Wie Sie vielleicht wissen, können wir Menschen kein Meerwasser trinken. Schließlich ist Meerwasser voller Salz, das den menschlichen Körper stark dehydriert und austrocknet.
Aber was wäre, wenn wir das Meerwasser sicherer und trinkbar machen könnten?
Tatsächlich ist es bereits möglich, Meerwasser so aufzubereiten, dass es trinkbar ist, und diesen Prozess bezeichnet man als Entsalzung. Entsalzung ist ein Prozess, bei dem gelöste Mineralien (einschließlich, aber nicht beschränkt auf Salz) aus Meerwasser, Brackwasser oder behandeltem Abwasser entfernt werden.
Für die Entsalzung wurde eine Reihe von Technologien entwickelt, darunter Umkehrosmose (RO), Destillation, Elektrodialyse und Vakuumgefrieren.
Warum ist Meerwasser eine so attraktive Wasserressource? Und wie kann man Salzwasser in reines und sauberes Trinkwasser verwandeln?
Inhaltsverzeichnis
Kann man Meerwasser trinkbar machen?
Meerwasser bietet weltweit eine unbegrenzte, zuverlässige Wasserversorgung für Menschen in Küstenregionen. Brackwasser ist eine reichhaltige, relativ trockenheitssichere Wasserressource für die Bevölkerung im Inland und verringert die Abhängigkeit von importiertem Wasser.
Vom gesamten Wasser der Erde sind 97 Prozent Salzwasser, nur 1 Prozent ist Süßwasser, das den Menschen zum Trinken zur Verfügung steht, und 2 Prozent sind gefroren.
Von den mehr als 7.500 Entsalzungsanlagen, die weltweit in Betrieb sind, befinden sich 60% im Nahen Osten. Die weltgrößte Anlage in Saudi-Arabien produziert 128 MGD entsalztes Wasser. Im Gegensatz dazu werden 12% der Weltkapazität auf dem amerikanischen Kontinent produziert, wobei sich die meisten Anlagen in der Karibik und in Florida befinden.
Wie kann man Salzwasser trinkbar machen?
Es erscheint merkwürdig, dass Wasser eine so knappe Ressource ist, wenn unser Planet ein Volumen von 1,338 Mrd. km³ Meerwasser hat. Aber es stellt sich heraus, dass weniger als die Hälfte von 1 Prozent davon trinkbar ist.
Von dem Rest sind 97 Prozent ozeanisches Salzwasser und 2 Prozent bleibt in Eiskappen und Gletschern eingeschlossen.
Die krasse Ironie von Samuel Coleridges unsterblicher Zeile “Water, water everywhere, nor any drop to drink” (“Wasser, Wasser, überall / Kein Tropfen zum Trinken”) manifestiert sich jedes Jahr in Küstenkatastrophen auf der ganzen Welt, wie dem Hurrikan Katrina, dem Tsunami in Indonesien 2004 und dem Erdbeben in Haiti 2010, da Menschen in Sichtweite ganzer Ozeane von Austrocknung bedroht sind.
Zwischen Dürreperioden, Naturkatastrophen und der durch den Klimawandel bedrohten großräumigen Umverteilung von Feuchtigkeit wächst der Bedarf an neuen Trinkwasserquellen mit jedem Tag. Jedes Jahr schwillt die Weltbevölkerung um weitere 85 Millionen Menschen an, aber die weltweite Nachfrage nach Süßwasser steigt mit der doppelten Geschwindigkeit des Bevölkerungswachstums und verdoppelt sich etwa alle 20 Jahre (1, 2).
Überall auf der Welt ist unsere wichtigste Ressource durch Umweltverschmutzung, den Bau von Staudämmen, die Zerstörung von Feucht- und Uferökosystemen und die Erschöpfung der Grundwasserleiter unter Stress geraten, wobei arme und marginalisierte Bevölkerungsgruppen am schlimmsten davon betroffen sind (3, 4, 5, 6).
Kann man Meerwasser entsalzen und als Trinkwasser nutzen?
Warum können wir also Meerwasser nicht in Trinkwasser umwandeln?
Eigentlich können wir es schon und wir tun es auch. Tatsächlich haben die Menschen mindestens bereits seit den alten Griechen Meerwasser trinkbar gemacht. Aber wenn man die Größenordnung von Städten, Staaten und Nationen betrachtet, hat sich die Reinigung von Meerwasser historisch gesehen als unerschwinglich teuer erwiesen, insbesondere im Vergleich zur Erschließung regionaler und lokaler Süßwasserquellen.
Da jedoch die fortschreitende Technologie die Kosten weiter nach unten treibt und Süßwasser immer knapper und teurer wird, suchen immer mehr Städte nach einer Meerwasserumwandlung, um diesen lebenswichtigen Bedarf zu decken (7).
Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie und wo Meerwasser heute in Trinkwasser umgewandelt wird, einschließlich der Frage, wie die Entsalzung die Katastrophenhilfe in Haiti unterstützt.
Wie und wo wird Meerwasserentsalzung heute eingesetzt?
Die Entsalzung hat in den rund 2.400 Jahren, seit die Menschen Salzwasser abgekocht und den Dampf in Schwämmen gesammelt haben, einen langen Weg zurückgelegt.
Die am weitesten verbreitete Methode basiert jedoch immer noch auf demselben Prinzip: der Destillation.
Im Wesentlichen ahmt die Destillation künstlich nach, was in der Natur vorkommt: Erwärmtes Wasser verdampft zu Wasserdampf, wobei Salze und Verunreinigungen zurückbleiben, und kondensiert dann, während es abkühlt, um als Süßwasser (Regen) herunterzufallen.
Destillationsanlagen verfeinern und beschleunigen diesen Prozess durch künstliche Erwärmung und Abkühlung und durch Verdampfen von Wasser unter niedrigerem Luft- und Dampfdruck, wodurch sein Siedepunkt deutlich gesenkt wird. Diese Methode benötigt jedoch sehr viel Energie, so dass Destillationsanlagen oft neben Kraftwerken stehen, wo Abwärme zur Verfügung steht, um das Wasser auf eine flüchtige Temperatur zu bringen (8).
Eine andere Methode, die Entsalzung durch Umkehrosmose (Reverse Osmosis; RO), verwendet Druck, um Wasser durch Filter zu pressen, wodurch andere Substanzen auf molekularer Ebene ausgesiebt werden.
Das in den 1960er Jahren entwickelte Verfahren wurde in den 1970er Jahren im kommerziellen Maßstab durchführbar und ersetzte schließlich die Destillation als Methode, die in den meisten neuen Entsalzungsanlagen verwendet wird, zum Teil deshalb, weil sie weniger Energie benötigt.
Beide Methoden entfernen nicht nur Salz, sondern praktisch alle Mineralien und die meisten biologischen oder organisch-chemischen Verbindungen, wodurch Wasser erzeugt wird, das sicher zu trinken ist und die Trinkwasserstandards des Bundes und der Bundesländer bei weitem übertrifft (9).
Wie weit verbreitet ist also die Entsalzung von Meerwasser? Konkrete Zahlen sind schwer zu ermitteln, da ständig neue Anlagen hinzukommen und nur wenige Daten über stillgelegte Anlagen vorliegen. Es ist auch schwierig, die Zählungen von Destillations- und RO-Anlagen zu trennen.
Eine gute ungefähre Zahl sind jedoch 8.000 RO-Meerwasserentsalzungsanlagen weltweit, die insgesamt etwa 37 Millionen Liter Trinkwasser pro Tag produzieren, wobei ältere Destillationsanlagen immer noch in der Überzahl sind (10).
Die weltweit größten Nutzer von Entsalzungsanlagen sind (in absteigender Reihenfolge):
- Saudi-Arabien
- Vereinigte Arabische Emirate
- Vereinigte Staaten
- Spanien
- Kuwait
- Japan
Die Entsalzung liefert 70 Prozent des Trinkwassers in Saudi-Arabien. Innerhalb der Vereinigten Staaten sind Florida, Kalifornien, Texas und Virginia die grössten Nutzer, und das Land insgesamt hat die Kapazität, mehr als 1,4 Milliarden Gallonen (5,6 Millionen Kubikmeter) Wasser pro Tag zu entsalzen. Zum Vergleich: Das entspricht weniger als 0,01 Prozent des landesweiten kommunalen und industriellen Wasserverbrauchs.
Kreuzfahrtschiffe, U-Boote und Kriegsschiffe setzen seit Jahrzehnten Entsalzungsanlagen ein. Ein beeindruckendes Beispiel, der Flugzeugträger U.S.S. Carl Vinson, kann täglich rund 400.000 Gallonen (1.514 Kubikmeter) seines eigenen Süßwassers herstellen, die Hälfte davon ist überschüssiges Wasser, das zur Zeit der Drucklegung für die Katastrophenhilfe in Haiti verwendet wird (11).
So sehr die Entsalzung im Laufe der Jahre zugenommen hat, ist sie immer noch nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Im nächsten Abschnitt werden wir uns ansehen, was uns davon abhält, die Süßwasserversorgung unserer Erde hin zur Entsalzung von Meerwasser vollständig zu verändern.
Die Kosten der Meerwasserentsalzung
Es besteht kaum ein Zweifel daran, dass die Welt mehr Trinkwasser braucht. Es ist auch überdeutlich, dass der Bedarf mit dem zunehmenden Bevölkerungswachstum und dem durch den globalen Klimawandel verursachten Druck Schritt halten wird.
Allein in den Vereinigten Staaten sind sich die Experten einig, dass die Wassernachfrage bereits jetzt das Angebot übersteigt, und gehen davon aus, dass 36 Staaten innerhalb der nächsten drei Jahre mit Engpässen zu kämpfen haben werden.
Innerhalb von 15 Jahren werden weltweit fast 2 Milliarden Menschen in Gebieten leben, die mit Wasserknappheit konfrontiert sind, und nach den meisten Modellszenarien werden sich solche Engpässe unter dem Einfluss des Klimawandels nur noch verschärfen (12, 13).
In der Tat wird die Verfügbarkeit und Verteilung von Wasser weithin als ein wahrscheinlich entscheidender Faktor für die künftige globale Stabilität diskutiert.
Was hält uns also davon ab, kopfüber einzutauchen? Bis vor kurzem kostete die Reinigung von Meerwasser etwa fünf- bis zehnmal so viel wie die Gewinnung von Süßwasser aus traditionelleren Quellen (14).
Umkehrosmoseanlage haben jedoch einen langen Weg zurückgelegt, und die Entsalzung kostet heute nur noch die Hälfte von dem, was sie vor 10 bis 15 Jahren gekostet hat. Folglich haben Transport-, Energie- und Umweltkosten inzwischen die Technologie als Haupthindernis für eine Entsalzung im großen Maßstab abgelöst (15).
Der Energieverbrauch macht bis zu einem Drittel der Gesamtkosten für entsalztes Wasser aus, was den Betrieb selbst von Anlagen an der Küste teuer macht. Auch die Binnenstaaten müssen sich mit den beträchtlichen Kosten für den Transport von Meerwasser ins Landesinnere auseinandersetzen.
Sie können sich stattdessen für die Nutzung lokaler Brackwasser- (Salz-) Quellen entscheiden, aber dann stehen sie vor einem anderen Problem: wie das Nebenprodukt entsorgt werden kann. Eine konzentrierte Salzlösung, die die Küstenstandorte zum Beispiel wieder in den Ozean pumpen können (eine Praxis, die in Umweltkreisen umstritten bleibt).
Zero Liquid Discharge (ZLD)-Anlagen sind ein Ausweg, aber sie treiben die Energiekosten eines ohnehin energieintensiven Prozesses in die Höhe.
Ist Entsalzung also kosteneffektiv? Die Antwort hängt wahrscheinlich davon ab, wo Sie wohnen. Angesichts der hohen Kosten für den Import und die Rückgewinnung von Süßwasser ist die Entsalzung von Meerwasser eine zunehmend attraktive Option für Gebiete, in denen Süßwasser knapp ist und Salzwasser vorhanden ist.
Das Entsalzungspotenzial wird vor allem durch soziale, politische, ökologische und wirtschaftliche Erwägungen begrenzt, die von Ort zu Ort unterschiedlich sind.
Wie auch immer man es betrachtet, die steigende Praxis der Meerwasserentsalzung wird wahrscheinlich auch in den kommenden Jahren einen wachsenden Teil unseres Wasserportfolios ausmachen.
Entsalzung benötigt sehr viel Energie
Selbst mit dem gesamten Wasser in den Ozeanen der Erde decken wir weniger als ein halbes Prozent des menschlichen Wasserbedarfs mit entsalztem Wasser.
Gegenwärtig verbrauchen wir jährlich etwa 4.000 Kubikkilometer Süßwasser, und insgesamt ist genug Wasser für alle vorhanden. Allerdings gibt es eine zunehmende regionale Knappheit.
Warum entsalzen wir also nicht mehr, um Knappheit und wachsende Wasserkonflikte zu lindern?
Das Problem ist, dass die Entsalzung von Meerwasser sehr viel Energie erfordert. Salz löst sich sehr leicht in Wasser auf und bildet starke chemische Bindungen, und diese Bindungen sind schwer zu brechen. Energie und die Technologie zur Wasserentsalzung sind beide teuer, und das bedeutet, dass die Entsalzung von Wasser ziemlich kostspielig sein kann.
Es ist schwierig, die Entsalzung in Euro genau zu beziffern – diese Zahl variiert stark von Ort zu Ort, basierend auf Arbeits- und Energiekosten, Bodenpreisen, finanziellen Vereinbarungen und sogar auf dem Salzgehalt des Wassers.
Die Produktion eines Kubikmeters (264 Gallonen) entsalzten Wassers aus dem Ozean kann zwischen knapp unter 1 € und weit über 2 € kosten. Das ist etwa so viel, wie zwei Menschen in den USA normalerweise an einem Tag zu Hause für den gesamten Tagesbedarf an Wasser ausgeben.
Verlegt man jedoch die Quelle in einen Fluss oder einen Grundwasserleiter, so können die Kosten für einen Kubikmeter Wasser auf 10 bis 20 Cent fallen, und die Landwirte zahlen oft weitaus weniger.
Das bedeutet, dass es immer noch fast immer billiger ist, lokales Süßwasser zu verwenden als Meerwasser zu entsalzen. Diese Preislücke schließt sich jedoch. Beispielsweise könnte die Deckung der wachsenden Nachfrage durch die Erschließung einer neuen Wasserquelle oder den Bau eines neuen Staudamms bis zu 60 Cent pro Kubikmeter Wasser kosten.
Und manchmal sind diese traditionellen Mittel zum “Ernten” von Wasser nicht mehr verfügbar. Daher ist zu erwarten, dass diese Kosten weiter steigen werden, weshalb Kalifornien nun ernsthaft über die Entsalzung nachdenkt und weshalb die Stadt Tampa, Fla. sich zum Bau der größten Entsalzungsanlage der USA entschlossen hat.
Die International Desalination Association gibt an, dass im Jahr 2007 weltweit etwa 13.000 Entsalzungsanlagen in Betrieb waren. Sie pumpten etwa 14,7 Milliarden Gallonen (55,6 Milliarden Liter) trinkbares Süßwasser pro Tag ab. Viele dieser Anlagen befinden sich in Ländern wie Saudi-Arabien, wo Energie aus Öl billig, Wasser jedoch knapp ist.
Wie wird Energie verwendet, um Salz von Wasser zu trennen?
Es gibt zwei grundlegende Methoden zum Aufbrechen der Bindungen in Salzwasser: thermische Destillation und Membrantrennung.
Bei der thermischen Destillation wird Wärme eingesetzt: Siedendes Wasser wandelt es in Dampf um und hinterlässt das Salz, das aufgefangen und durch Abkühlung wieder zu Wasser kondensiert wird.
Die häufigste Art der Membrantrennung wird Umkehrosmose genannt. Dabei wird Meerwasser durch eine halbdurchlässige Membran gepresst, die Salz von Wasser trennt. Da diese Technologie in der Regel weniger Energie benötigt als die thermische Destillation, verwenden die meisten neuen Anlagen, wie die von Tampa, heute die Umkehrosmose.
Fazit
Die Entsalzung verursacht auch Umweltkosten. Meereslebewesen können in Entsalzungsanlagen eingesaugt werden und kleine Meereslebewesen wie Babyfische und Plankton töten, wodurch die Nahrungskette gestört wird.
Außerdem gibt es das Problem, was mit dem abgetrennten Salz geschehen soll, das als sehr konzentrierte Sole übrig bleibt. Das Zurückpumpen dieses übersalzhaltigen Wassers in den Ozean kann das lokale Wasserleben schädigen. Es ist möglich, diese Auswirkungen zu verringern, aber es erhöht die Kosten.
Trotz der wirtschaftlichen und ökologischen Hürden wird die Entsalzung immer attraktiver, da uns das Wasser aus anderen Quellen ausgeht. Wir überpumpen das Grundwasser, wir haben bereits mehr Dämme gebaut, als wir uns wirtschaftlich und ökologisch leisten können, und wir haben fast alle zugänglichen Flüsse angezapft.
Es muss noch viel mehr getan werden, um unser vorhandenes Wasser effizienter zu nutzen, aber mit der Eskalation der Weltbevölkerung und der schwindenden Wasserversorgung könnte sich das wirtschaftliche Blatt bald zugunsten der Entsalzung wenden.
Als langjähriger Experte auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung und -filtration ist Tobias Fendt ein wahrer Kenner, wenn es darum geht, gesundes Trinkwasser zu gewährleisten. Mit seiner Leidenschaft für Wasserfilter und seine Expertise in der Branche ist er eine wichtige Stimme für Menschen, die sich für eine gesunde Lebensweise interessieren.
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