Meerwasserentsalzung gegen Wasserknappheit?

Heutzutage hat jeder Dritte keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, und dies ist kein Problem mehr, das nur die Entwicklungsländer betrifft. Meerwasser ist in Hülle und Fülle vorhanden, jedoch nicht trinkbar, da es mit Salz gesättigt ist. Mit Süßwasser ist es umgekehrt: Es kann getrunken werden, aber seine Verfügbarkeit ist sehr begrenzt. Schätzungen zufolge steht uns nur ein Prozent davon zur Verfügung – der Rest ist in Gletschern oder tief im Untergrund eingeschlossen. Daher ist es unmöglich, nicht zu fragen, warum wir Meerwasser nicht einfach in trinkbares Wasser verwandeln.

Ist Meerwasserentsalzung die Antwort auf die Wasserkrise?

Der Ozean macht 70 Prozent der Erdoberfläche und 96 Prozent des Wassers auf dem Planeten aus. Das Problem ist, dass dieses Wasser nicht verbraucht werden kann. Es ist mit Salz übersättigt. Nun stellt sich die Frage: Wenn 783 Millionen Menschen keinen Zugang zu sauberem Wasser und mehr Gebieten mit schweren Dürreperioden haben, könnte Entsalzung dann der rettende Anker sein?

Länder wie Israel, die Golfstaaten oder afrikanische Staaten mit wenig oder keinem natürlichen Süßwasservorkommen sind auf die Entsalzung des Meerwassers angewiesen, um daraus Brauch- und Trinkwasser zu gewinnen. Israel beispielsweise bezieht 40 Prozent des Brauchwassers aus der Entsalzung. Diese Länder haben weiterhin kaum Grundwasser- oder Süßwasserquellen. Weiterhin machen sie zusätzlich das eine Prozent der Welt aus, die derzeit auf Entsalzung angewiesen sind, um den Wasserbedarf zu decken.

Auch in vielen Küstenorten oder in südamerikanischen Ländern ist die Versorgung mit Süßwasser problematisch. Wenn sich durch Süßwassermangel, Umweltverschmutzung und Klimawandel die Wasserversorgung künftig schwieriger gestaltet, wird die Entsalzung von Wasser (Meerwasser, salziges Grundwasser, Brackwasser) zunehmend an Bedeutung gewinnen.

In den letzten fünf Jahren ist die Kapazität von kontinuierlich betriebenen Entsalzungsanlagen um 57% gestiegen. Dies geht aus den neuesten Daten hervor, die von der International Desalination Association (IDA) und Global Water Intelligence (GWI) veröffentlicht wurden.

Die weltweit installierte Basis von Entsalzungsanlagen hat heute eine Kapazität von 78,4 Millionen Kubikmetern pro Tag (19,8 Milliarden US-Gallonen), verglichen mit 47,6 Millionen Kubikmetern pro Tag (12,6 Milliarden US-Gallonen) Ende 2008 (Ausgabe des IDA / GWI Worldwide Desalting Plant Inventory).

Das Wachstum des Marktes für Entsalzung spiegelt die Tatsache wider, dass sich Küstengemeinden zunehmend dem Meer zuwenden, um ihren Trinkwasserbedarf zu decken, während im Landesinneren das Grundwasser im Laufe der Zeit zunehmend brackig wird. Ca. 60% der Entsalzungskapazität werden für Meerwasser verwendet. Der Rest behandelt brackiges und weniger salzhaltiges Wasser.

Allerdings ist die Technik nicht unumstritten. Die Entsalzungsanlagen gelten als energieintensiv und wegen der hochgradig salzhaltigen und (chemisch) verunreinigten Abwässer auch als umweltbelastend.

Kritiker sehen deshalb die Wasserentsalzung in großen Anlagen nicht unbedingt als ein geeignetes Instrument an, der Wasserknappheit entgegen zu wirken. Sie setzen vielmehr auf den sparsamen Umgang mit Wasser (insbesondere im Agrarbereich), auf ein modernes Wassermanagement, die Sanierung von lecken Wassernetze oder die Aufbereitung von Abwässern. Jedoch ist die Entsalzung von Wasser in ariden Gebieten momentan die wohl einzig verfügbare Methode, die Süßwasserversorgung der Bevölkerung zu sichern.

Die UNO sagt jedoch voraus, dass 14 Prozent der Welt bis 2025 auf Entsalzung angewiesen sein werden, um den Wasserbedarf zu decken.

Wie funktioniert eine Entsalzung?

Kurz zusammengefasst wird bei der Entsalzung Salzwasser in Trinkwasser umgewandelt. Grundsätzlich wird aus Meerwasser trinkbares Süßwasser. Hört sich erst einmal vielversprechend an. Doch wo ist der Haken?

Entsalzung ist ein industrieller Prozess, welcher chemisch, energetisch und operativ aufwändig ist. Aufgrund der Fokussierung auf große Anlagentypen erfordert sie oftmals eine beträchtliche Kapitalinvestition, Ingenieursleistung und Infrastruktur. Die damit verbundenen Kosten und möglichen Umweltbeeinträchtigungen stehen weiterhin einem weitverbreiteten Einsatz dieser Technologie entgegen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Salz aus dem Wasser zu entfernen. Umkehrosmose (RO) und Destillation sind die häufigsten Methoden zur Entsalzung von Wasser. Die Umkehrosmosewasseraufbereitung drückt Wasser durch kleine Filter und hinterlässt Salz. Die großtechnische Destillation beinhaltet das Kochen von Wasser und das Sammeln von Wasserdampf während des Prozesses. Beide erfordern viel Energie, Infrastruktur und sind teuer.

Wie sieht es mit der Umweltrelevanz aus? Sind die Verfahren nur teuer, sondern auch umweltschädlich?

Alle Entsalzungsverfahren erzeugen neben dem Produkt Süßwasser große Mengen eines salzigen Reststromes (Konzentrat), der in der Regel betriebsbedingt Chemikalienrückstände und korrosionsbedingt Schwermetalle enthalten kann und z.T. mit Chemikalien aus Reinigungsstufen vermischt zurück ins Meer fließt.

In der Meeresumwelt können negative Auswirkungen insbesondere dann eintreten, wenn hohe Entsalzungskapazitäten mit empfindlichen Ökosystemen zusammentreffen. Die physikalischen und chemischen Abwassereigenschaften hängen von dem Entsalzungsverfahren und dem Betrieb der einzelnen Anlagen ab. Abwasser aus thermischen Anlagen weist in der Regel reduzierte Sauerstoffwerte auf.

Neben geringen Konzentrationen an Kupfer und Nickel aus der Korrosion von Wärmetauscherflächen sind oftmals im Abwasser Restmengen von Chlor, das zur Verminderung von Bewuchs zugesetzt wird, halogenierte organische Reaktionsprodukte wie z.B. Trihalomethane, sowie so genannte Antikalk- und Antischaumbildner.

Dabei handelt es sich um organische Substanzen, die wie z.B. Polymaleinsäure zur Verhinderung von Ablagerungen in Rohrleitungen bzw. wie Polyglykol zum Vermindern der Schaumbildung an der Wasseroberfläche eingesetzt werden. Die Reinigung thermischer Anlagen erfolgt durch Spülen mit sauren Lösungen, denen Korrosionsinhibitoren zugesetzt werden.

Das Abwasser aus RO-Anlagen ist im Gegensatz zu thermischen Anlagen mit einem Salzgehalt von bis zu 80 g/l und unveränderter Temperatur schwerer als das umgebende Meerwasser und kann in flachen, wenig durchmischten Küstengebieten bis auf den Meeresboden absinken.

Um dies zu verhindern, werden in größeren Anlagen Diffusoren eingesetzt, die das Konzentrat durch eine größere Anzahl von Düsen einleiten. Am Einlass der Anlage wird typischerweise Chlor beigefügt, welches dicht vor den oxidationsempfindlichen Membranen durch chemische Reaktion wieder entfernt wird. Wie bei thermischen Verfahren kommen Antikalkbildner (Antiscalante) zur Anwendung.

Da die RO-Anlagen im Gegensatz zu thermischen Anlagen aus Kunststoff und beständigen Edelstählen erbaut werden, sind Schwermetalle im Abwasser kaum ein Problem. Da die feinporigen Membranen allerdings empfindlich auf suspendiertes Material reagieren, werden Eisensalze als Flockungsmittel eingesetzt und das Wasser durch Sand-Anthrazit-Betten gefiltert, bevor es zu den Membranen gelangt.

Die anfallenden Schlämme aus dem Rückspülen der Filter wurden früher in der Regel mit dem Konzentrat ins Meer geleitet. In großen Anlagen in Europa, Israel, Australien und den USA werden diese Schlämme mittlerweile i.d.R. entwässert und – aufgrund ihres Salzgehaltes – in speziellen Deponien entsorgt, um Trübungsfahnen im Meer und dadurch bedingte mögliche Umwelteffekte zu vermeiden. Die Reinigungslösungen für die Membranen sind entweder sauer (pH 2–3) zur Entfernung von Kalkablagerungen und Metalloxiden oder alkalisch (pH 11–12) gegen Biofilme und können zur Verbesserung der Wirkung Detergentien, Oxidationsmittel, Komplexierungsmittel und Biozide enthalten. Diese sind teilweise vergleichbar mit Substanzen, die in herkömmlichen Haushaltsreinigern eingesetzt werden, jedoch sind die lokal angewendeten Mengen wesentlich höher als bei einer Standardanwendung im Haushalt. Die Reinigungslösungen werden je nach Zusammensetzung und Umweltgesetzgebung entweder behandelt oder unbehandelt ins Meer eingeleitet mit oftmals verheerenden Auswirkungen auf das Ökosystem.

Zusätzlich zum Thema Umweltgifte kommt auch noch der Energiebedarf als umweltrelevanter Faktor hinzu. Der Energiebedarf ist so hoch, dass die Kosten für viele Länder zu hoch sind. Deshalb wird es hauptsächlich in Regionen ohne Süßwasser, Schiffe und Militärschiffe eingesetzt. Weiterhin ist das gesamte Verfahren immer noch sehr teuer im Vergleich zur Verwendung von Süßwasserquellen. Israel hat beispielweise 2005 in eine große Entsalzungsanlage investiert, um die Hälfte des Landes zu versorgen. Der Bau von Entsalzungsanlagen ist sehr kostspielig (1 Milliarde USD für die größte Anlage in den USA), ist jedoch ein Sicherheitsnetz für Orte, an denen Dürreperioden andauern und das Süßwasser begrenzt ist oder gänzlich fehlt.

Wie kann Entsalzung umweltschonender werden?

Die Entsalzung kann nur dann eine gute Option zur Lösung der Wasserkrise sein, wenn erneuerbare Energien genutzt, Kosten gesenkt und Umweltschutzmaßnahmen auch für die Meeresbewohner ergriffen werden. Zum Beispiel hat Saudi-Arabien die Nutzung von Sonnenenergie zum Betreiben von Entsalzungsanlagen vorangetrieben. In Kalifornien arbeitet die California Coastkeeper Alliance mit Entsalzungsanlagen an einem Plan, um sicherzustellen, dass Meereslebewesen nur minimal geschädigt werden, indem Techniken eingesetzt werden, die die Aufnahme von Wasser unter der Oberfläche verhindern, anstatt Wasser von der Oberfläche abzusaugen, wo Meereslebewesen vorherrschen.

Für diesen Blogbeitrag wurden auf folgende Quellen zurückgegriffen:

GWI and IDA (2007): Desalination markets 2007, a global industry forecast (CD Rom) und IDA worldwide desalting plant inventory, no. 20 in MS Excel, Global Water Intelligence, Media Analytics Ltd., The Jam Factory, Park End St, Oxford OX11HU, United Kingdom, www.globalwaterintel.com.

SHANNON M., P. BOHN, M. ELIMELECH, J. GEORGIADIS, B. MARINAS & A. MAYES (2008): Science and technology for water purification in the coming decades. Nature, 452(20): 301–310.

LATTEMANN S. (2010): Development of an environmental impact assessment and decision support system for seawater desalination plants (PhD thesis), CRC Press/Balkema. http://repository.tudelft.nl/. 276 pp.

NRC (2008): Committee on Advancing Desalination Technology. Desalination: A national perspective. Water Science and Technology Board, National Research Council of the National Academies, National Academies Press, Washington D.C.

WILF M., L. AWERBUCH, C. BARTELS, M. MICKLEY, G.PEARCE & N. VOUTCHKOV (2007): The guidebook to membrane desalination technology. Balaban Desalination Publications, L’Aquila.

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