- Die Carlsbad Desalination Plant nahe San Diego produziert täglich etwa 50 Millionen Gallonen bzw. 23.000㎥ Süßwasser und deckt damit rund 10 % des regionalen Süßwasserbedarfs, doch die weltweit mehr als 18.000 Entsalzungsanlagen liefern zusammen weniger als 1 % des globalen Wasserbedarfs
- Meerwasser enthält normalerweise etwa 35 g Salz pro Liter; um den trinkbaren Bereich von unter 1 ‰ oder die Süßwasser-Obergrenze von 500 ppm zu erreichen, müssen mehr als 98 % des Salzgehalts entfernt werden
- Destillation ist im Prinzip einfach, doch im Experiment brauchte sie für 200 ml Produktion rund 2 Stunden und 1 kWh; moderne Anlagen steigern die thermische Effizienz mit Abwärme, mehrstufiger Verdampfung und Unterdruck
- Bei der Umkehrosmose (RO) wird Wasser mit hohem Druck, etwa 600 psi, durch eine Membran gepresst; ein Versuchsaufbau benötigte für 1 Liter etwa 5 Minuten und 1.200 W, doch moderne RO-Anlagen können das auf 1–2 kWh pro 1㎥ senken
- Die tatsächlichen Kosten werden oft durch Vorbehandlung, Reinigung und Austausch von Membranen bzw. Verdampfern, Nachbehandlung, Soleentsorgung, Strompreise sowie technische, rechtliche, politische und Umweltrisiken so stark erhöht, dass sie gegenüber anderen Wasserquellen schwer zu rechtfertigen sind
Grundlegende Kennzahlen der Entsalzung
- Die Carlsbad Desalination Plant nahe San Diego in Kalifornien entnimmt Wasser direkt aus dem Meer und produziert täglich etwa 50 Millionen Gallonen bzw. 23.000㎥ Süßwasser
- Diese Menge entspricht etwa 10 % des regionalen Süßwasserangebots
- Weltweit sind mehr als 18.000 Entsalzungsanlagen in Betrieb, doch sie liefern zusammen weniger als 1 % des globalen Wasserbedarfs
- Entsalzungsanlagen verbrauchen ein Viertel des gesamten Energieeinsatzes der Wasserindustrie
- Der Salzgehalt von Meerwasser variiert je nach Region und Jahreszeit leicht, enthält aber gewöhnlich etwa 35 g gelöste Salze pro Liter
- Das entspricht 35 ‰, also 35 parts per thousand
- Medizinische Kochsalzlösung liegt bei etwa 9 ‰ und ist nahezu isotonic mit Blut, schmeckt aber trotzdem nicht angenehm zum Trinken
- Die World Health Organization geht davon aus, dass gelöste Feststoffe oberhalb von 1 ‰ für Verbraucher im Allgemeinen schwer akzeptabel sind
- Die übliche Obergrenze für Süßwasser liegt bei 500 ppm bzw. 0,5 ‰; dabei geht es nicht nur um Salz, sondern um alle gelösten Feststoffe zusammen
- Um Meerwasser auf Trinkwasserniveau zu bringen, müssen mehr als 98 % des Salzgehalts entfernt werden
Destillation ist einfach, scheitert aber an Energiebedarf und Skalierung
- Destillation ist die älteste und anschaulichste Form der Entsalzung: Das Salz bleibt zurück, Wasser wird erhitzt, zu Dampf und anschließend wieder kondensiert
- Im Versuchsaufbau wurde selbst hergestelltes Meerwasser in einen Kolben gefüllt, mit einer hot plate erhitzt und der Dampf mithilfe zirkulierenden Kühlwassers wieder verflüssigt
- Das Ergebnis enthielt nur wenige ppm gelöste Feststoffe, doch für 200 ml wurden etwa 2 Stunden und rund 1 kWh Strom benötigt
- Wenn man den täglichen Wasserverbrauch eines US-Haushalts grob mit 300 Gallonen bzw. 1.100 Litern ansetzt, müsste man einen Versuchsaufbau mit derselben Effizienz etwa um das 500-Fache vergrößern
- In diesem Fall wären pro Tag etwa 6.000 kWh nötig
- Beim durchschnittlichen US-Haushaltsstrompreis entspräche das etwa 800 US-Dollar pro Tag
- Moderne Destillationsanlagen sind deutlich effizienter konstruiert als ein Laborexperiment
- Sie werden teils zusammen mit Kohle- oder Gaskraftwerken betrieben, um Abwärme zu nutzen
- Die bei der Kondensation freiwerdende Wärme wird wiederverwendet
- Mehrere Stufen sorgen dafür, dass Flüssigkeit effizienter verdampft
- Pumpen senken den Druck, um Verdampfung mechanisch zu unterstützen
- Bei der Destillation tritt außerdem das Problem der Verkalkung bzw. Belagsbildung (scale) auf
- Wenn nach dem Verdampfen des Wassers Salzablagerungen zurückbleiben, wird die Wärmeübertragung schlechter und die Effizienz sinkt
- Diese Ablagerungen müssen regelmäßig entfernt werden
- Ein flash evaporator leitet den Flüssigkeitsstrom durch ein Expansionsventil und bewirkt Verdampfung bei Temperaturen unterhalb des normalen Siedepunkts, wodurch sich weniger Belag bildet
- Das ist seit Jahrzehnten ein zentrales Gerät in destillativen Entsalzungsanlagen, auch im Nahen Osten, und liefert dort zuverlässig Süßwasser
Umkehrosmose ist effizienter, aber Druck und Membranpflege sind entscheidend
- Bei der Umkehrosmose (reverse osmosis, RO) wird das natürliche osmotische Diffusionsverhalten über eine Membran hinweg durch Druck in die entgegengesetzte Richtung erzwungen
- Die im Experiment verwendete Meerwassermembran war spiralförmig aufgewickelt und bot dadurch in einem kleinen Paket eine große Oberfläche
- Sie ähnelt einem Filter, der Wasser durchlässt und gelöste Feststoffe zurückhält, arbeitet jedoch in deutlich kleinerem Maßstab
- Die meisten modernen Entsalzungsanlagen nutzen RO als primäres Trennverfahren
- Im Allgemeinen ist es viel effizienter als thermische Destillation
- Dennoch benötigt es deutlich mehr Energie als gewöhnliche Rohwasseraufbereitung
- Der Versuchsaufbau arbeitete mit etwa 600 psi, also ungefähr dem 40-Fachen des normalen Atmosphärendrucks
- Selbst kleine RO-Systeme verwenden Hochdruckpumpen für Dauerbetrieb
- Im Experiment wurde statt einer spezialisierten Pumpe ein günstiger Hochdruckreiniger verwendet
- Bei RO passiert nicht das gesamte Zulaufwasser die Membran
- Der größte Teil strömt an der Membran vorbei und wird als noch salzigere Sole (brine) abgeleitet
- Das Wasser, das die Membran durchdringt, heißt Permeat und tritt in der Mitte des Gehäuses aus
- Schließt man das Soleventil, steigt der Druck im Gehäuse und der Permeatstrom nimmt zu; ohne ausreichend Wasser zum Ausspülen des Salzes verschmutzt jedoch die Membran
- Membranen erreichen ihre optimale Leistung meist erst, wenn mehrere Stunden lang Wasser durch sie strömt
- Der im Experiment genutzte Hochdruckreiniger ließ sich so lange nur schwer betreiben
- Nach etwa 30 Minuten hatte das gewonnene Wasser einen Gehalt gelöster Feststoffe von 1–2 ‰ und war damit kein hochwertiges Trinkwasser, aber noch trinkbar
- Im Experiment lag die kombinierte Leistung aus Booster-Pumpe und Hochdruckreiniger bei etwa 1.200 W, und für 1 Liter wurden rund 5 Minuten benötigt
- Um 300 Gallonen pro Tag zu erzeugen, müssten vier Hochdruckreiniger dauerhaft laufen
- Dafür wären mehr als 100 kWh pro Tag nötig; die Kosten lägen bei etwa 15 US-Dollar pro Tag bzw. über 5.000 US-Dollar pro Jahr
- Moderne RO-Anlagen verwenden große hochwertige Membranracks, hocheffiziente Pumpen und Energierückgewinnung aus der Sole
- Der Versuchsaufbau benötigte etwa 100 kWh, um 1㎥ Meerwasser bzw. 264 Gallonen zu verarbeiten
- Moderne RO-Anlagen schaffen dieselbe Menge mit 1–2 kWh
Die tatsächlichen Kosten steigen außerhalb des Trennprozesses
- Reale Meerwasserentsalzungsanlagen starten nicht wie im Experiment mit Leitungswasser, sondern behandeln unbehandeltes Meerwasser, das neben Salz auch Erde, Algen, organisches Material und andere Verunreinigungen enthält
- Diese Bestandteile können Verdampfer oder Membranen verschmutzen oder beschädigen, daher führen alle Entsalzungsanlagen zunächst eine Vorbehandlung durch
- Dazu gehören Chemikalienzugabe und Wartungskosten für Filter
- Diese Kosten und dieser Energiebedarf fallen bereits vor der Salztrennung an
- Selbst bei guter Vorbehandlung müssen RO-Membranen und Verdampfer regelmäßig abgeschaltet und gereinigt werden
- Mit der Zeit müssen sie auch ersetzt werden
- RO-Permeat oder destilliertes Wasser kann in der Regel nicht direkt an Kunden geliefert werden
- Weil das Wasser zu rein ist, braucht es eine Nachbehandlung mit wieder zugesetzten Mineralien, damit es den von den meisten Menschen bevorzugten Geschmack bekommt
- Außerdem werden Desinfektionsmittel zugesetzt, damit es auf dem Weg durch das Verteilungssystem nicht verunreinigt wird
- Sole (brine) ist der Abfallstrom, in dem sich das aus dem Produktwasser entfernte Salz in einem kleineren Wasservolumen konzentriert
- Moderne Entsalzungsanlagen gewinnen meist etwa die Hälfte des Zulaufwassers zurück
- Daher hat die Sole in der Regel ungefähr den doppelten Salzgehalt von normalem Meerwasser
- Wenn stark salzhaltige Sole direkt ins Meer eingeleitet wird, kann sie Pflanzen und Tiere in Bodennähe ökologisch beeinträchtigen
- Das liegt daran, dass konzentrierte Lösungen meist absinken
- Viele Auslasssysteme nutzen diffuser, um das salzige Wasser schnell zu verdünnen
- Teilweise wird es auch vor der Einleitung mit anderen Wasserströmen wie Kraftwerkskühlwasser oder gereinigtem Abwasser vermischt
- Wenn solche Methoden nicht möglich sind, müssen manche Anlagen die Sole in den Untergrund verpressen, was sehr teuer ist
Wie Entsalzung mit anderen Wasserquellen konkurriert
- Der natürliche Wasserkreislauf destilliert Meerwasser bereits mit Sonnenenergie, transportiert es ins Landesinnere und lässt es dort als Niederschlag wieder auf die Erdoberfläche fallen
- Auch Dämme, Reservoirs, Kanäle, Pumpstationen und Oberflächenwasserentnahmen verursachen hohe Kosten und Umweltauswirkungen, doch bei den enormen Kosten und dem hohen Energiebedarf der Meerwasserentsalzung lassen sich für manche dicht besiedelten Regionen sogar lange Pipelines bauen und betreiben
- Entsalzung wirkt oberflächlich einfach, ist aber in der Summe aus realen Kosten und Komplexität oft schwerer zu rechtfertigen als andere Alternativen
- Ähnlich wie Kernenergie erscheint sie an der Oberfläche einfach, ist in der praktischen Umsetzung aber hochkomplex
- Weil es sich um eine vergleichsweise junge Technologie handelt, sind versteckte technische, rechtliche, politische und ökologische Probleme schwer vorherzusagen
- Wegen des hohen Energiebedarfs koppelt Entsalzung die Wasserkosten stark an die Stromkosten
- Während einer Dürre können die Kosten für Wasserkraft steigen
- Steigen die Energiekosten insgesamt, kann Entsalzung genau dann unwirtschaftlicher werden, wenn sie am dringendsten gebraucht wird
- In Regionen mit großer Bevölkerung und akutem Wassermangel kann Entsalzung dennoch eine praktikable Lösung sein
- Die größten Anlagen stehen in Ländern des Nahen Ostens wie Saudi Arabia und den UAE
- Auch in Regionen mit stark schwankendem Klima wie California, Texas und Florida kann sie ein Baustein im Wasserversorgungsportfolio sein
- Entsalztes Wasser ist teurer als Wasser aus Flüssen, Reservoirs oder Grundwasser, kann unter Dürrebedingungen mit begrenzten oder nicht nutzbaren Alternativen aber verlässlicher sein
- Wo Flussmündungen oder brackiges Grundwasser mit geringerem Salzgehalt als Meerwasser vorhanden sind, kann Entsalzung eine deutlich kosteneffizientere Süßwasserquelle sein
Risiken im privaten Sektor und das Signal des Carlsbad-Projekts
- Wenn der private Sektor Risiken übernimmt, kann das die Realisierbarkeit von Entsalzungsprojekten erhöhen
- Ein erheblicher Teil großer Entsalzungsanlagen wird nicht so betrieben, dass öffentliche Versorger Finanzierung, Bau und Betrieb wie bei einer normalen Aufbereitungsanlage direkt selbst übernehmen, sondern über Partnerschaften mit privaten Wasserunternehmen
- Über Wasserabnahmeverträge verlagern Versorger Finanzierungskosten und Betriebsrisiken auf private Unternehmen und erhalten im Gegenzug eine stabile Struktur für den Wassereinkauf
- Dadurch sinkt auch die Belastung für staatliche Gremien, bei komplexen technischen Fragen und Innovationen mit wenigen Präzedenzfällen selbst direkte Entscheidungen treffen zu müssen
- Das private Unternehmen, das die Carlsbad-Anlage im San Diego County betreibt, arbeitet seit der Schließung des benachbarten Kraftwerks im Jahr 2018 an einer unabhängigen Meerwasserentnahmeanlage, die bis 2024 fertiggestellt werden soll
- Die Anleihen dieses Projekts wurden von Fitch auf BBB hochgestuft
- Das bedeutet, dass die Aussichten für die Anlage als relativ stabil gelten und die Ausfallwahrscheinlichkeit niedrig eingeschätzt wird
- Es handelt sich zwar um die Bewertung einer einzelnen Agentur für ein einzelnes Projekt und eine einzelne membranbasierte Anlage, ist aber ein Signal dafür, dass die Entsalzungstechnologie Fortschritte macht
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Es wirkt, als würde der Artikel der Kernfrage etwas ausweichen
Ich bin kein Physiker, aber abgesehen von einigen Sonderstufen wie UV oder Schwermetalloxidation ist der Großteil der Filtration im Grunde mechanische Filtration: Filter mit immer kleineren Poren halten Bakterien und Partikel zurück, UV zerlegt Viren und Oxidationsmittel fällen Metalle aus
Bei Salz ist es jedoch so, dass der Dipol des Wassers die Ionenbindung trennt und jedes Ion mit einer Hydrathülle umgibt; dafür ist es zu klein, um gezielt über die Porengröße erfasst zu werden, und thermodynamisch zu stabil, sodass man Energie zuführen muss, etwa durch Verdampfung, Destillation oder Fällungsreaktionen
Deshalb nutzt man als günstigere Alternative Umkehrosmose: Man setzt eine semipermeable Membran unter hohen Druck, lässt Wassermoleküle hindurch und konzentriert die Ionen in einer Sole; das braucht weniger Energie, erzeugt aber flüssige Abfälle, die behandelt werden müssen
Egal welches Verfahren man verwendet, am Ende muss man die entfernte Salzmenge irgendwo entsorgen
Polymermaterialien sind amorphe Feststoffe mit vorübergehenden Hohlräumen, die durch thermische Bewegung entstehen und wieder verschwinden; statt langfristig stabiler „Poren“ modelliert man Polymer+Wasser eher wie eine einzige fluide Phase
Es gibt zwar Materialien mit definierten Poren wie MOFs oder Zeolithe, aber auch dort adsorbiert Wasser im Porenraum wie eine Flüssigkeit, und der Transport zwischen den Poren funktioniert eher wie ein Tormechanismus
Tatsächlich dringt Wasser auch in Polymere zur Entsalzung gut ein, unabhängig davon, ob Salz vorhanden ist, und die Erklärung „die Poren sind so klein, dass Wasser normalerweise nicht hindurchkommt“ ist nicht korrekt
Selbst Polymere, die Wasser bis zur Hälfte ihres Eigengewichts aufnehmen und in denen sich kein Eis bildet, können bei Drücken über 3000 psi mehr als 90 % des Salzes zurückhalten
Ohne Druck passieren Salz und Wasser ohne Selektivität, daher siebt man Wasser nicht physisch von den Ionen ab; treffender ist, dass der Druck die Aktivität des Wassers verändert, Wasser sich im Polymer besser löst und schneller bewegt und so Entsalzung stattfindet
Wenn man ihn richtig liest, behandelt er mehrere Entsalzungsverfahren wie Destillation und Osmose, und auch der Schluss ist ziemlich klar
Entsalzung wirkt oberflächlich einfach, lässt sich aber gegenüber anderen Alternativen schwerer rechtfertigen, wenn man reale Kosten und Komplexität einrechnet, besonders wegen des hohen Energiebedarfs, der den Wasserpreis stark an den Strompreis koppelt
Wenn in Dürrezeiten die Kosten für Wasserkraft steigen, steigen auch die gesamten Stromkosten, sodass die Wirtschaftlichkeit der Entsalzung gerade dann sinken kann, wenn man sie am dringendsten braucht
Noch einfacher gesagt gibt es zwischen Meerwasser und trinkbarem Süßwasser einen Unterschied in Energie und Entropie, unter diesen Mindestkosten kommt man nicht
Ganz gleich, welches Verfahren man nutzt: Die gelösten Feststoffe bleiben zurück oder lagern sich an Oberflächen und in Rohren ab, und man muss sich auch darum kümmern, wie man sie wieder entfernt und entsorgt
Am Ende ist der Traum von einer farb- und geschmacklosen Wasserflasche plus einem sauberen Haufen feinen Pulvers schwer erreichbar; realistisch ist eher, noch salzigeres Wasser in die ursprüngliche Wasserquelle zurückzuleiten und zu hoffen, dass dabei nicht zu viele Fische sterben
Dabei erhitzt man die Sole stärker, bis der Dampfdruck über der Sole dem Dampfdruck über den salzfreien Wassertropfen auf der kalten Seite entspricht
Danach komprimiert man den Dampf und lässt ihn bei einer etwas höheren Temperatur als die Sole kondensieren; das Destillat und die verbleibende Sole schickt man jeweils durch getrennte Gegenstrom-Wärmetauscher, um das einströmende Meerwasser auf die Betriebstemperatur der Kolonne vorzuheizen
Thermodynamisch kann das mit einem Umkehrosmoseprozess mit denselben Ein- und Ausgangsbedingungen konkurrieren, und um Flüssigkeiten verlustarm zwischen Umgebungsdruck und internem Betriebsdruck anzugleichen, braucht man auch Pumpen und Turbinen
Ein Vorteil ist, dass man, wenn man die Sole mit Solarthermie-Kollektoren direkt erhitzt, ohne Dampfkompression kondensieren kann und das System damit wie eine offene Absorptionswärmepumpe erster Art mit Solarwärme betreiben kann
Entsalzung ist günstiger, als man denkt
Entsalztes Wasser kostet etwa 50 Cent pro 1000 Liter, also ungefähr so viel wie der tägliche Wasserverbrauch eines typischen US-Haushalts
Wenn man für 50 Cent pro Tag vollständig entsalztes Wasser liefern kann, ist das erstaunlich günstig
Wenn dich Wasserpolitik sowie Wasserressourcenmanagement und -technik interessieren, kann ich "Let There Be Water: Israel's Solution for a Water-Starved World" sehr empfehlen
https://en.wikipedia.org/wiki/Desalination#Costs
Wie Kalifornien zeigt, ist sie machbar, aber wie man auch im Central Valley sieht, kann sie Süßwasser für die Landwirtschaft nicht in großem Maßstab bereitstellen
Selbst in Kalifornien mit chronischem Wassermangel machen Wohn-, Gewerbe- und Industrieverbrauch zusammen, einschließlich Landschaftsbewässerung und Golfplätzen, je nach Niederschlag nur etwa 10–20 % des Gesamtverbrauchs aus
Lebensmittelproduktion, Industriewasser usw. kommen noch dazu
Der Artikel zeigt die zusätzlichen Überlegungen neben der eigentlichen Wasseraufbereitung gut auf und sagt auch, dass es für viele Anwendungen praktisch ist
Der normale Grundtarif für Verbraucher in Irvine, CA liegt bei 1,78 Dollar für 748 Gallonen, also fast 3000 Liter, und ist damit sogar teurer
Diese Zahl ist allerdings der Produktionspreis; der Endkundenpreis inklusive Verteilung und Wartung nach der Anlage wäre höher, wirkt aber immer noch vernünftig
Etwas off-topic, aber im Artikel wird die Entsalzungsanlage in Carlsbad erwähnt; wenn man nach San Diego fährt und Austern mag, kann ich die Tour bei Carlsbad Aquafarm empfehlen
Interessanterweise dient diese Austernfarm als Vorfilter der Entsalzungsanlage, und zwischen Anlage und Farm besteht eine symbiotische Beziehung
Entsalzung kehrt gewissermaßen eine endotherme Reaktion um, daher sind die Energiekosten vergleichsweise hoch, und weil Wasser in großen Mengen verbraucht wird, muss auch der Maßstab groß sein.
Vor allem aber übernimmt die Erde durch geologische Prozesse bereits viel Entsalzung kostenlos, daher liegt der Referenzpreis für Entsalzung nahe bei 0 Dollar pro Liter.
Infrastruktur zum Sammeln von Regenwasser, zum Aufstauen von Flüssen und zum Fördern von Grundwasser ist zwar nicht völlig gratis, aber die Grenzkosten für den nächsten Liter sind sehr niedrig.
Nicht so sehr die Entsalzung selbst ist schwierig, sondern sie extrem billig und in extrem großem Maßstab zu betreiben.
Wenn der echte Bedarf und der Wille zur Umsetzung da sind, ist die nötige Technik bereits vorhanden.
https://en.wikipedia.org/wiki/Water_supply_and_sanitation_in...
Vor einigen Jahren habe ich einmal eine Anlage mit genau entgegengesetztem Ziel besichtigt: einen Prozess für Ahornsirup, bei dem im Wasser gelöste Bestandteile konzentriert werden.
In Schritt 1 wird bis zu einem gewissen Punkt Umkehrosmose eingesetzt, in Schritt 2 wird gekocht, wobei Wärme aus dem Dampf aktiv zurückgewonnen wird, um die einströmende Flüssigkeit vorzuwärmen.
Das diente alles dazu, die Energiekosten unter Kontrolle zu halten.
Man sollte Abwärme zurückgewinnen, so weit es geht.
Theoretisch kann kontinuierliche Destillation sehr effizient sein, weil sie so viel Wärme entzieht, wie man zuführt, aber in der Praxis sind Dämmung, Pumpen und Wärmetauscher nicht gratis, und mit wachsender Größe nehmen die Zusatzerträge schnell ab.
Oder gehen die Einsparungen durch Volumen und Gewicht bei Versand und Handhabung wieder verloren, oder wird das schlicht nicht gemacht, weil es von vornherein keinen Markt für dünnen Sirup gibt?
2020 zeigte ein solarthermischer Destillator des MIT mit einem membranbasierten Distillationsprozess im Nahbereich auf 1 Quadratmeter 1,5 Gallonen Süßwasser pro Stunde.
Mit 10.000 Quadratmetern dieser Anlage könnte man in 10 Sonnenstunden 150.000 Gallonen Süßwasser gewinnen.
Der Kern scheint im Abstand von 1,2 cm bzw. 80 mm zwischen den Diffusorplatten zu liegen, sodass in einem Bereich Solarwärme zum Erhitzen, Kondensieren und Sammeln zugleich genutzt wird.
Natürlich bleibt das Problem der Sammlung der Salzlauge, aber man könnte dieselbe Methode dreimal wiederholen und den Salzgehalt schrittweise auf 2–3 ‰, also 0,2–0,3 %, senken.
Gemessen am Energieeinsatz hat dieser MIT-Ansatz passive Solarverfahren gegenüber der Umkehrosmose deutlich vorangebracht, aber bei der Grundlastleistung hat die Umkehrosmose weiterhin einen Vorsprung, der schwer zu übertreffen ist.
https://news.mit.edu/2020/passive-solar-powered-water-desali...
Dort heißt es, dass Wasser häufig mit Natriumhydroxid vorbehandelt wird und dass dieses eingekauft werden muss; hier wird eine Methode zur Rückgewinnung von Natriumhydroxid aus dem Abwasser vorgeschlagen.
https://news.mit.edu/2019/brine-desalianation-waste-sodium-h...
Das ist vielleicht ein sehr dummer Gedanke, aber wäre es möglich, Meerwasser in eine heiße, trockene Wüste zu pumpen, dort natürlich verdunsten zu lassen und es dann wieder als Süßwasserregen zu sammeln?
Wie viel Wasser müsste man verdunsten, um die Niederschläge spürbar zu erhöhen?
https://www.youtube.com/watch?v=V2b7ztWvFOg
Auch wenn viel Wasser verdunstet, regnet es möglicherweise nicht dort, wo man es braucht oder sinnvoll auffangen kann.
Die Niederschläge steigen dadurch aber nicht.
Israel entsalzt im Gegenteil Wasser, um Flüsse wiederzubeleben, und dieses Wasser kann am Ende sogar das Tote Meer erreichen.
Wenn du von einem viel größeren Maßstab sprichst: Das Meer selbst ist sehr viel größer, und an seiner Oberfläche verdunstet ohnehin ständig Wasser.
Der Mensch kann keine Verdunstungsfläche schaffen, die größer ist als das Meer.
Außerdem verdunstet Wasser nicht in erster Linie wegen der Wärme, sondern wegen des Windes.
In der Wüste gibt es zwar viel Wärme, aber vergleichsweise wenig Wind; über dem Meer gibt es viel Wind.
Wenn man Salzwasser verdunsten lässt, bleiben erhebliche Mengen fester Salze zurück; das erinnert an Situationen wie beim Great Salt Lake.
Die Energiekosten können je nach lokalen Bedingungen teilweise ein Strohmannargument sein.
Kalifornien muss im Frühjahr enorme Mengen erneuerbarer Energie abregeln, also wegwerfen.
Wenn man diese Energie saisonal für Entsalzung nutzen und das Süßwasser für später speichern könnte, würde das wie eine riesige Batterie zur Zeitverschiebung funktionieren, die überschüssige Frühlingsenergie in den Sommer verlagert.
Auch erneuerbare Energie kostet Geld, selbst wenn es Zeiten mit Überschuss gibt, und der Zeitpunkt von Überschussstrom und Wasserbedarf muss nicht zusammenpassen.
Es gibt schon jetzt nicht genug überschüssige erneuerbare Energie, um auch nur einen Teil des Süßwasserverbrauchs durch Destillation zu decken, und wahrscheinlich wird sie auch künftig nicht ausreichen.
Am Ende muss man die Kosten pro kWh Strom berechnen, die in die Entsalzung fließen, und selbst wenn man die Anlage überdimensioniert, um Überschussstrom zu nutzen, entstehen weiterhin Kosten.
Dieser Preis dürfte die Kosten pro Gallone destillierten Wassers über die von Umkehrosmose oder Leitungswasser treiben, sodass Entsalzung weiterhin eher ein letztes Mittel bleibt, wenn alle anderen Methoden der Süßwasserbeschaffung aus Kostengründen schwierig werden.
Während sie stillstehen, lässt sich das investierte Kapital nicht amortisieren, also ist das Geld anderswo besser eingesetzt, wo Anlagen rund um die Uhr laufen.
Gerade in Kalifornien wäre die Verdunstung hoch, der Salzgehalt würde steigen und die Effizienz würde sinken.
Eher nicht schwierig, sondern energetisch ein Aufstieg
Um die Entropie rückgängig zu machen, braucht man Energie, und das ist das zweite Gesetz der Thermodynamik
Mit fallenden Preisen für erneuerbare Energien wird sie günstiger
Die Strompreise im Endkundennetz enthalten die Gewinnmargen der Energieversorger und die Investitionskosten bestehender teurer Erzeugung wie Gas, Kohle oder Kernkraft, daher sollte man sie nicht direkt zugrunde legen
In trockenen Regionen innerhalb von 40 Grad um den Äquator eignet sich Solarenergie gut für günstige Energieerzeugung im großen Maßstab, und einige Cent pro kWh sind möglich, in naher Zukunft vielleicht sogar unter 1 Cent
Wasser lässt sich in Reservoirs speichern, daher muss man nicht rund um die Uhr entsalzen
Für 1000 Liter braucht man etwa 3kWh, und selbst bei einem so hohen Verbrauch wie dem ineffizienten täglichen Haushaltswasserverbrauch in den USA sind das nur einige Cent pro Haushalt und Tag
Es ist nicht völlig vernachlässigbar, aber Entsalzung, die in den USA oft wie Science-Fiction wirkt, ist günstig genug, um auch in Regionen mit deutlich niedrigerem Durchschnittseinkommen eine gängige Lösung zu sein
Die Energie, die frei wird, wenn sich Salz in Wasser mischt, ist klein, etwa 3,9kJ/mol
Die molare Masse von Salz beträgt 58g/mol, und der durchschnittliche Salzgehalt von Meerwasser liegt bei etwa 3,6 %, daher enthält 1㎥ Meerwasser 1000×0.036/0.058=620 Mol Salz
Eine perfekte Entsalzungsanlage bräuchte zur Entfernung des Salzes 2,4MJ, also etwa 0.75kWh
Bei einem Strompreis von 10 Cent pro kWh läge der theoretische Mindestpreis für 1㎥ Süßwasser bei etwa 8 Cent
So wie 500 Pfund zu heben oder einen Marathon zu laufen
Denk an einen Münzsortierer, der nur Schwerkraft und unterschiedlich große Löcher nutzt
Wenn man in einer trockenen Region nahe salzhaltigem Wasser lebt, lohnt es sich, zu den grundlegenden Überlebensfertigkeiten zu zählen, wie man provisorisch einen solaren Destillierer baut
Das ist wirklich einfach und fast so leicht zu bauen wie eine Gefängnisbrennerei, und man braucht keine externe Energie außer der Sonne
Genauso sollte jeder ein einfaches Wasseraufbereitungssystem kennen, das Kies, Sand und Holzkohle in Reihe nutzt
Das ist auch als angewandtes naturwissenschaftliches Experiment mit Kindern wertvoll
Ich denke, auch die Nutzung von Sonnenwärme auf Wasserbasis ist ein Bereich, der weiter erforscht werden sollte
Photovoltaik hat ebenfalls Vorteile, aber Wasser ist billig, sauber und verlässlich
Die einfache Methode, Wasser tagsüber mit der Sonne zu erhitzen und es nachts zum Heizen zu nutzen, ist vertraut, und vielleicht ist auf manchen Skalen auch ein wirtschaftlich interessanter Carnot-Kreisprozess möglich
Es gibt auch solarthermische Kraftwerke mit geschmolzenem Salz, die ähnlich funktionieren