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WASSER: für die Welt


HÖRZU - epaper ⋅ Ausgabe 8/2020 vom 14.02.2020

Die wichtigste Waffe gegen die Dürre ist Entsalzung von Meerwasser. Lange galt sie als viel zu teuer. Deutsche Forscher haben nun eine Lösung gefunden


2 Milliarden Liter Wasser verarbeitet die Anlage Jebel Ali pro Tag

Artikelbild für den Artikel "WASSER: für die Welt" aus der Ausgabe 8/2020 von HÖRZU. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: HÖRZU, Ausgabe 8/2020

MITTEN IM NICHTS 16 Millionen Touristen besuchten im vergangenen Jahr das Emirat Dubai – und verbrauchten dabei jede Menge Wasser


MIT NEUER TECHNIK Meerwasserentsalzung im Stadtteil Jebel Ali von Dubai. Die Anlage ist eine der größten weltweit


Der Wassermangel ist eine der größten Krisen unserer Zeit. Aber eine, die wir bewältigen können. Claus Mertes rechnet im Gespräch mit HÖRZU einmal ...

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... vor, wie viele Wasserfabriken nötig sind, damit auf der Erde kein Mensch mehr Durst leiden muss. Er kommt auf die Zahl 80.000. Als Chef des Thinktanks Deutsche Meerwasserentsalzung (DME) berät Mertes Staaten, die auf dem Trockenen sitzen, im Kampf gegen die Wassernot. Sein Institut hat derzeit 20.000 Fabriken erfasst, hauptsächlich im Nahen Osten, in Nordafrika und Südeuropa. Riesige Kraftwerke, die Meerwasser in Trinkbares verwandeln. 500 Millionen Menschen sind von ihnen abhängig. Mertes ist zuversichtlich, dass der globale Bedarf in Zukunft voll gedeckt werden kann, denn die Meerwasserentsalzung erlebt einen anhaltenden Boom und kann extrem hohe Zuwachsraten vorweisen: jährlich etwa 15 Prozent. Der Berater nimmt jedoch eine Einschränkung vor: Seine Rechnung gehe nur dann auf, wenn die Menschen die Trockengebiete der Erde verlassen und an die Küsten umsiedeln, dorthin, wo die Fabriken stehen.

Besonders dramatisch ist die Lage in Afrika

Wie aus dem UN-Weltwasserbericht 2019 hervorgeht, fehlt 2,1 Milliarden Menschen ein dauerhafter Zugang zu sauberem Trinkwasser. Über vier Milliarden Menschen, mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung, können keine sicheren Sanitäranlagen nutzen. Weil 80 Prozent der Abwässer ungeklärt versickern, breiten sich in Entwicklungsländern Darminfektionen wie Cholera oder Wurmerkrankungen wie Bilharziose aus. In ihrer Not bohren die Menschen das Grundwasser an und beuten damit die kostbare Ressource aus, die in trockenen Regionen gar nicht erneuerbar ist. Besonders dramatisch wirkt die Lage in Afrika. Lediglich 24 Prozent der Bevölkerung in den Ländern südlich der Sahara können sich dem Bericht zufolge mit sauberem Trinkwasser versorgen. Der größte Wasserverbraucher ist laut Uno mit 69 Prozent die Landwirtschaft. Auf Industrie und Energieerzeugung entfallen 19 Prozent, private Haushalte kommen auf 12 Prozent – solange man den Bürgern nicht den Hahn abdreht. Dieses Schreckensszenario stand im April 2018 den 4,5 Millionen Bewohnern der Metropolregion Kapstadt bevor. Nach der schlimmsten Dürre seit 100 Jahren drohte die Stadtverwaltung, das Wasser abzustellen. Medien berichteten über eine nahende Klimaapokalypse. Der Schock war heilsam. Kapstadt kündigte an, Millionen in eine moderne Wasserversorgung zu investieren, das heißt: Regenwasser sammeln, neue Grundwasserressourcen erschließen und Brauchwasser nutzen.

Prof. Matthias Wessling, Technische Hochschule Aachen


“Es gibt genügend Wasser und genügend Energie.“

Aber die wichtigste Waffe gegen Wasserknappheit ist die Entsalzung im industriellen Maßstab, wie sie in Dubai betrieben wird. Hier, am Persischen Golf, steht eine der größten Wasserfabriken der Welt: Der Jebel-Ali-Komplex, ein gasbefeuertes Kraftwerk, produziert täglich 2,1 Millionen Kubikmeter Trinkwasser, deckt den Großteil des Wasserverbrauchs der Stadt – und hat einen großen Nachteil: Das angewandte thermische Verfahren (siehe Kasten Seite 23) ist enorm energieintensiv.

Nicht wegkippen: Abwasser ist wertvoll

Sechsmal weniger Energie wird Experten zufolge bei der Umkehrosmose verbraucht. Schon in 85 Prozent der Anlagen kommt dieses modernere Verfahren zum Einsatz. Hierbei wird Meerwasser mit hohem Druck durch feine Membranen gepresst, um das Salz möglichst vollständig herauszufiltern. Aktuell lassen sich auf diese Weise aus 100 Litern Meerwasser rund 50 Liter Trinkwasser gewinnen. Übrig bleibt allerdings eine doppelt konzentrierte, mit Chemikalien versetzte Salzlauge, die arglos ins Meer gekippt wird.

Große Hoffnungen setzt die Branche auf ein drittes, elektrochemisches Verfahren: Die Kapazitive Deionisierung (CDI) soll die Entsalzung effizienter, energieärmer und umweltfreundlicher machen. Während bei den herkömmlichen Techniken aus riesigen Mengen Wasser das Salz herausgedrückt wird, zieht CDI die Bestandteile des Salzes, Anionen und Kationen, mittels Elektroden aus dem Wasser. Das Salz wird aus dem Meerwasser „wie mit einem Staubsauger herausgesogen“, erklärt Claus Mertes. „Damit ist ein Paradigmenwechsel eingeleitet: Wir fokussieren uns nicht mehr darauf, aus dem Meer so viel trinkbares Wasser wie möglich herauszudrücken – jetzt haben wir es nur noch auf die 3,5 Prozent Inhaltsstoffe abgesehen: die Salze.“

Die Aufmerksamkeit war groß, als 2014 ein deutsches Team um den Membranforscher Prof. Matthias Wessling eine neuartige CDI-Variante mit sogenannten Flow-Elektroden aus Kohlenstoffpartikeln präsentierte. Sie schwimmen in der Flüssigkeit mit, binden das Salz und ermöglichen einen kontinuierlichen Prozess von Salzentfernung, Regenerierung der Elektroden und erneuter Entnahme. Die Entsalzungsrate liegt bei über 90 Prozent. Matthias Wessling, Leiter des Lehrstuhls für Chemische Verfahrenstechnik an der RWTH Aachen, wurde im März 2019 für seine Arbeiten mit dem renommierten Leibniz-Wissenschaftspreis ausgezeichnet.


97 % des Wassers auf der Erde sind ungenießbares Meerwasser


CDI bringt dazu ein völlig neues Geschäftsmodell hervor. Die Technik macht es möglich, aus dem salzigen Abwasser die Chemikalien und Metalle herauszuziehen und zu trennen, die ansonsten einfach zurück ins Meer gepumpt werden. Wessling sah darin schon immer „eine ungeheure Verschwendung“. Mit der Gewinnung dieser werthaltigen Stoffe lässt sich nun die Produktion von Trinkwasser finanzieren. Es ist gewissermaßen das „Abfallprodukt“. Erste Demonstrationsanlagen sind bereits in Betrieb. Wessling hat mehrere Patente entwickelt, „demnächst“ soll auch noch eine eigene Firma ausgelagert werden. Für Claus Mertes handelt es sich um „eine noch ganz kleine Pflanze mit sehr großem Potenzial“. Bis die Technik in größeren Anlagen eine Rolle spielt, werde es „wahrscheinlich 10 bis 15 Jahre dauern“.

Wessling ist kein Freund davon, die Wasserversorgung auf die Küstenregionen zu konzentrieren: „In meinen Vorlesungen bringe ich den Studenten als Erstes bei, sich die Umgebung genau anzuschauen, für die sie ein Produkt entwickeln“, berichtet der Forscher. „200 Jahre lang haben wir geglaubt, wir müssten unsere Modelle einfach nur anderen Ländern überstülpen, dann geht es der Welt besser. Aber so funktioniert das nicht.“

Für Menschen ohne Zugang zum Meer müssten sich die Ingenieure etwas anderes einfallen lassen. Anleihen bei der Biologie könnten helfen. „Manche Tiere haben eine hydrophobe Oberfläche, auf der nachts das Wasser kondensiert. Durch Kanäle auf der Haut läuft es ihnen direkt ins Maul“, so Wessling. „Wenn es uns gelingt, diesen Kondensationsprozess nachzuahmen, dann können wir Wasser auch in trockenen Regionen produzieren, die nicht an der Küste liegen.“

GEGENSÄTZE Wüsten gehören zu den Vereinigten Arabischen Emiraten. Golfplätze eher nicht


Die wichtigsten Entsalzungsverfahren

In den Golfstaaten kommt vor allem die vielstufige Verdampfung zum Einsatz, die energieintensiv ist. Das thermische Entsalzungsverfahren nutzt die Abwärme von Kraftwerksturbinen, um Meerwasser zu erhitzen. In mehreren Stufen kondensiert der entsalzte Wasserdampf und trägt wiederum zur Erhitzung neu einströmenden Wassers bei. Moderner und weniger energieaufwendig ist die Umkehrosmose, bei der Meerwasser mit hohem Druck durch eine Membran gepresst wird. Das Verfahren ist weltweit in 85 Prozent aller Anlagen im Einsatz. Eine vielversprechende Alternative bietet das elektrochemische Verfahren der Kapazitiven Deionisierung (CDI): Elektroden ziehen die Bestandteile des Salzes (Anionen und Kationen) aus dem Wasser. In einem zweiten Schritt der Regeneration werden die Elektroden entladen, bis ein Salzkonzentrat übrig bleibt.


FOTOS: S. 22-23: MARKOVINA/AWL IMAGES, LOWELL/TRUNK, PETER WINANDY, SHUTTERSTOCK; S. 24: LOWELL/TRUNK, LOOK, HANNES/VISUM; INFOGRAFIK: HÖRZU