Ziel der Entwicklung
Nur ein Bruchteil der gesamten Wassermasse der Erde – gerade mal 2,5 Prozent – ist Trinkwasser. Mehr als zwei Drittel davon können weder getrunken noch zur Bewässerung genutzt werden, weil sie in Gletschern oder im ewigen Eis gebunden sind. Wasser ist knapp und wird zum Luxusgut, gerade in den wirtschaftlich weniger entwickelten Ländern. Zwar hat Wasser, im Gegensatz zu Ressourcen wie Erdöl oder Gas, eine paradoxe Eigenschaft: es kann nicht verbraucht werden, denn jeder Tropfen – gleich ob süß oder salzig – bleibt im natürlichen Wasserkreislauf erhalten.
Aber Süßwasser ist gefragt wie nie und die Nachfrage nach dem nassen Element steigt rund um den Globus. Eine stetig wachsende Weltbevölkerung braucht sauberes Trinkwasser. Dass im Jahr 2025 rund 8,5 Milliarden Menschen Trinkwasser beanspruchen werden, ist jedoch weniger alarmierend als die Tatsache, dass der globale Wasserverbrauch heute fast doppelt so schnell wächst wie die Zahl der Bewohner des blauen Planeten. Wasser ist für quasi alle Organismen auf der Erde überlebensnotwendig; das Gut Wasser ist nicht substituierbar. Damit die notwendige Wasseraufbereitung für große Teile der Weltbevölkerung nicht zusätzlich die CO2- Emission fördert, ist die Entwicklung von Aufbereitungsverfahren, die mit regenerativer Energie oder mit Abwärme arbeiten, unabdingbar.
Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung, der Aufbau und Test unter Laborbedingungen einer kompakten achtstufigen Anlage sowie Aufbau und Test einer weiteren Anlage im Feld, die genau mit diesen Energiequellen wirtschaftlich Wasserentsalzung und Wasserreinigung bewerkstelligen kann. Das Entwicklungsziel war eine im Baukastensystem aufgebaute, dezentrale Multi-Effekt-Entsalzungsanlage kleiner Leistung mit den im ILK entwickelten Quattro-Effekten. Durch eine Reihenschaltung von Quattroeffekten wird die Destillatausbeute bei gleicher Heizenergiemenge vergrößert. Durch eine Parallelschaltung von Quattroeffekten kann die übertragbare Leistung und damit die Trinkwasserausbeute vergrößert werden. Die Baureihe soll eine Trinkwasserproduktion zwischen 1 m³/d und 30 m³/d abdecken. Der Antrieb des Systems erfolgt mit Abwärme beispielsweise aus dezentralen Stromerzeugern (BHKW) oder mit thermischer Solarenergie.
Vorteile und Lösungen
Es wurde eine Multi-Effekt-Wasserentsalzungsanlage mit Double-Quattro-Effekt-Wärmeübertragern entwickelt, ausgelegt, konstruiert, aufgebaut und umfangreich getestet. Diese MED-Anlage zeichnet sich durch die neu entwickelten Plattenwärmeübertrager und vor allen Dingen durch den Quattro-Effekt aus. Dieser Quattro-Effekt – 4 Effekte in einem Wärmeübertrager integriert – ermöglicht eine extrem kompakte Bauweise im Vergleich zu Einzel-Effekten.
Nach umfangreichen Tests einer Double-Quattro-Effekt-Anlage im Labor wurde eine Feldtestanlage aufgebaut und als erstes im Testfeld des ILK getestet. Anschließend wurde die Anlage auf der Insel Helgoland unter realen Einsatzbedingungen intensiv hinsichtlich automatischen Betriebs und Erreichung der Auslegungsparameter überprüft. Dieser Feldtest konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Bei einer Antriebsleistung von bis zu 10 kW wurden bis zu 1,75 m³/d Destillat erzeugt. Die maximale Antriebstemperatur liegt bei 65 °C, so dass „minderwertige„ Abwärme oder solare Wärme genutzt werden kann. Desweiteren wird die einmal eingesetzte Wärmeenergie durch die Reihenschaltung vieler Effekte mehrfach genutzt. Somit werden GOR-Werte (Gained-Output-Ratio) von bis zu 11 auch in diesem kleinen Leistungsbereich erreicht. Die am Markt angebotenen und sich noch in der Entwicklung befindlichen Anlagen in dem von uns anvisierten Leistungsbereich von 1 bis 30 m³/d Wasserproduktion arbeiten mit nur ein bis zwei Effekten und erzielen somit deutlich geringere GOR-Werte.
Zielgruppe und Zielmarkt
Es ist uns gelungen, eine Firma über einen Kooperations- und einen Lizenzvertrag für die Vermarktung zu gewinnen. Die bisher durchgeführte Marktarbeit zeigt, dass ein großer Bedarf und Nachfrage nach Meerwasserentsalzungsanlagen besteht, jedoch der Markteinstieg mit einem neuen Produkt schwierig und langwierig ist. Die Firma German Desalination GmbH hat bereits 2012 zwei Demonstrationsanlagen in Portugal und Dubai installiert. Für 2014 soll mit 3 weiteren Referenzprojekten die schwierige Marktarbeit fortgesetzt. Die Standorte hierfür sind Australien und Chile. Desweiteren zeigt sich, dass der Markt auch bei der dezentralen Technik eher nach Leistungsgrößen über 10 m³/d ruft.
In Abstimmung mit unserem Partner gehen wir davon aus, dass wir in den nächsten Jahren eine Vielzahl von Anlagen im Markt unterbringen können.
Aus den gesammelten Erkenntnissen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens erfolgt eine Weiterentwicklung von Mehreffektwärmeübertragern mit einer höheren Effizienz, um somit die Herstellungskosten weiter zu senken. Weiterhin wird das komplexe hydraulische System, welches sicher und einfach funktioniert, hinsichtlich Reduzierung des Elektroenergiebedarfs für die Pumpen und effektivere Nutzung der eingesetzten Antriebswärme überarbeitet.