Methoden der Meerwasserentsalzung einfach erklärt: So geht's

Stell dir vor, du bist auf einem Boot mitten im Ozean. Du hast furchtbaren Durst, aber du darfst das Meerwasser nicht trinken, weil das viele Salz deinen Körper austrocknen würde. Wie kommen also Länder, in denen es kaum regnet, an ihr Trinkwasser? Sie nutzen riesige Fabriken und verschiedene Methoden der Meerwasserentsalzung, um das Salz aus dem Meerwasser zu entfernen!

In dieser Lektion lernst du die zwei wichtigsten Methoden kennen, mit denen wir aus salzigem Meerwasser frisches Trinkwasser gewinnen, und warum diese Verfahren echte Energiefresser sind.

Vorwissen

• Verdampfen und Kondensieren: Wenn flüssiges Wasser erhitzt wird, wird es zu gasförmigem Wasserdampf (Verdampfen). Kühlt der Dampf ab, wird er wieder flüssig (Kondensieren). Beispiel: Wasser kocht in einem Topf und am kalten Deckel bilden sich Wassertropfen.
• Das Teilchenmodell: Alle Stoffe bestehen aus winzigen Teilchen. Beispiel: In Salzwasser sind kleine Wasserteilchen und größere Salzteilchen miteinander vermischt.

Aufgabentyp 1: Methoden der Meerwasserentsalzung und ihr Energiebedarf

Es gibt verschiedene Methoden der Meerwasserentsalzung. Viele große Anlagen nutzen die sogenannte mehrstufige Entspannungsverdampfung (kurz MSF) als thermische Entsalzung. Das klingt kompliziert, ist aber eigentlich nur eine clevere Weiterentwicklung des Wassertopfes auf dem Herd.

Das Salzwasser wird stark erhitzt und fließt dann durch mehrere Kammern. Der Trick dabei: In jeder Kammer wird der Luftdruck künstlich gesenkt. Bei einem niedrigeren Druck fängt Wasser viel schneller an zu kochen! Das Wasser verdampft schlagartig. Die Wasserteilchen steigen als Dampf auf, während die Salzteilchen unten in der Flüssigkeit zurückbleiben.

Der heiße Wasserdampf trifft oben in der Kammer auf kalte Rohre (durch die frisches, kaltes Meerwasser fließt). Dort kühlt der Dampf ab und kondensiert zu reinem Süßwasser. Das Süßwasser wird in Tanks gesammelt. Das übrig gebliebene Wasser wird von Kammer zu Kammer immer salziger und am Ende als hochkonzentrierte Sole (sehr salziges Abwasser) abgeleitet.

Die zweite wichtige Methode kommt ganz ohne Hitze aus. Sie heißt Umkehrosmose. Hierbei wird das Salzwasser durch ein extrem feines Sieb gepresst, das wir als semipermeable (halbdurchlässige) Membran bezeichnen.

Um das Wasser durch diese winzigen Poren zu drücken, braucht man einen enorm hohen Druck. Die kleinen Wasserteilchen passen problemlos durch die Löcher der Membran. Die größeren Salzteilchen sind jedoch zu dick und bleiben hängen. So wird das Süßwasser effektiv vom Salz getrennt. Auch hier wird das stark salzige Restwasser am Ende zurück ins Meer geleitet.

Egal ob wir das Wasser erhitzen (thermische Entsalzung) oder mit hohem Druck durch eine Membran pressen (Umkehrosmose) – beide Methoden benötigen riesige Mengen an Energie.

Für die thermische Entsalzung brauchen wir zwei Arten von Energie: elektrische Energie (für die Pumpen) und thermische Energie (Wärme, um das Wasser zu erhitzen). Um nur einen einzigen Kubikmeter ($1 \text{ m}^3$, das sind $1000 \text{ Liter}$) Süßwasser herzustellen, benötigt eine moderne Anlage etwa $4 \text{ kWh}$ (Kilowattstunden) elektrische Energie und $90 \text{ kWh}$ thermische Energie. Wenn wir ganze Städte versorgen wollen, müssen wir diese Werte mit riesigen Wassermengen multiplizieren.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Zielvolumen bestimmen: Finde heraus, wie viele Kubikmeter ($\text{m}^3$) Trinkwasser hergestellt werden sollen.
2. Elektrische Energie berechnen: Multipliziere das Volumen mit dem elektrischen Energiebedarf pro Kubikmeter ($4 \text{ kWh/m}^3$). $\text{Elektrische Energie} = \text{Volumen} \times 4 \text{ kWh/m}^3$
3. Thermische Energie berechnen: Multipliziere das Volumen mit dem thermischen Energiebedarf pro Kubikmeter ($90 \text{ kWh/m}^3$). $\text{Thermische Energie} = \text{Volumen} \times 90 \text{ kWh/m}^3$

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Thermische Entsalzung (MSF): Salzwasser wird erhitzt und verdampft unter künstlich gesenktem Druck. Der Dampf kondensiert zu Süßwasser.
• Umkehrosmose: Ein enorm hoher Druck presst kleine Wasserteilchen durch eine Membran, während größere Salzteilchen zurückgehalten werden.
• Energiebedarf: Beide Verfahren sind sehr energieintensiv. Die thermische Entsalzung benötigt sowohl Strom als auch sehr viel Wärmeenergie.