TEIL C

Solare Wasserentsalzung (Fortsetzung)

 

Ebenfalls im Jahr 2008 gründen fünf Studenten einer Arbeitsgruppe der Leibniz-Universität Hannover (LUH) den gemeinnützigen Verein Green Desert e.V. (Green Desert – International Organisation e.V.), der sich zur Aufgabe macht, autarke, dezentrale sowie möglichst einfache, technische Lösungen im Bereich der Wasser-, Agrar- und Energieinfrastruktur zu entwickeln. Als Kooperationspartner hat der Verein dabei den Bremer Windkraftexperten Prof. Horst Crome.

Neben der Durchführung von Workshops zur Konstruktion von Windkraftanlagen, die als Wasserpumpen in ländlichen Gebieten südlich der Sahara eingesetzt werden sollen, baut der Verein drei Prototypen zur Entsalzung von Meerwasser mit Hilfe von Sonnenwärme. Die Details über die Entwicklung einer modularen, solaren Meerwasserentsalzungsanlage finden sich auf der Vereins-Homepage greendesert.eu.

Noch aktiver sind Studenten der Technischen Universität München (TUM), die gleichfalls 2008 zusammenfinden, um auf das Wasserproblem aufmerksam zu machen und vor allem junge Menschen dazu zu bewegen, sich der Lösung dieser Frage zu stellen.

Bereits beim 1. TUM Mehrwasser Wettbewerb 2009 – veranstaltet vom Lehrstuhl für Thermodynamik unter der Leitung von Dr.-Ing. Markus Spinnler und gemeinsam mit Studenten der Arbeitsgruppe TUSun – treten 15 Teams aus Schülern und Studenten gegeneinander an, um eine kostengünstige und energieautarke Meerwasserentsalzungsanlage zu entwickeln. Die selbst konstruierte kompakte Kleinanlage soll ohne Zufuhr fossiler Energie funktionieren, wenig kosten, einfach zu bedienen sein und möglichst viel Wasser in trinkbarer Qualität liefern.

Nach dem Finaltag des Konstruktionswettbewerbs Anfang August 2009 werden die drei Siegerteams bekanntgegeben. An erster Stelle steht das ‚Team Konzentrix‘ der Technikerschule Allgäu, das besonders in den Kriterien ‚produzierte Wassermenge‘ und ‚Kostenplanung‘ überzeugt, gefolgt vom ‚Team Turbine‘ des Ruperti-Gymnasiums in Mühldorf am Inn sowie vom ‚Team Nebelhorn‘, ebenfalls von der Technikerschule Allgäu. Insgesamt kommen während der sieben Stunden, die alle 14 Anlagen in Betrieb sind, 25 Liter Trinkwasser zusammen.

Im Folgejahr wird der Wettbewerb international ausgeschrieben, wobei Bewerbungen aus Deutschland, der Schweiz, Österreich und Spanien eingehen. Diesmal werden die 15 Teilnehmer der Endrunde am Tag des Wassers (22.03.2011) bekanntgegeben. Die Teams haben anschließend kapp vier Monate Zeit, ihre Konzepte umzusetzen, bevor die fertigen Anlagen Ende Juli 2011 auf dem Campus in Garching präsentiert und einer eingehenden technischen Prüfung unterzogen werden.

Darüber hinaus veranstaltet der Lehrstuhl parallel erstmals eine TUM DESAL Konferenz, bei der wissenschaftliche Beiträge zur Lösung der Trinkwasserproblematik vorgestellt und diskutiert werden. Unterstützt wird der Wettbewerb von dem Deutsche MeerwasserEntsalzung e.V. und dem Solarenergieförderverein Bayern e.V., Sponsoren sind die BASF SE, die fischer eco solutions GmbH, die Omya AG, das Solarzentrum Allgäu GmbH, die Stadtwerke München GmbH und die VA TECH WABAG GmbH.

Eine der Anlagen, die im Juli gezeigt werden, ist die von Steffen Kustermann an der Hochschule Kempten entwickelte Meerwasserentsalzung durch Ausfrieren. Dabei stellt ein kostengünstiges Photovoltaiksystem die elektrische Energie für eine kompakte Kompressionskältemaschine bereit, die gefiltertem Meerwasser die enthaltene Wärme solange entzieht, bis die Erstarrung einsetzt. Da die Salzlöslichkeit mit sinkender Temperatur abnimmt, scheidet sich das enthaltene Salz während des Prozesses aus.

Gewinner des TUM Mehrwasserwettbewerbs 2011 ist ein Team aus den Reihen der TUM unter dem Namen Steam, das mit Parabol–Solarkonzentratoren arbeitet, während das Kältesystem der Hochschule Kempten nur auf Platz 14 kommt.

Im August 2013 sind es Schüler des Thomas-Mann-Gymnasium München unter der Leitung des Biologen Florian Kretzler, die den Innovationspreis des Wettbewerbs im Rahmen der DeSal Challenge gewinnen, indem sie sie Salzwasserverdampfung im Solarbetrieb mit einer Ultraschall-Zerstäubung verbinden.

Um die einfallenden Sonnenstrahlen zu bündeln, wird eine hochreflektive Spiegelfolie eingesetzt. In dem Destillationsgefäß selbst befindet sich eine Ultraschall-Zerstäuberdüse, die das vorher erhitzte Salzwasser mit Hilfe eines Heißluftgebläses in Zirkulation bringt. Wegen der starken Oberflächenvergrößerung kommt im Vergleich zu gewöhnlichen Feuchtraum-Destillationsanlagen ein deutlich schnellerer und effizienter Verdunstungsvorgang zustande, so daß die Anlage pro Tag 70 Liter Wasser entsalzen kann.

Die Vierte TUM DeSal Challenge wird im Jahr 2015 ausgelobt, wobei die Konzeptideen bis Anfang Januar 2016 eingereicht werden können. Dieses Mal ist der Wettbewerb besonders international, wobei die Jury zwölf Teams aus Deutschland, dem Iran, Polen und Kroatien auswählt, ihre Prototypen zu bauen und vorzustellen. Die fertigen Prototypen werden Mitte Juni präsentiert und bewertet.

Diesmal sind die drei Gewinner des Wettbewerbs, die insgesamt 3.000 € erhalten, das ‚Team Helios‘ der TUM, das ‚Team Alavi‘ der Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University aus dem Iran und das ‚Team‘ Agribix, ebenfalls von der TUM. Damit scheint diese studentische Initiative allerdings ausgelaufen zu sein, denn nach 2016 sind keine weiteren Wettbewerbe mehr zu verzeichnen.

Zu den Beiträgen des Feel The Planet Earth 2008 Designwettbewerbs gehört auch das Projekt sWell, eine mobile, aufblasbare und solarbetriebene Filtrationseinheit, mit der Meerwasser in frisches Trinkwasser verwandelt werden kann. Durch seine Fähigkeit, auf dem Wasser zu schwimmen, bietet das System auch eine temporäre Zuflucht vor steigenden Fluten.

Leider konnte ich außer der Abbildung aus dem Wettbewerb bislang keine weiteren Informationen darüber finden – auch nicht, wer der eigentliche Initiator oder Designer des Projekts ist.

Seol-Hee Sohn, Seung-Hyun Yoon und Cheol-Yeon Cho sind die Designer eines Ocean Rescue genannten solaren Wasser-Entsalzers, der ebenfalls eine konische Form aufweist und speziell für Schiffbrüchige entwickelt worden ist.

Das erstmals im November 2008 gezeigte mehrteilige System soll von Rettungsinseln aus auf der Meeresoberfläche plaziert werden, um für Trinkwasser zu sorgen. Zusätzlich besitzt das Rettungsgerät ein Licht, um auch nachts Rettern seine Position zu signalisieren, während es tagsüber bunten Rauch ausstoßen kann, um über seinen Standort zu informieren. Bislang ist es allerdings bei dem reinen Design geblieben.

Eine ganze Rettungsinsel, bei der die solare Wasserentsalzung gleich mit eingebaut ist, heißt SeaKettle und stammt von der Design-Absolventin Kim Hoffman an der Academy of Art University in San Francisco. Sie gelangt damit in die Endrunde des James Dyson Award 2010.

Mit einer kleinen Pumpe wird Meerwasser in ein Reservoir im oberen Bereich der Insel gepumpt, wo der solare Verdunstungsvorgang und die anschließende Kondensation stattfinden, bei der pro Tag 3 Liter Trinkwasser entstehen. Auch in diesm Fall gibt es bislang keine Umsetzung.

Ein wahres Multitalent, das es ebenfalls bislang leider nur als Entwurf gibt, ist das Reborn Survival Kit des Designers Xue Zhichao, das im April 2009 in den Blogs präsentiert wird.

So unglaublich es klingt, aber das zusammengepackt leicht transportable, zylinderförmige Gerät kann wie ein ‚Transformer’ in einen Regenwasser-Sammler, eine solare Wasserdestille, einen Solarkocher, einen Dreifuß für Feuerstellen, einen Suchscheinwerfer oder in eine Satellitenschüssel verwandelt werden.

Auch wenn es bislang keine ausführlichen Leitungsdaten gibt, kann man diesem genialen Design nur die baldige Umsetzung wünschen.

Wie eine Ziehharmonika zusammen zu packen ist das sehr einfache C-Water System von Chao Gao, der sich im November 2010 mit diesem Entwurf am Incheon International Design Awards beteiligt.

Der Beschreibung zufolge kann das schlanke und kompakte Objekt auf jeder beliebigen ruhigen Wasseroberfläche schwimmen und die Sonne zur Entsalzung nutzen, wobei das frische Wasser in einem eigenen Behälterteil gesammelt wird. Mehr ist darüber allerdings nicht zu erfahren.

Auch der Designer Joseph R. Kasper aus Kendall Park, New Jersey, zeigt Ende 2010 den Entwurf eines innovativen Solar-Destillators, der in südlichen Ländern salziges oder verschmutztes Wasser reinigen kann.

Die Benutzer müssen das vorhandene Wasser in einen großen Behälter am Boden einfüllen, und es dann der Solarenergie überlassen, dieses durch Verdampfung und Kondensation zu reinigen. Das gefilterte Wasser wird in einen kleinen Behälter gespeichert, der abnehmbar ist, wenn man seinen Durst stillen möchte.

Mitte 2011 taucht das Design unter dem Namen Haitian Desal-A-Nation erneut in den Fachblogs auf, da es sich besonders für Katastrophenopfer auf Inseln eignen würde um diesen eine Grundversorgung mit sauberem und desinfiziertem Trinkwasser zu garantieren.

Im August 2011 stellen die Fachblogs das Design einer innovativen solarbetriebenen Entsalzungsanlage von Phil Pauley aus London vor, die den Namen Solar Cucumber trägt. Die Idee ist, wasserarmen Gemeinden in Küstenregionen dabei zu helfen, Meerwasser direkt an der Quelle in trinkbares Süßwasser umzuwandeln, anstatt kilometerweit vom Ort des Mangels entfernt.

Von Pauley stammen übrigens auch der kurz darauf präsentierte Entwurf hybrider Solar- und Wellenenergie-Generatoren, die im Kapitelteil Schwimmende Solaranlagen vorgestellt werden – sowie das Konzept ,Sub Biosphere 2’, ein Unterwasser-Habitat für Aquanauten, Touristen und Wissenschaftler, das innerhalb einer Art Lastenaufzug von der Meeresoberfläche in die Tiefe bzw. wieder hoch fahren kann (s.u. Maritime Habitate).

Technische Daten liefert der Designer allerdings nicht. Es wird nur gesagt, daß die Entsalzungsanlage die Mehrfachbefeuchtung und die Umkehrosmose nutzt und zudem fortschrittliche Materialien verwendet, um den Wartungsaufwand zu verringern und ein selbstreinigendes System zu schaffen. Über eine Umsetzung ist nichts zu finden.

Bereits im Oktober 2011 berichten die Blogs über ein Gerät namens Eliodomestico, das der italienische Designer Gabriele Diamanti aus Mailand während seines Studiums am Polytechnikum Mailand im Jahr 2005 entwickelt hat - und das bei den diesjährigen Core77 Design Awards mit dem Preis der Kategorie ‚Professional Winner for Social Impact‘ ausgezeichnet wird. Zudem gehört das Wasserfiltersystem zu den zwölf Finalisten des Prix Émile Hermès 2011.

Der mit Solarenergie betriebene wannenartige Öko-Destillierapparat, dessen Herstellung von der Hermès-Unternehmensstiftung finanziert wird, ist vollständig aus Terrakotta und verzinkten Blechen gefertigt und als Open-Source-Produkt ausgelegt, um durch lokale Handwerker hergestellt und repariert zu werden. Er soll direkt vor den Häusern der Menschen aufgestellt werden.

Auf der Oberseite des Geräts befindet sich ein schwarzer Kessel mit einem wasserdichten Deckel. Morgens wird salziges oder schmutziges Wasser aus einer lokalen Quelle in einen Wassereinlaß gegossen, und dann der Deckel versiegelt, damit kein Dampf entweichen kann. Sowohl die Temperatur als auch der Druck im Kessel steigen im Laufe des Tages an, und der Deckel fungiert als Kondensator, der Dampf erzeugt, der dann durch ein Metallrohr in eine darunter plazierte Tonschale geleitet wird, in der sich abends das saubere Wasser entnehmen läßt.

In den Berichten ist die Rede davon, daß das Gerät ohne Filter und Elektrizität täglich bis zu bis zu 5 Liter Trinkwassers bereiten kann – was sich bei genauerer Recherche aber auf den Quadratmeter Anlagenfläche bezieht. Der Prototyp des Eliodomestico hat jedoch eine Fläche von nur 0,4 m², weshalb die reale Produktion bei 2,5 – 3 Litern pro Tag liegt – und dies auch nur unter afrikanischer Sonne.

Im März 2012 berichten die Blogs, daß die Schülerin Maya Braun und der Schüler Avishai Katko von der Sharett High School in Netanya beim 15. jährlichen Wettbewerb für junge Wissenschaftler Intel-Israel einen Preis für die Entwicklung eines tragbaren, solarbetriebenen Wasseraufbereitungssystems gewonnen haben - was für beide mit ein Universitätsstipendium in Höhe von 3.000 $ verbunden ist.

Das modulare System, das von jedermann in Ländern mit Wasserknappheit und viel Sonnenschein verwendet werden kann, nutzt die Solarenergie, um verschmutztes Wasser mit ultraviolettem Licht zu bestrahlen. Es kann zu geringen Kosten hergestellt werden. Nähere Details gibt es nicht.

Das Thema der solaren Beheizung von Gewächshäusern wird in einem anderen Kapitelteil verfolgt, doch im April 2012 erscheinen Berichte über einen Ansatz, bei dem ein solarbetriebenes, 2.000 m² großes Gewächshaus im Outback von Südaustralien selbst Meerwasser für die Bewässerung seiner Pflanzen entsalzt, und das aus diesem Grund hier seinen Platz hat.

Eine entsprechende Recherche führt zurück ins Jahr 1991, als Charlie Paton im Rahmen seiner 1979 gegründeten Londoner Firma Lightworks Ltd. das Konzept des Seawater Greenhouse entwickelt und bereits ein Jahr später auf Teneriffa in Form einer 360 m² großen Pilotanlage umsetzt. Die Technologie erreicht Ende der 1990er Jahre die Marktreife, und Anfang 2000 erfolgt die die Umbenennung der Firma in Seawater Greenhouse Ltd., die umgehend eine Anlage in Abu Dhabi installiert.

Im Jahr 2006 folgt eine weitere Anlage in Oman, und das Konzept wird mit dem Institution of Engineering and Technology Award und dem Tech Museum Award ausgezeichnet. 2007 belegt es beim Prize for the Environment der Universität St. Andrews den zweiten Platz. Weitere Auszeichnungen, die der Ansatz erhält, sind 2018 der Shell Springboard Award und 2020 der Katerva Award.

Zudem entsteht 2008 in Zusammenarbeit mit einem Architekten-Team von Exploration Architecture und Max Fordham Consulting Engineers sowie der norwegischen Umwelt-NGO Bellona Foundation das Konzept Sahara Forest Project als möglicher Weg, in Wüsten großflächig derartige Gewächshäuser im Verbund mit Solaranlagen zur Lebensmittelproduktion zu nutzen.

2010 wird von der Seawater Greenhouse Australia Pty Ltd. die eingangs erwähnte Pilotanlage in Port Augusta unter dem Namen Sundrop Farms in Betrieb genommen. Diese Anlage war ursprünglich als Meerwasser-Gewächshaus konzipiert worden, doch wesentliche technologische Veränderungen führten zum Sundrop System und zur Auflösung des Joint Ventures mit der Seawater Greenhouse Ltd. Dem Team von Sundrop Farms gehören neben dem Gründer Philipp Saumweber noch Reiner Wolterbeek aus den Niederlanden und David Pratt aus Kanada an.

Die Anlage nutzt die Sonnenwärme, um Salz aus dem Meerwasser zu entfernen und um Kühlung, Heizung und Strom für die Gemüse- und Obstanbauer zu erzeugen. Schwarze, mit Thermoöl gefüllte Rohre, die in der Mitte 70 m langer Solarpaneele verlaufen, werden auf 160°C erhitzt. Anschließend wird das Öl zu einem Lagerschuppen gepumpt, wo ein Wasserspeichersystem die Wärme aufnimmt. Wie diese genutzt wird, bestimmt ein Steuermechanismus, der den größten Teil davon für die Entsalzung von Meerwasser, einen Teil für die Temperaturregelung des Gewächshauses und einen Teil für die Stromversorgung der Anlage verwendet.

Sobald die Wärme die Entsalzungsanlage erreicht und auf vergleichsweise kaltes Meerwasser trifft, findet aufgrund des Temperaturunterschieds eine Kondensation statt, wodurch Süßwasser für die Verwendung in den Kulturen entsteht, während das Meerwasser in Teiche geleitet wird, aus denen als Nebenprodukt Salz gewonnen werden kann. Ein wesentliches Element ist, daß das für die Bewässerung verwendete Wasser nicht verdunstet. Im Sommer kann das Gewächshaus vollständig mit Solarenergie betrieben werden, im Winter muß es jedoch zu 20 % durch einen Dieselgenerator unterstützt werden.

Im Dezember 2012 wird zudem in Katar die erste Pilotanlage des Sahara Forest Project eingeweiht, deren Ergebnisse besser als erwartet ausfallen. Im Juni 2014 folgt die Unterzeichnung einer Vereinbarung mit der norwegischen Botschaft in Amman über die Einrichtung einer Sahara Forest-Startstation in Jordanien, die ein erster Schritt zu einem Projektzentrum in Aqaba sein soll. Zu diesem Zweck wird die Anlage in Katar 2016 abgebaut, um nach ihrer Verschiffung 2017 für eine dreijährige Testphase in Jordanien in Betrieb genommen zu werden.

Um das Ziel einer großflächigen Einführung in den Jahren 2021 und 2022 zu erreichen, muß jedoch eine 4,5 km lange Salzwasserpipeline zu dem geplanten Standort des Sahara Forest Project in der Aqaba Special Economic Zone Authority (ASEZA) gelegt werden. Zwar wird im März 2020 während eines norwegischen Staatsbesuchs eine entsprechende Vereinbarung mit der Aqaba Development Cooperation (ADC) über die Finanzierung und den Bau dieser Salzwasserpipeline  unterzeichnet, doch weiter scheint das Projekt noch nicht gediehen zu sein.

Anders in Australien. Nachdem die Sundrop Farms Pty Ltd. im Jahr 2014 bedeutende Investitionen anziehen kann, darunter 100 Mio. AU$ von der Private-Equity-Firma Kohlberg Kravis Roberts & Co., wird 10 km südöstlich von Port Augusta mit dem Bau eines acht Hektar großen, kommerziellen Gewächshauses im Wert von 200 Mio. AU$ begonnen, das im Oktober 2016 in Betrieb geht.

Die Energieversorgung erfolgt durch ein 127 m hohes Solar-Turmkraftwerk mit knapp 24.000 Heliostaten, das in Spitzenzeiten bis zu 39 MW thermische Energie sowie ca. 1,5 MW elektrische Leistung erzeugt. Das Projekt ist im Kapitelteil Sonnenturm sowie hier ausführlich dokumentiert. In der Anlage werden jährlich 250 Mio. Liter Süßwasser erzeugt, mit denen rund 17.000 Tonnen Strauchtomaten produziert werden, was etwa 15 % des australischen Tomatenverbrauchs entspricht.

Im Jahr 2017 wird zudem in Berbera, Republik Somaliland, einer autonomen Region, die völkerrechtlich zu Somalia gehört, ein vereinfachtes, kostengünstigeres Design umgesetzt, das ein modulares Design mit Netzen statt eines traditionellen Gewächshauses verwendet.

Im Mai 2012 stellen Studenten der Northeastern University (NU) in Boston ein solarbetriebenes Entsalzungssystem mit dem Namen Pyramid Desalinator vor, das im Rahmen eines Abschlußprojekts unter der Leitung von Prof. Mohammad Taslim entwickelt wurde. Die Idee dazu kam dem Studententeam, als es in Ägypten ein Programm zum Dialog der Zivilisationen im Bereich Strömungsdynamik absolvierte.

Das Entsalzungssystem besteht aus einem 1 m² großen Aluminiumrahmen, einer Wasserschale und einem Wasserspeicher unter der Schale. Ein Stück Kunststoff in Form einer Pyramide deckt die gesamte Vorrichtung ab. Das Leistungsziel ist die Produktion von bis zu einem Liter Trinkwasser pro Tag. Mit den richtigen Materialien soll es sich für 20 $ herstellen lassen.

Die Teammitglieder Stephen Bethel, Douglas Dell’Accio, Matt Haffenreffer, Zach Modest und Michael Wegman, die bereits einen Prototyp nach Kamerun im westlichen Zentralafrika verschickt haben, hoffen nun auf eine Vertriebspartnerschaft mit Water.org oder dem Amerikanischen Roten Kreuz. Zudem bemühen sie sich um eine Finanzierung in Höhe von 10.000 $ durch Jola Venture, ein gewinnorientiertes Sozialunternehmen, um den Apparat unter Verwendung kostengünstigerer Materialien neu zu gestalten und ein automatisches Wasserzufuhrsystem zu entwickeln. Bislang ist darüber aber nichts zu erfahren.

Das Modell der NU hat frappierende Ähnlichkeit mit dem WetLand pyramidal water desalinator, den vier Ingenieur-Studenten und -Studentinnen der Humboldt State University in Arcata im Norden des US-Bundesstaates Kalifornien im Herbst 2013 präsentieren.

Das Team mit dem Namen It’s Always Sunny hatte das Ziel, ein langlebiges Entsalzungssystem zu entwerfen, das destilliertes Wasser aus dem Delaware River für die Bewohner eines Kahns produziert.

Der Klient ist WetLand, ein kollaboratives Kunstprojekt in Philadelphia, das mit der in New York City lebenden Künstlerin Mary Mattingly zusammenarbeitet. Konkret handelt es sich um einen Flußkahn, der als öffentliche Demonstration der möglichen symbiotischen Beziehung zwischen Gesellschaft und Umwelt dienen soll. In den Sommermonaten 2014 wird WetLand als Bühne für gemeinschaftliche Bemühungen zur Umsetzung nachhaltiger Lebensstile genutzt. Weshalb die Anlage von Adrienne Agawin, Jake Coniglione, Loti Jones und Emily Klee wohl auch werbewirksam The Great Pyramid of Philadelphia genannt wird.

Die Materialkosten für ihre Herstellung betragen gut 500 $ und sind ebenso wie die Entwicklungsphasen detailliert auf appropedia.org dokumentiert. Mattingly war zudem im Jahr 2009 auf dem East River unterwegs - mit dem schwimmenden Öko-Habitat ,Waterpod’. Dieser wohl sehr beliebte Name wird uns noch mehrfach begegnen, z.B. gleich hier:

Im April 2013 zeigen die Blogs ein tragbares Entsalzungsgerät, das der ehemalige Seemann Alain Thibault entwickelt und kürzlich auf dem Festival der Sahara-Nomaden in M’Hamid El Ghizlane in Südmarokko einem begeisterten Publikum vorgeführt hat. Für die Nomaden, die häufig ungenießbares Brackwasser aus Brunnen schöpfen müssen, ist das Gerät, das die Kraft der Sonne nutzt, um Verdunstung und Kondensation zu fördern, äußerst spannend.

Der Waterpod genannte Kasten ist aus Holz, Kork, Edelstahl und Glas gefertigt und soll bei richtiger Pflege 20 - 40 Jahre lang täglich zwölf Liter Brackwasser in sechs Liter sauberes Trinkwasser umwandeln. Obwohl das Gerät leicht genug ist, um von den Nomaden mitgeführt zu werden, macht es der Preis von rund 650 $ unerschwinglich für sie.

Als Lösung unterrichtet der Erfinder Studenten an einer Hochschule in Tiznit, wie sie das Entsalzungsinstrument zu einem niedrigeren Preis nachbauen können. Es läßt sich aber nichts näheres darüber finden, und auch der Waterpod selbst scheint danach in der Versenkung verschwunden zu sein.

Im Oktober folgen Meldungen über eine Arbeit des von Antonio Girardi und Cristiana Favretto im Jahr 2009 gegründeten Designbüros Studiomobile für die 13. Architektur-Biennale 2012 in Venedig. Das Konzept beschäftigt sich mit dem Anstieg des Meeresspiegels, indem es den immer größer werdenden Ozean als neue Ressource begreift, die die Bereitschaft erfordert, sich mit den neuen Ökosystemen zu arrangieren, die in dieser salzhaltigen Welt entstehen werden.

Das Networking Nature genannte Konzept ist ein Ökosystem, das von Meerwasser lebt – und im Gegenzug frisches Trinkwasser produziert. In dem vorgeführten Modell ist ein Glastank mit Meerwasser gefüllt, das dann durch eine Reihe von solarbetriebenen Destillierapparaten in frisches Trinkwasser umgewandelt wird. Durch die von kleinen Lampen simulierte Sonnenwärme verdampft das Meerwasser, und der Dampf wird zu frischem Wasser kondensiert, das in Tanks gesammelt und dann abgegeben wird.

Dabei ist Networking Nature nicht nur dazu gedacht, Einzelpersonen oder Familien mit frischem Wasser zu versorgen, sondern auch Teil einer größeren lokalen Wasserinfrastruktur zu werden. Die Designer denken dabei an ein intelligentes Wassernetz (Smart Water Network, SWN), das von Sensoren gesteuert wird, die den lokalen Wassermangel messen und über Prozessoren die Pumpen aktivieren, die das Wasser dort bereitstellen, wo der Bedarf am größten ist. Über irgendwelchen weiteren Umsetzungsschritte ist nichts bekannt.

Der Designer Li Zhengkui stellt im August 2015 das Konzept einer Rettungsinsel vor, die gleichzeitig als Wasserfilter fungiert. Seine Solar Water Still ist eine Boje, die die Sonnenenergie und auch Meeresströmungen nutzt, um kontinuierlich Meerwasser in Süßwasser zu verwandeln. So können sich Schiffe und Boote mit Trinkwasser versorgen, auch wenn sie mitten auf dem Meer unterwegs sind.

Darüber hinaus verfügt die Rettungsinsel mit einem Durchmesser von mehreren Metern über ein SOS-Signalsystem und eine Grundausstattung an Hilfsgütern, die jedem das Überleben sichern, der auf See gestrandet ist. Über das Design hinaus scheinen noch keine Umsetzungsschritte unternommen worden zu sein.

Etwa von 2017 stammt ein Ansatz im kleineren Format, der auf der genialen Idee basiert, konventionelle Rettungsringe einem ,Upgrade’ zu unterziehen.

Das von He Yue, Wang Dading und Yuan Huaiyu entworfene Konzept Life Buoy soll Schiffbrüchige davor bewahren, an Dehydrierung und Sonnenbrand zu sterben, weil ein längeres Eintauchen in Meerwasser den Wasserverlust des Körpers beschleunigt.

Indem ein Teil des Rettungsring transparent gestaltet und mit einer Zufuhrmöglichkeit für eine gewisse Menge Meerwasser ausgestattet wird, kann dieser Bereich trinkbares Wasser destillieren und die Chancen der Überlebenden erhöhen, gerettet zu werden. Zur Entnahme gibt es einen flexiblen Saugschlauch.

Zwar blieb es auch in diesem Fall bislang beim reinen Design – das allerdings mit einem reddot award 2018 ausgezeichnet wird.

Im September 2017 stellen Wissenschaftler der Huazhong University of Science and Technology in China ein Gerät vor, das gleichzeitig Süßwasser und Strom aus Meerwasser erzeugt. Das Team um Prof. Jun Zhou hat ein Hybridsystem konstruiert, das aus einem lichtabsorbierenden Filterpapier besteht, das mit Kohlenstoffnanoröhrchen über einer ionenselektiven Membran modifiziert wurde und auf dem Wasser schwimmt. Die auftreffende Sonnenenergie erwärmt das Wasser auf der Oberfläche, so daß es verdampft; die Kondensation dieses Dampfes ergibt frisches Wasser.

Doch wenn die Wassermoleküle die Oberfläche des Geräts verlassen, steigt die Salzkonzentration dort im Vergleich zum Meerwasser darunter signifikant an (Salinitätsgradient) - eine Eigenschaft, die die Forscher bisher vernachlässigt haben. Dabei kann die Energiedichte dieses Salzgehaltsunterschieds bis zu sechsmal höher sein als der Unterschied zwischen Fluß- und Meerwasser, der die Grundlage von Osmose-Kraftwerken ist.

Der Schlüssel zur Kombination der beiden Prozesse ist die Selektivität der eingesetzten Membran, die nur positive Ionen durchläßt, wodurch auf beiden Seiten ein Ladungsungleichgewicht entsteht, das sowohl ein elektrisches Potential als auch Strom aus Redoxreaktionen an den Elektroden erzeugt.

Das Team stellt zum Beleg der Machbarkeit ein Gerät mit einer Fläche von 100 cm² her, das eine Leistungsdichte von 1 W/m² zeigt, was im Vergleich zu Sonnenkollektoren mit 10 - 20 W/m² noch ziemlich gering ist. Zudem werden während des Betriebs die eingesetzten Silber-Elektroden verbraucht, deren Auflösung das Wasser verschmutzen würde.

Eine weitere innovative und kostengünstige Technologie, um Meerwasser durch Sonnenenergie in Süßwasser zu verwandelt, wird in einer im Dezember 2018 in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlichten Studie des Politecnico di Torino beschrieben. Die Gruppe junger Ingenieure, die aus Eliodoro Chiavazzo, Matteo Morciano, Francesca Viglino, Matteo Fasano und Pietro Asinari besteht, entwickelt am Clean Water Center (CWC) der Universität einen Prototypen, der im Vergleich zu früheren Lösungen in der Lage sein soll, die mit einer gegebenen Sonnenenergie produzierte Wassermenge theoretisch zu verdoppeln.

Während herkömmliche ‚aktive‘ Entsalzungstechnologien kostspielige mechanische oder elektrische Komponenten benötigen, basiert der neue Ansatz auf spontanen Prozessen, die ohne zusätzliche Maschinen ablaufen und daher als ‚passive‘ Technologie bezeichnet werden können. Dem zufolge basiert das Funktionsprinzip auf dem Vorbild von Pflanzen, die das Wasser durch Kapillarwirkung und Transpiration von den Wurzeln zu den Blättern transportieren.

Das schwimmende Gerät nimmt das Meerwasser mit Hilfe eines kostengünstigen porösen Materials auf, was den Einsatz teurer und schwerfälliger Pumpen obsolet macht. Das Meerwasser wird dann durch Solarenergie erhitzt, denn die Membrandestillation (MD) ist ein thermisch angetriebenes Behandlungsverfahren, bei dem die Trennung durch einen Phasenwechsel ermöglicht wird. Dabei fungiert eine hydrophobe mikroporöse Membran als Barriere für die flüssige Phase und läßt Wasserdampf durch die Membranporen passieren, während alle Substanzen, die sich nicht verflüchtigen, einschließlich Salze, zurückgehalten werden.

Die treibende Kraft des Prozesses ist die Differenz zwischen dem Zufuhrstrom von 50 – 70ºC und der wesentlich niedrigeren Umgebungstemperatur. Ein bekannter Nachteil der ‚passiven‘ Entsalzungstechnologien war bisher ihre geringe Energieeffizienz im Vergleich zu den ‚aktiven‘ Technologien. Doch anstatt sich wie andere darauf zu konzentrierten, die Absorption der Sonnenenergie zu maximieren, richten die Forscher des Politecnico ihre Aufmerksamkeit auf ein effizienteres Management der absorbierten thermischen Sonnenenergie.

Indem die Sonnenwärme in mehreren Kaskadenverdampfungsprozessen ‚recycelt‘ wird, sollen sich pro Quadratmeter und Tag bis zu 20 Litern Trinkwasser gewinnen lassen, ein Rekordwert. Der im Laufe von gut zwei Jahren entwickelte Prototyp wird vor Varazze im ligurischen Meer erfolgreich getestet und erbringt den ersten Beweis, das das Multi-Effekt-Verfahren auch bei passiven Entsalzungstechnologien sehr effektiv sein kann.

Dem Stand von 2022 zufolge ist man am CWC dabei, einen MD-Laboraufbau mit einer aktiven Membranfläche von 50 × 10 cm mit Solarpaneelen und einem zweiachsigen parabolischen Solarkonzentrator mit einer Kollektorfläche von 10 m² und einer solarthermische Leistung von 8 kW zu koppeln, um die Technologie in größerem Umfang zu demonstrieren. Zudem suchen die Forscher nach Industriepartnern, um ihren Prototyp haltbarer, skalierbarer und vielseitiger zu machen.

Eine besonders interessante Erfindung aus den Jahren 2019/2020 ist das Solar Desalination Skylight, das auf den Architekten Henry Glogau aus Neuseeland zurückgeht, der bei dem Architekturbüro 3XN mit Sitz in Kopenhagen, Dänemark, arbeitet. Die Juroren der Lexus Design Awards sind so beeindruckt von dem ganzheitlichen Ansatz des Geräts, daß sie diesem die höchste Auszeichnung verleihen.

Da in Chile alle wesentlichen Dienstleistungen privatisiert sind und es keine öffentliche Wasserversorgung gibt, müssen viele chilenische Gemeinden exorbitante Preise für frisches Wasser zahlen. Eine von ihnen ist Mejillones, ein Küstendorf weit im Norden der Hauptstadt Santiago. Das Solar-Dachfenster von Glogau sorgt nicht nur für eine sanfte indirekte Beleuchtung von Innenräumen, ohne dabei Wärme hineinzulassen, sondern entsalzt darüber hinaus täglich bis zu 400 ml Meerwasser.

Der solare Entsalzer ist aber nur ein Anfang für die Menschen in dieser wasserarmen Gemeinde, denn der menschliche Körper benötigt etwa zwei Liter Wasser pro Tag. Für die Menschen von Mejillones ist das Gerät dennoch ein Wunder, bei dem Meerwasser von Hand über einen kleinen Schlauch in die Leuchte hineingepumpt wird, während das saubere Trinkwasser später von unten abgezapft werden kann.

Die runde Deckenleuchte, deren Form als Oberlicht vertraut ist und nicht wie ein Hightech-Gadget wirkt, ist zudem ein Hybrid, dessen LED-Lichtband tagsüber durch ein kleines Solarpaneel aufgeladen wird. Die Leuchte wird außerdem von der Salzsole gespeist, die bei der Verdunstung anfällt und zwölf Salzwasserbatterien bildet, welche das Oberlicht nachts durch eine chemische Reaktion in Kupfer- und Zinkröhren mit Strom versorgt.

Man kann das Solar Desalination Skylight als eine Erweiterung eines Selbstbau-Tageslichtsystems betrachten, das auf den brasilianischen Elektroingenieur Clivenor de Araujo Filho im Jahr 2002 zurückgehen soll. Dabei werden transparente Plastikflaschen mit frischem Wasser und etwas Bleichmittel befüllt, um dem Algenwachstum im Inneren vorzubeugen, dann gut verschlossen und in Löcher in dem Dachmaterial, z.B. Wellblech, eingesetzt.

Indem sie zur Hälfte außen dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, strahlen sie im Durchschnitt so viel Licht wie eine 50 W Glühbirne in den Raum hinein – ohne Wärme hineinzulassen. Das Projekt unter dem Namen Liter of Light wird ausführlich im Kapitelteil der Solarleuchten beschrieben.

Von Prof. Evelyn N. Wang und einem Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der University of Louisville und der Shanghai Jiao Tong University stammt die März 2021 erscheinende und sehr zu empfehlende technisch-wirtschaftliche Analyse ,Passive, high-efficiency thermally-localized solar desalination’, die freundlicherweise im Netz vollständig einsehbar ist.

In der Übersichtsarbeit werden zwei kritische Faktoren - Wasserproduktion und Zuverlässigkeit - erörtert, da zwischen der Innovation im Labormaßstab und der kommerziellen Nutzung eine erhebliche Wissenslücke klafft. Zudem wird gezeigt, daß die Optimierung des Wärme- und Stofftransfers der gesamten solaren Entsalzungsanlage und die Rückgewinnung der latenten Kondensationswärme wichtig sind, um die Gesamtwasserproduktion zu steigern.

Gleichzeitig wird in der Vergleichsstudie das Potential neuartiger Systemarchitekturen und Strömungstechniken erörtert, die Antifouling und robuste Entsalzungsanlagen ermöglichen.

Ein spezielles Design wird im August 2021 in den Blogs vorgestellt, nachdem es den James Dyson Award erhält. Der WaterPod ist eine schwimmende Kapsel für den individuellen Gebrauch, die Meerwasser durch einen natürlichen solaren Entsalzungsprozeß in Trinkwasser verwandelt.

Das Team hinter dem WaterPod – Bennie Beh Hue May, Yap Chun Yoon und Loo Xin Yang vom Asia Pacific Institute of Information Technology – entwickelt das Konzept als Reaktion auf den Mangel an sauberem Trinkwasser in Sandakan, in ihrer Heimat Malaysia. Es soll die Möglichkeit bieten, daß die dortige Seefahrergemeinschaft Zugang zu sauberem Trinkwasser erlangt, und dies unabhängig von der Plastikverschmutzung im Meer.

Das auf dem Wasser schwimmende Gerät arbeitet als selbstreinigendes solares Entsalzungssystem, das Meerwasser über ‚Unterwasserdochte‘ aufnimmt, die von Mangrovenbäumen inspiriert sind. Die künstlichen Wurzeln füllen die Gondel mit Meerwasser, bis der Wasserstand die schwarze Kuppel erreicht. Diese besteht aus einer transparenten Abdeckung, einer Lage aus schwarzem Stoff und einer darunter liegenden gewölbten Aluminiumplatte.

Im Inneren der Kuppel durchläuft das Meerwasser einen Verdampfungs- und Kondensationsprozeß, um die Salzpartikel aus dem Meerwasser zu entfernen, während die Wasserdämpfe allmählich aus der transparenten Hülle austreten und sich im Speicherfach des WaterPods sammeln, von wo aus der Benutzer das Trinkwasser abpumpen kann.

Der obere Teil des Geräts ist mit expandiertem Polyurethanschaum gefüllt, der die Wärmeisolierung und den Auftrieb verbessert, während darunter ein Zementsockel für die Auftriebsstabilität sorgt. Über entsprechende Verbindungen lassen sich mehrere Pods zu Gruppen zusammenfassen.

Im März 2023 folgen Berichte über das von Jelko Seiboth, Jonathan Heil und Marcel Schroller neu gegründete Start-Up DrinkSea, das der Ruhr-Universität Bochum (RUB) entstammt und ebenfalls Solarenergie nutzt, um Salzwasser zu erwärmen und zu verdampfen. Damit will das Unternehmen autark und unkompliziert Trinkwasser aus dem Meer in die ländlichen Regionen des globalen Südens bringen.

Das Team kann bereits ein funktionierendes Labormodell ihrer DrinkSea Whale genannten Technologie vorweisen, dem nun ein langlebiger und modulare Prototyp für Feldtests folgen soll, der auch nach der Testphase zuverlässig produzieren kann. Dieser soll Menschengruppen von bis zu 30 Personen mit Trinkwasser versorgen können. Darüber hinaus hält sich die Firma ziemlich bedeckt, was technische Details oder konkrete Leistungsangaben anbelangt.

In der im April erscheinenden Studie ,Synergies and potential of hybrid solar photovoltaic-thermal desalination technologies’, die im Netz einsehbar ist, berichtet ein Forschungsteam des Imperial College London und des King’s College London darüber, wie die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie die Effizienz und Rentabilität verschiedener solarer Entsalzungsprozesse verbessern könnte.

Die Forscher um Christos N. Markides unterscheiden dabei zwischen Entsalzungstechnologien, die vorzugsweise mit Strom betrieben werden, und solchen, die auf Wärme angewiesen sind. Zu den ersteren gehören die Umkehrosmose (RO), die Elektrodialyse (ED), die mechanische Dampfkompression (MVC) und die kapazitive Deionisation (CDI), zu den letzteren die mehrstufige Flash-Destillation (MSF), die Destillation mit Mehrfachwirkung (MED) und die Membrandestillation (MD).

Die beiden betrachteten Variablen sind die Wasserproduktivität der PVT-Entsalzung im Vergleich zur PV-Entsalzung und ST-Entsalzung; und die Kapitalkosten von PVT-Systemen im Vergleich zu PV- und ST-Systemen. Durch ihre Analyse finden die Forscher heraus, daß die Betriebskosten der am weitesten verbreiteten Entsalzungstechnologie - der Umkehrosmose (RO) - um 20 % gesenkt werden können, wenn sie durch PVT-Systeme im Vergleich zu reinen PV-Anlagen betrieben werden.

Insbesondere ein Ansatz, der auf synergetischen elektrothermischen Kopplungsmechanismen beruht, könnte nicht nur höhere Wirkungsgrade als konventionelle PVT-Kollektoren, sondern auch niedrigere Kosten für entsalztes Wasser bieten. Den Forschern zufolge müssen aber noch weitere Forschungsarbeiten durchgeführt werden, um den Mechanismus der elektrothermischen Kopplung zu klären und parametrische Theorien und Modelle für die gemeinsame Nutzung von Strom und Wärme in verschiedenen Entsalzungsprozessen zu entwickeln.

Im Juni 2023 folgt ein weiterer Übersichtsartikel, der diesmal von einem Team um Qian Li an der Shandong University in China stammt und sich in erster Linie mit Solarverdampfern auf Hydrogelbasis aus verschiedenen optothermischen Materialien befaßt. Auch dieser Artikel namens ,Hydrogel-based solar-driven interfacial evaporation: Current progress and future challenges’ ist im Netz einsehbar.

Eine erstaunlich hohe Wasserproduktionsrate soll ein neues solares Entsalzungssystem erreichen, das von einem amerikanisch-chinesischen Forschungsteam unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Shanghai Jiao Tong University entwickelt worden ist, wie im September 2023 berichtet wird. Nach Aussage des Teams hat die neue mehrstufige Membrandestillation auch eine höhere Salzabweisungsrate als alle anderen passiven solaren Entsalzungskonzepte, die der Fachwelt derzeit bekannt sind.

Das Gerät besteht aus einer Reihe von Kammern mit Wärmetauschern und Kondensatsammlern. Die zentrale Komponente ist eine einstufige Einheit, die einem schlanken Kasten ähnelt, der 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 Box wird schräg in ein größeres, leeres Gefäß gestellt, und ein Rohr von der oberen Hälfte der Box nach unten durch den Boden des Gefäßes gelegt. Anschließend läßt man die Box 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 verwirbelt. Die kleinen Wirbel tragen dazu bei, daß das Wasser mit der oberen Verdunstungsschicht in Kontakt kommt und das Salz weiter durch das Gerät zirkuliert und aus ihm heraus, anstatt sich abzusetzen und das System zu verstopfen.

Das Team baut mehrere Prototypen mit einer, drei und zehn Stufen und testet deren Leistung in Wasser mit unterschiedlichem Salzgehalt, darunter natürliches Meerwasser und siebenmal salzigeres Wasser. Mit einem 10-stufigen Gerät wird eine rekordverdächtige Solarwasser-Effizienz von 322 - 121 % bei einem Salzgehalt von 0 - 20 Gewichtsprozent erreicht, unter der Beleuchtung einer einzigen Sonne. Darüber hinaus wird mit einer 180-stündigen kontinuierlichen Entsalzung eine extreme Widerstandsfähigkeit gegen Salzakkumulation bewiesen.

Die Wissenschaftler schätzen, daß schon ein Entsalzungsgerät in der Größe eines Koffers 4 - 6 Liter Trinkwasser pro Stunde produzieren und mehrere Jahre halten könnte. Weitere Praxistests sollen nun die Tauglichkeit unter Beweis stellen. Der im Oktober veröffentlichte Artikel ,Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection’ ist im Netz aufrufbar.

Ein weiteres Team des MIT, diesmal um Gang Chen, berichtet im Oktober 2023 über die Entdeckung eines überraschenden, neuen Phänomens, das photomolekularer Effekt genannt wird, in Anlehnung an den bekannten photoelektrischen Effekt.

Im Gegensatz zu dem, was noch immer an der Grundschule gelehrt wird, stellte sich nämlich heraus, daß Wärme nicht unbedingt notwendig ist, um Wasser verdampfen zu lassen. Tatsächlich kann auch Licht allein Wasser verdampfen - und dabei sogar effizienter sein als Wärme (,Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit’).

Verdunstung findet statt, wenn Wassermoleküle nahe der Flüssigkeitsoberfläche genügend Energie absorbieren, um als Wasserdampf in die darüber liegende Luft zu entweichen. Im Allgemeinen ist Wärme die Energiequelle, doch in den letzten Jahren haben verschiedene Wissenschaftlerteams bei ihren Experimenten mit in Hydrogelen gespeichertem Wasser Unstimmigkeiten festgestellt. Das Wasser verdampfte viel schneller, als es aufgrund der Hitzeeinwirkung möglich sein sollte, manchmal bis zum Dreifachen der theoretischen Höchstgeschwindigkeit.

Nach einigen grundlegenden Experimenten, um herauszufinden, was passiert sein könnte, stellen die Wissenschaftler die Hypothese auf, daß das Licht selbst für die übermäßige Verdunstung verantwortlich ist. Um dies zu überprüfen, wird eine Hydrogelprobe in einen Behälter auf einer Waage gelegt und nacheinander mit Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt. Dabei wird die Menge an Masse gemessen, die die Hydrogelprobe im Laufe der Zeit durch Verdunstung verliert.

Und tatsächlich verdampft das Wasser viel schneller, als es der thermische Grenzwert erlaubt. Es zeigt sich, daß Licht an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft Verdunstung herbeiführen kann, daß der Effekt von der Polarisation, dem Einfallswinkel und der Wellenlänge des Lichts abhängt, und daß die stärkste Wirkung im grünen Bereich des Lichtspektrums (520 nm) beobachtet werden kann, wie es in der Aufnahme gezeigt wird. Diese Abhängigkeit von der Farbe ist ein weiterer Beweis dafür, daß die Verdunstung nicht mit der Wärme zusammenhängt.

Als das Experiment im Dunkeln wiederholt wird, wobei mit Hilfe von Strom die gleiche Wärmemenge auf das Hydrogel aufgebracht wird wie zuvor im Lichtexperiment, bleibt die Verdunstungsrate des Wassers deutlich innerhalb der thermischen Grenze und weit unter derjenigen, die bei Lichteinwirkung erreicht wird. Als Erklärung des photomolekularen Effekts wird angenommen, daß Licht-Photonen ganze Clusters von Wassermolekülen nahe der Flüssigkeitsoberfläche ,abspalten’ könnten.

Die Forscher haben bereits einen Zuschuß vom Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab des MIT erhalten, um den Einsatz in der solarbetriebenen Entsalzung zu untersuchen, was ihrer Einschätzung nach deren Effizienz um das Drei- bis Vierfache steigern könnte. Möglicherweise läßt sich das Phänomen auch bei der Verdunstungskühlung nutzten, indem der Phasenwechsel für ein hocheffizientes solares Kühlsystem eingesetzt wird. Außerdem bekommen die Wissenschaftler Mittel aus den Professor Amar G. Bose Research Grants, um zu erforschen, ob sich der Effekt auch in der Natur auswirkt -  z.B. in Wolken oder auf der Meeresoberfläche - und damit die gegenwärtigen Klimamodelle durcheinander bringen könnte.

Auch eine neue Entsalzungstechnologie, die auf der photovoltaischen Elektrodialyse (PV-ED) basiert und erstmals im Mai 2024 präsentiert wird, geht auf ein Team unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) zurück, zu dem Forscher des King’s College London und des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) in Bayern gehören. Die Methode wird auch als Elektrodialyse-Umkehrtechnologie (Electrodialysis Reversal, EDR) bezeichnet.

Im Gegensatz zur Umkehrosmose, bei der Wasser unter hohem Druck durch eine Membran gepumpt wird, um die Salze zu entfernen, werden bei der Elektrodialyse die Salzionen durch ein elektrisches Feld aus dem Wasser gezogen, während dieses durch einen Stapel von Ionenaustauschmembranen fließt. Damit werden höhere Wassergewinnungsraten erzielt, und die Technologie zeigt einen einfacheren Betrieb, eine längere Lebensdauer der Membranen und eine bessere Funktion bei hohen Temperaturen.

Da der Betrieb allerdings eine konstante Leistung erfordert, benötigen PV-EDR-Anlagen aufgrund der unsteten Natur der Solarenergie aber die Unterstützung von Batterien oder überdimensionierten Solarsystemen. Um dieses Problem zu überwinden entwickelt das Team um Prof. Amos G. Winter eine Technologie, die eine zeitvariable Spannungs- und Durchflußanpassung beinhaltet, welche es dem Brackwasserentsalzungssystem ermöglicht, seinen Stromverbrauch in jedem Zeitschritt dynamisch an die verfügbare Solarenergie anzupassen und damit die Wasserproduktion unter wechselnden Sonnenbedingungen zu optimieren.

Für praktische Analysen wird ein Prototyp mit den typischen Konstruktionsparametern und Betriebsbedingungen eines PV-EDR-System im kommunalen Maßstab gebaut, das 6.000 Liter Süßwasser pro Tag produziert. Das Pilotsystem, das ohne zusätzliche Batterien auskommt, wird von einem Solarpaneel mit einer Fläche von 37 m² gespeist. Durch den Verzicht auf Batterien werden nicht nur die Anschaffungskosten gesenkt, sondern auch die laufenden Wartungskosten minimiert. Außerdem haben Batterien eine begrenzte Lebensdauer und müssen regelmäßig ersetzt werden.

Beim Vergleich mit einem herkömmlichen EDR-System mit konstantem Betrieb zeigt sich, daß das flexible System in der Lage ist, durchschnittlich 77 % der verfügbaren Solarenergie zu nutzen, verglichen mit nur etwa 40 % im konventionellen System. Zudem erreicht das flexible System sein Produktionsvolumen um bis zu 54 % schneller.

Im Oktober folgt ein weiterer, ebenfalls im Netz einsehbarer MIT-Artikel namens ,Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control’, nachdem der Prototyp sechs Monate lang in New Mexico an mehreren Grundwasserbrunnen mit Brackwasser betrieben wurde und dabei rund 93,74 % der erzeugten PV-Energie nutzen konnte, auch bei stark schwankenden Wetterbedingungen, um täglich bis zu 5.000 Liter sauberes Trinkwasser zu erzeugen.

Der nächste Schritt ist die Erforschung der langfristigen Leistungsfähigkeit und die Erweiterung des Anwendungsbereichs der PV-EDR-Technologie über die Brackwasserentsalzung hinaus. Auch soll das System skaliert erden, um es für größere Gemeinden oder sogar städtische Anwendungen nutzbar zu machen.

Die Arbeit wird zum Teil von der National Science Foundation (NSF), der Julia Burke Foundation und der MIT Morningside Academy of Design unterstützt, hinzu kommen Sachleistungen von den Firmen Veolia Water Technologies and Solutions und Xylem Goulds. Außerdem will das Team in den kommenden Monaten ein Unternehmen gründen, um die Technologie in kommerziellem Maßstab einzusetzen.

Im November stellen Forscher der University of South Australia (UniSA) um Prof. Haolan Xu zusammen mit Kollegen aus China ein neuartiges Verfahren der grenzflächenbasierten solarbetriebenen Verdampfung vor, mit dem Meerwasser schneller verdunstet als Süßwasser. Durch den Einsatz von kostengünstigen und weit verbreiteten Tonmineralien in einem schwimmenden photothermischen Hydrogelverdampfer erzielt das Team Meerwasserverdampfungsraten, die 18,8 % über denen von reinem Wasser liegen. Dies gilt als bedeutender Durchbruch, da frühere Studien alle zu dem Ergebnis kamen, daß die Verdunstungsraten von Meerwasser etwa 8 % niedriger sind als die von reinem Wasser.

Zu den verwendeten mineralischen Materialien gehörten Halloysit-Nanoröhrchen, Bentonit, Zeolith und Montmorillonit in Kombination mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Natriumalginat zur Bildung eines photothermischen Hydrogels. Die Mineralien reichern selektiv Magnesium- und Kalziumionen aus dem Meerwasser an den Verdunstungsflächen an, wodurch die Verdunstungsrate des Meerwassers erhöht wird. Der Schlüssel zu diesem Durchbruch liegt in dem Ionenaustauschprozeß an der Luft-Wasser-Grenzfläche, der spontan während der solaren Verdunstung stattfindet, was ihn sehr praktisch und kostengünstig macht. Den Forschern zufolge behielt der Hydrogelverdampfer seine Leistung auch nach monatelangem Eintauchen in Meerwasser bei.

Im Dezember 2024 berichten die Blogs über eine Entsalzungsanlage auf Grundlage der PVT-betriebenen Direktkontakt-Membrandestillation (DCMD) für netzunabhängige Anwendungen in abgelegenen Gebieten, das von Wissenschaftlern der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) um Farzaneh Mahmoudi entwickelt wurde. Das mit einem photovoltaisch/thermischen (PV/T) Paneel betriebene, modulare und anpassungsfähige Design wird ausführlich in dem im Netz einsehbaren Bericht ,Sustainable desalination through hybrid photovoltaic/thermal membrane distillation: Development of an off-grid prototype’ beschrieben.

DCMD ist eine Art von Membrandestillationsverfahren (MD), bei dem beide Seiten der Membran in direktem Kontakt mit Wasser stehen. Sowohl bei der DCMD als auch bei der herkömmlichen MD wird salzhaltiges oder verschmutztes Wasser erhitzt, wodurch Dampf entsteht, der durch eine Membran strömt und die Verunreinigungen auf der heißen Zufuhrseite des Systems zurückhält. Auf der kalten Permeatseite hingegen wird der Dampf durch kalte Bedingungen abgekühlt und wieder in flüssiges Wasser umgewandelt. Der ,direkte Kontakt’ des Systems bezieht sich auf die Tatsache, daß sowohl die heiße als auch die kalte Seite in direktem Kontakt mit der Membran stehen.

Der aktuelle Versuchsaufbau der CSIRO basiert auf einem DCMD-Modul im Labormaßstab mit einer effektiven Membranfläche von 80 cm² unter Verwendung einer Polytetrafluorethylen (PTFE)-Membran. Das PV/T-Paneel hat eine elektrische Leistung von 375 W und eine thermische Leistung von 660 W. Die elektrische Leistung wird zum Betrieb einer Pumpe verwendet, die das Wasser im System zirkulieren läßt, sowie für zwei Lüfter mit je 100 W zur Kühlung des Frischwassers, das als Kühlmittel auf der Kühlseite dient, und für eine Batterie als Backup. Dabei zirkuliert das Speisewasser durch den Rückseitenwärmetauscher des PV/T-Panels und erhöht dessen Temperatur auf 40 - 70°C am Einlaß des MD-Systems.

Bei ihrem Laborexperiment verwenden die Wissenschaftler eine elektrische Wechselstromheizung, um eine konstante Temperatur von 60°C im Heizbad und 52°C im Speisetank aufrechtzuerhalten. Anschließende Versuche im Freien, die während zweier Wochen des australischen Sommers stattfinden, zeichnen einen durchschnittlichen Permeatfluß von 8 - 16 kg/m² pro Stunde auf, im Vergleich zu 22 - 30 kg/m² in den Räumen. Der Fluß bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der das gereinigte Wasser durch die Membran fließt.

Der Stromverbrauch des Systems wird mit 130 - 140 W gemessen, was etwa einem Drittel der PV/T-Leistung entspricht, während der thermische und elektrische Wirkungsgrad zwischen 10 - 18 % bzw. 15 - 20 % liegt.

Zum Abschluß: Die wohl einfachste Form der solaren Destille ist die Adaption einer Überlebenstechnik, die eigentlich zur Allgemeinbildung gehören sollte: Um Trinkwasser aus der Bodenfeuchtigkeit zu gewinnen, wird ein trichterförmiges Loch gegraben, das mit einer Plastikfolie abgedeckt wird.

In deren Mitte wird ein Stein gelegt, um eine ebenfalls trichterförmige, aber flachere Form zu schaffen, und darunter (zuvor) ein Gefäß deponiert, welches das verdunstete und an der Folie kondensierende Wasser auffängt. Falls vorhanden, führt man einen Trinkschlauch von außen bis in das Gefäß.

Ist der Boden nicht feucht genug, kann man auch grüne Vegetation nehmen. Hat man Salz- oder Brackwasser zur Verfügung, ist die Ausbeute natürlich wesentlich höher.

Als nächstes werden solare Wasseraufbereitungsgeräte und -methoden präsentiert, die ebenfalls für den Einsatz in Ländern der 3. Welt gedacht sind. Ich behandle sie separat, da es hierbei explizit um verschmutztes oder verseuchtes Wasser geht und nicht um ‚sauberes’ Salzwasser.

 

Weiter mit der solaren Wasseraufbereitung...