- Forschende des MIT und aus China wollen mit einer solar betriebenen passiven Entsalzungsanlage Meerwasser in Trinkwasser verwandeln und dabei die in bisherigen Designs wiederholt auftretende Verstopfung durch Salz vermeiden
- Das neue Gerät erzeugt in einer kleinen Vorrichtung eine Wirbelströmung, die der thermohalinen Zirkulation der Ozeane ähnelt, und gewinnt Süßwasser, indem Sonnenwärme Wasser verdampft und wieder kondensiert
- Das verbleibende Salz sammelt sich nicht im Inneren an, sondern zirkuliert weiter und wird ausgespült; zugleich sind Wasserproduktionsrate und Salzrückhaltung höher als bei anderen derzeit getesteten Konzepten für passive solare Entsalzung
- Auf die Größe eines kleinen Reisekoffers skaliert, könnte das System schätzungsweise etwa 4–6 Liter Trinkwasser pro Stunde erzeugen und über Jahre ohne Ersatzteile funktionieren
- Als vollständig passives System ohne Stromverbrauch könnte es den täglichen Trinkwasserbedarf von netzfernen Küstenregionen oder kleinen Haushalten adressieren
Passive Entsalzungsanlage, die nur mit Sonnenlicht arbeitet
- Forschende des MIT und aus China haben ein vollständig passives Gerät entwickelt, das Meerwasser in Trinkwasser umwandelt
- Das Gerät erwärmt Salzwasser mit natürlichem Sonnenlicht, lässt Wasser verdampfen und kondensiert den Wasserdampf anschließend, um trinkbares Wasser zu sammeln
- Die Ergebnisse wurden im Joule-Paper Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection veröffentlicht
- Wird das System auf die Größe eines kleinen Reisekoffers skaliert, könnte es schätzungsweise etwa 4–6 Liter Trinkwasser pro Stunde produzieren
- Bei dieser Größe und Leistung könnte solar erzeugtes Wasser günstiger werden als Leitungswasser
Thermohaline Zirkulation in einer kleinen Box
- Das neue System ist von der thermohalinen Zirkulation der Ozeane inspiriert
- Im Meer verändern Temperatur- und Salzgehaltsunterschiede die Dichte des Wassers, und diese Unterschiede erzeugen globale Wasserströmungen
- Wenn Meerwasser der Luft ausgesetzt ist, verdampft Sonnenlicht Wasser; das verbleibende Salz erhöht den Salzgehalt, wodurch schwereres Wasser nach unten strömt
- Die Forschenden ahmen dieses Phänomen in einem kleinen Gerät nach und nutzen es zur Salzabfuhr
- Sonnenwärme und die Neigung des Geräts erzeugen im Wasser eine Wirbelströmung; diese bringt Wasser mit der Verdampfungsschicht in Kontakt, während das Salz nicht absinkt, sondern weiter zirkuliert
Grenzen früherer Designs und die aktuelle Verbesserung
- Das frühere Design der Forschenden verwendete mehrstufige Verdampfer und Kondensatoren
- Das auf dem Dach eines MIT-Gebäudes getestete Design nutzte Sonnenenergie effizient für die Wasserverdampfung
- Das verbleibende Salz kristallisierte jedoch innerhalb weniger Tage aus und verstopfte das System
- In realen Umgebungen hätten Nutzer die Stufen häufig austauschen müssen, was die Gesamtkosten deutlich hätte erhöhen können
- Ein nachfolgendes Design ergänzte eine Funktion zur Zirkulation von Wasser und verbleibendem Salz, um Salzablagerungen zu verhindern
- Die Entsalzungsrate war dabei jedoch vergleichsweise niedrig
- Das neueste Design kombiniert beide Ansätze
- Die mehrstufige Struktur aus Verdampfern und Kondensatoren bleibt erhalten
- Innerhalb jeder Stufe wird die Zirkulation von Wasser und Salz verstärkt
- Ziel ist zugleich eine hohe Wasserproduktionsrate und eine hohe Salzrückhaltung
Aufbau und Funktionsweise des Geräts
- Die Kerneinheit ist eine dünne, kastenförmige Einzelstufe
- Oben befindet sich ein dunkles Material, das Sonnenwärme effizient absorbiert
- Das Innere ist in einen oberen und einen unteren Bereich unterteilt
- Die Verdampfungsschicht im oberen Bereich erhitzt das direkt mit Sonnenwärme in Kontakt kommende Wasser und lässt es verdampfen
- Die Kondensationsschicht im unteren Bereich kondensiert den Wasserdampf durch Luftkühlung zu salzfreiem Trinkwasser
- Die Forschenden platzieren die gesamte Box schräg in einem großen leeren Behälter, befestigen ein Rohr, das von der Oberseite der Box zum unteren Bereich des Behälters führt, und lassen den Behälter auf Salzwasser schwimmen
- In dieser Konfiguration steigt Wasser auf natürliche Weise durch das Rohr in die Box; Neigung und Sonnenwärme zusammen erzeugen im Inneren kleine Wirbel
Testergebnisse und Kostenschätzung
- Die Forschenden bauten Prototypen mit 1, 3 und 10 Stufen und testeten deren Leistung mit Wasser unterschiedlicher Salzgehalte
- Zu den Testmedien gehörten natürliches Meerwasser und Wasser, das siebenmal salziger war als Meerwasser
- Auf Basis der Testergebnisse berechneten sie, dass jede Stufe bei einer Skalierung auf 1 Quadratmeter bis zu 5 Liter Trinkwasser pro Stunde produzieren könnte
- Den Berechnungen zufolge könnte das System Wasser über Jahre entsalzen, ohne Salz anzusammeln
- Da es ein vollständig passives System ohne Stromverbrauch und mit langer Lebensdauer ist, schätzen die Forschenden, dass Betriebskosten möglich sind, die unter den Kosten für die Erzeugung von Leitungswasser in den USA liegen
Einsatzmöglichkeiten und externe Bewertung
- Ein skaliertes Gerät könnte passiv genug Trinkwasser erzeugen, um den täglichen Bedarf einer kleinen Familie zu decken
- Es könnte als Wasserquelle für netzferne Küstenregionen mit einfachem Zugang zu Meerwasser dienen
- Guihua Yu von der University of Texas at Austin bewertet den Ansatz als Beitrag zur Entschärfung wichtiger Herausforderungen der Entsalzung und als besonders vorteilhaft für Regionen mit Problemen durch stark salzhaltiges Wasser
- Das modulare Design eignet sich für die Wasserproduktion in Haushalten und kann Skalierbarkeit sowie Anpassungsfähigkeit an individuelle Bedürfnisse bieten
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Ich will diese Innovation nicht kleinreden, aber soweit ich weiß, ist eine der großen offenen Herausforderungen bei der Entsalzung immer noch die Frage, wie man das Abwasser entsorgt, das meist aus hochsaliner Sole besteht
Wenn man es wieder ins Meer leitet, kann das lokale Ökosysteme stören. Dazu gibt es auch einen Artikel in Scientific American: https://www.scientificamerican.com/article/slaking-the-world...
„Überschüssiges Salz senkt den im Wasser gelösten Sauerstoff und erstickt dadurch Lebewesen am Meeresboden“, „es schadet nicht nur Meeresorganismen, sondern extreme Salinität macht die Entsalzung von Wasser auch schwieriger und teurer“
Ich würde es nicht unbedingt als ungelöstes Problem bezeichnen. Der Bau eines Parkplatzes kann ein Ökosystem stärker stören
Die Küste Kaliforniens etwa sollte eigentlich keinen Wassermangel haben, weil es dort reichlich saubere Solar- und Windenergie gibt und Zugang zum gesamten Pazifik zur Entsalzung. Schon wenige Meilen vor der Küste wird das Wasser dort schnell tief. Unter solchen Bedingungen ist es selbst dann schwer, die Salinität des Meerwassers messbar zu verändern, wenn man es absichtlich versuchen würde
Die Lösung sind also Leitungen und Pumpen. Das erhöht die Kosten, aber abgesehen davon ist es ein vollständig lösbares Problem. Auch das Erschöpfen natürlicher Wasserquellen wie Grundwasser und Aquiferen hat erhebliche Auswirkungen. Gut umgesetzte Entsalzung könnte Teilen belasteter Ökosysteme die Chance geben, sich zu erholen
Selbst wenn das mit diesem Verfahren erzeugte Wasser eher destilliertem Wasser nahekommt und die für Trinkwasser nötigen Mineralien fehlen, könnte es, wenn es billig und skalierbar genug ist, für Indien, die arabischen Staaten und nordafrikanische Länder sinnvoll sein, dieses saubere Wasser in den Boden einzuspeisen und mit den wenigen verbleibenden Süßwasserreserven zu vermischen
Wenn man Systeme mit einer Produktionskapazität von 100 Millionen Litern pro Tag baut und sie ins Inland unter die Erde pumpt, könnte man den Grundwasserspiegel ausreichend auffüllen, während die Erde die nötigen Mineralien von selbst ergänzt
Mit solchem Wasser könnte man auch dort Bäume pflanzen, wo das bisher unmöglich war
Könnte passive Entsalzung eine Möglichkeit sein, lokale Ökosysteme in trockenen Umgebungen so weit anzuschieben, bis sie sich selbst tragen können?
Die Formulierung „billiger als Leitungswasser“ ist verwirrend. Ich bin auf einer Insel mit Entsalzung aufgewachsen, und das war genau unser Leitungswasser
Der erste Titel darf ruhig Klicks fangen. Ich hätte zwar gern besseres Clickbait, aber ich will auch wissen, worum es überhaupt geht. „Unbegrenztes kostenloses Trinkwasser erzeugen!“ => „Salzrückstände aus einem solarthermischen Destillationsgerät entfernen“
Warum gibt es alle drei bis vier Jahre wieder Nachrichten über eine neue und billigere Entsalzungserfindung?
Die meisten Länder beginnen inzwischen, sich mit starkem Wasserstress auseinanderzusetzen. Besonders, weil die Jahreszeiten den früheren Mustern nicht mehr zuverlässig folgen. Plötzliche Dürren können nahezu die gesamte Wasserversorgung lahmlegen, und übermäßiges Abpumpen von Grundwasser führt zu Bodensenkungen. Man denke an die zufälligen Sinklöcher in China, die durch Bodensenkungen entstehen
Moderne Wasserentsalzung ist noch relativ neu und hat technologisch viel Raum für Weiterentwicklung. Auch aus Patentsicht ist das Feld attraktiv, und ein Markt dafür ist immer vorhanden
Nestle Strawman Inc. hat dieses Patent gerade gekauft. Ich wünschte, es gäbe mehr Länder, die Verstöße gegen geistiges Eigentum zulassen, damit technischer Fortschritt florieren kann
Den abgelagerten Salzen einfach abspülen? Meersalz wird für etwa 3 Dollar pro Pfund verkauft
Diese Nachfrage ist ziemlich begrenzt. Wie viel mehr Salz würde man denn verbrauchen, nur weil man es für 1,50 Dollar pro Pfund kaufen kann?
Was dieses Gerät dagegen produziert, ist „konzentriertes Meerwasser“. Darin ist alles enthalten, was auch im ursprünglichen Meerwasser war: Algen, Fischexkremente, Plastikverunreinigungen usw.
Wenn man das als „Black Box“ betrachtet, übernimmt die Sonne als Wärmequelle das Erwärmen des gesamten Wassers. Wenn 10 % des Wassers verdampfen und in einem Speicherbereich kondensieren, wird der Rest gegenüber der bisherigen Salinität von 3,5 % nur um weitere 0,35 % salziger und behält die Wärme
Wenn man 10 % abführt und durch kaltes Meerwasser mit 3,5 % Salinität ersetzt, wobei die Abführung durch einen Gegenstrom-Wärmetauscher läuft, bleibt die gespeicherte Wärme erhalten und die zusätzlich angefallenen 0,35 % Salz verteilen sich als unbedeutender Abfallstrom
Das größte Problem ist, dass sich Algen und schwebende Meeresorganismen bald vermehren und alle Oberflächen zusetzen werden. Wer schon einmal Meer- oder Süßwasseraquarien hatte, weiß, dass das ein Problem ist. Dieses System wird funktionieren, bis das Algenproblem zuschlägt und erst recht die Larven von Muscheln, Miesmuscheln und Seepocken, die in Meerwasser häufig vorkommen
Weiß jemand, wo man die Originalarbeit oder das Design finden kann?
Das dürfte die Arbeit sein: https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00360-4
Ich würde zuerst nachsehen, ob für dieses System ein Patent angemeldet wurde. Ich kann gerade nicht suchen, aber um auch nur ein wenig an die Erfolgschancen in der realen Welt zu glauben, braucht es als Mindestvoraussetzung Patente und eine Lizenzierung an das zugehörige Startup