle. Um eine möglichst große Oberfläche zu erhalten, werden Lagen der Membran aufgewickelt.
Beide Verfahren könnten in sonnenreichen Ländern mit Strom erzeugenden Solaranlagen kombiniert werden. Fotovoltaische Halbleiterelemente wandeln die Energie des Sonnenlichts direkt um, solarthermische Anlagen heizen zunächst ein Medium auf, das dann Turbinen antreibt. Im letzteren Fall wäre aber wieder Prozesswärme für die MSF nutzbar. Darüber hinaus gibt es Konzepte insbesondere für strukturschwache Regionen der Dritten Welt, Meerwasser möglichst einfach mittels Sonnenenergie zu entsalzen. Dafür genügt ein Gewächshaus, darin ein Becken; Wasser verdunstet, kondensiert an den Glasflächen und läuft dann in eine Rinne ab. Der Ertrag pro Quadratmeter ist allerdings gering. Raffiniertere Methoden arbeiten mehrstufig und nutzen die bei der Kondensation frei werdende Wärme zur Aufheizung, doch mit der Komplexität wachsen auch Anlagenpreis und Wartungsaufwand.



Wussten Sie schon?

  • Wasser bedeckt 72 Prozent der Erdoberfläche, doch nur drei Prozent davon sind Frischwasser.

  • Der Mensch nimmt im Mittel pro Tag 1,5 bis 2,5 Liter Trinkwasser zu sich. Etwa jedem sechsten steht kein sauberes Wasser in ausreichender Menge zur Verfügung.

  • Gut zwanzig Liter Frischwasser gehen beim Duschen pro Minute verloren, etwa zehn Liter und mehr verbraucht ein Toilettenspülgang. Um ein Kilogramm Weizen zu gewinnen, werden 1500 Liter Wasser benötigt, für ein Kilogramm Rindfleisch in Stallhaltung das Zehnfache. Die Bewässerung eines Golfplatzes im Emirat Dubai verschlingt gar fünf Millionen Liter pro Tag.

  • Destilliertes Wasser ist ungesund: Durch den osmotischen Druck würden Körperzellen zerstört werden. Deshalb muss thermisch aufbereitetem Meerwasser wieder Salz aus dem Rückstand beigemischt werden.

  • Der World Wildlife Fund (WWF) kritisiert die bis 2015 geplante weltweite Verdopplung der Meerwasserentsalzungskapazitäten als Scheinlösung. Sofern die notwendige Energie mit konventioneller Kraftwerkstechnik gewonnen wird, würden die Entsalzungsanlagen zum Klimawandel beitragen. Gelangt der konzentrierte Rückstand wieder ins Meer, ändere sich der Salzgehalt in Küstennähe mit entsprechenden Auswirkungen für die Ökosysteme.
  • 10.05.2008

    Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10.05.2008

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