-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Meerwasserentsalzung und kann in Regionen mit einer unzureichenden Menge an Süßwasser, wie, zum Beispiel, in Australien, in Afrika und in Asien, insbesondere im Nahen Osten verwendet werden. Es wird angenommen, dass die Bevölkerung in diesen Regionen wachsen wird, und daher wird das Problem des Mangels vom Süßwasser noch akuter.
-
Gegenwärtig gibt es eine Reihe von Verfahren zur Meerwasserentsalzung, die so unterteilt sind: Verfahren ohne Änderung des Aggregatzustandes vom Wasser und Verfahren mit einem Zwischenübergang des Wassers vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand.
-
Auf Wikipedia werden verschiedene Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser beschrieben [1].
-
Zu den Verfahren der Meerwasserentsalzung mit der Änderung des Aggregatzustandes vom Wasser gehört die thermische Wasserentsalzung. Das ist das gebräuchlichste Verfahren. Nach diesem Verfahren wird das Meerwasser zum Sieden erhitzt und der Dampf, der beim Sieden gebildet wird, wird von der Kühlung kondensiert und es wird ein Destillat gebildet.
-
Der Trend zum Übergang zu umweltfreundlichen Technologien hat zur Entwicklung vom Verfahren zur Meerwasserentsalzung mittels Sonnenenergie geführt.
-
Zum Beispiel gibt es das Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser mittels Gewächshäusern [Offenlegungsschrift
DE 10 2005 003 754 A1 ].
-
Die Meerwasserentsalzung entsteht hier mit Hilfe von der Sonnenenergie. Der Luftstrom, der von der Sonnenenergie erwärmt wird, kommt in Kontakt mit Meerwasser und wird von der mehrmaligen Luftzirkulation extrem befeuchtet. Das Gewächshaus ist als ein Solar-Kollektor, ausgebildet, der zur Erwärmung von Luft durch Sonnenenergie eingesetzt wird. Ein Teil des Wasserdampfs aus der Luft fällt aus und gebildetes Süßwasser befeuchtet die Pflanzen. Der andere Teil des Wasserdampfs kondensiert sich im Luftkühler und gebildetes Wasser kann als Trinkwasser genutzt werden. Im Winter kann die Energie von den Solar- Kollektoren, die die Befeuchtung der Pflanzen im Gewächshaus gewährleisten, benutzt werden.
-
Um die Luftbewegung zu erzeugen, muss ein Ventilator verwendet werden. Für ihn kann die Energie sowohl von einer Solarbatterie als auch von einem Windrad benutzt werden. In der Nacht und in Abwesenheit vom Wind ist eine Meerwasserentsalzung nicht möglich. Das ist ein Nachteil dieses Verfahrens. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Meerwasserentsalzung [Offenlegungsschrift
DE 31 32 868 A1 ]. Nach diesem Verfahren wird zwecks Gewinnung von Süßwasser das Meerwasser an Tagen von einer ausreichend intensiven Sonnenstrahlung aufkonzentriert (Erhitzen und Verdampfen von Meerwasser entstehen). Außerdem wird ein Teil der Sonnenenergie in der Form von der Wärme in einem speziellen Tank (chemischem Speicher), gespeichert. Dies ermöglicht die Meerwasserentsalzung an Tagen mit unzureichender Sonneneinstrahlung und in der Nacht. Mit dieser Methode kann man den Elektrostrom von den externen Lieferanten sparen.
-
Der Nachteil besteht darin, dass die Verdampfung von Meerwasser bei einem verminderten Druck erfolgt, was zu der komplizierten Konstruktion und dem Anstieg der Kosten derartiger Anlagen führt, die nach dem vorgeschlagenen Verfahren installiert werden sollten.
-
Darüber hinaus sollte die Kapazität der chemischen Wärmespeicher mit steigenden Mengen von aufbereitetem Meerwasser deutlich erhöht werden. Dann sind für die Zufuhr vom Meerwasser, sowie für die Zirkulation der Flüssigkeit entlang der Kontur „Solarkollektor -Absorber“ die Geräte, die Elektrostrom von einem externen Lieferant bekommen, notwendig. Das bedeutet, dass dieses Verfahren ökologisch nicht genug gut ist.
-
Es gibt eine Maritime Kraftwerkanlage mit Herstellungsprozeß zur Gewinnung, Speicherung und zum Verbrauch von regenerativer Energie [Offenlegungsschrift
DE 197 14 512 A1 ].
-
Hier wird unter anderem Solarstrahlung als Energiequelle genutzt. Es wird insbesondere unter Ausnutzung des photovoltaischen Effekts durchgeführt. Es gibt auch eine Entsalzungsanlage für Meerwasser nach thermischen Verfahren. Außerdem gibt es eine Elektrolyseeinrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff.
-
Es gibt ein Verfahren und System zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Meerwasser. [Offenlegungsschrift
DE 10 2017 219 052A1 ].
-
Laut dieser Offenlegungsschrift ist die Gewinnung des Wasserstoffs und des Sauerstoffs möglich dank den folgenden Schritten: Förderung des Meerwassers durch sein Ansaugen, Demineralisierung mittels Einwirkung von Solarenergie und eine elektrolytische Umwandlung durch Hochtemperatur- Elektrolyse von überhitztem Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff.
-
Das System enthält insbesondere zwei Behälter. Der erste Behälter dient zur Demineralisierung von Meerwasser. Der zweite Behälter dient zur Generierung von überhitztem Wasserdampf. Dann gibt es einen Reaktionsreaktor zur elektrolytischen Umwandlung von überhitztem Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff.
-
Die Erhitzung der Behälter von Sonnenstrahlen erfolgt durch Anordnung der Parabolspiegel und/oder Sammellinsen und/oder Streulinsen.
-
Es gibt ein Verfahren und eine photoelektrochemische Zelle zur solarbetriebenen Zerlegung eines Ausgangsstoffs in ein darin gebundenes Produktgas, insbesondere Wasser in Wasserstoff [Patentschrift
AT 510 156 B1 ]. Nach diesem Verfahren erfolgt die Zerlegung des überhitzten Wasserdampfs bei Temperaturen über 300°C.
-
Es gibt auch ein Verfahren zur Wasserstoffgewinnung aus überhitztem Dampf durch Einwirkung eines elektrischen Hochspannungsfeldes [Patentschrift
RU 2 142 905 C1 ].
-
Es gibt ein Verfahren, das der vermutlichen Erfindung am nächsten ist. Das ist eine Vorrichtung und Verfahren zur solaren Meerwasserentsalzung und zur Stromerzeugung [Patentschrift
DE 102 22 316 B4 ].
-
Dieses Verfahren ermöglicht die gleichzeitige Meerwasserentsalzung und die Erzeugung von Elektrostrom. Das Meerwasser wird in einem Siededruckkessel mittels Solarenergie erhitzt und zum Sieden gebracht. Der entstandene Wasserdampf wird unter erhöhtem Druck zuerst einer Turbine zugeleitet. Die Turbine ist mit dem Elektrogenerator verbunden. Er erzeugt den Elektrostrom. Dann geht der teilweise gekühlte Wasserdampf in einen Kondensator. Das dort entstandene Süßwasser kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. In Rahmen dieses Verfahrens wird auch ein Tank mit Mineralöl vorgesehen. Dieser Tank wird auch von der Solarenergie erhitzt. Dieses geheizte Mineralöl dient als ein chemischer Speicher der Wärme und lässt die Meerwasserentsalzung auch in der Nacht durchführen. Die Meerwasserentsalzung, die nach diesem Verfahren durchgeführt ist, benötigt keine andere Energie als die Solarenergie und ist umweltverträglich. Das ist ein Vorteil des Verfahrens. Es gibt jedoch auch Nachteile. Dazu gehört die Tatsache, dass die Konzentration der Salzlösung im Laufe der Meerwasserentsalzung im Siededruckkessel zunimmt, obwohl das frische Meerwasser drin immer eintritt.
-
Der Prozess ist nicht stationär. Deshalb muss man die Meerwasserentsalzung für die Prävention stoppen. Es ist nicht klar, was mit dem im Siededruckkessel akkumulierten Salzkonzentrat weiter passiert. Um den Prozess der Meerwasserentsalzung nicht zu stoppen, braucht man noch einen Siededruckkessel. Das führt zum Preisanstieg der Vorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeiten kann. Dann, wenn die Tage nicht sonnig sind, gibt es nur eine Möglichkeit, das Meerwasser zu erhitzen. Das kann nur mit Hilfe von der Wärme des Mineralöls, die vorher in ihm gespeichert wurde, geschehen. In diesem Fall sollte noch ein extra Tank für Mineralöl da sein. Das führt auch zur Preiserhöhung der Vorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeiten kann.
-
Das vorgeschlagene Verfahren lässt die Solarenergie für die Meerwasserentsalzung noch effektiver als das obengenannte Verfahren verwenden. Das bringt eine Möglichkeit, die Meerwasserentsalzung 24 Stunden pro Tag und an den sonnenlosen Tagen durchzuführen. Das vorgeschlagene Verfahren enthält wie das obengenannte Verfahren die folgenden Prozesse: Erhitzung von Meerwasser unter Verwendung der Solarenergie, sein Bringen zum Sieden, Dampferzeugung, Kondensation des Wasserdampfs, Anhäufung der Wärme in einem flüssigen Stoff (es ermöglicht einen 24-Stunden-Betrieb) und Stromerzeugung.
-
Im Verfahren gibt es hier eine Möglichkeit, die Solarenergie noch effektiver zu speichern. Das erfolgt nicht nur im flüssigen Stoff, sondern in den Gasen durch die Wasserdampfüberhitzung, dann durch die Zerlegung vom Wasserdampf in den Wasserstoff und den Sauerstoff und durch die ökologisch saubere Verbrennung des Wasserstoffes in der Sauerstoff- Luft- Mischung. Dann wird der erzeugte Strom für alle Prozesse verwendet, die notwendig sind, um ununterbrochene Meerwasserentsalzung durchzuführen. Das lässt die Meerwasserentsalzung, ohne Elektrostrom von fremden Lieferanten des Stroms verwirklichen.
-
Das vorgeschlagene Verfahren besteht aus der Reihe von Prozessen, die in 1 dargestellt sind.
-
Hier: 1- Meerwasser, 2- Wassererhitzung, 3- Wasserverdampfung, 4- Kondensation und Ablauf des Kondensats, 5- Speicherung der konzentrierten Salzlösung, die während der Wassererhitzung und Wasserverdampfung entsteht, 6- Wasserdampf-Überhitzung, 7- Wasserdampf- Zerlegung, 8- Wasserstoff- Anhäufung, 9- Sauerstoff- Anhäufung, 10- Verbrennung des Wasserstoffs, 11- Zusätzliche Verdampfung von der konzentrierten Salzlösung und der Erzeugung der Salzschmelze, 12- Speicherung der Salzschmelze als einer Wärmeenergie-Quelle, 13- Kühlung der Überschussmenge von der Salzschmelze und die Salzentladung, 14- Solarbatterie, 15- Transformator (für den Gleichstrom), 16 - Turbine des Elektrogenerators.
-
Das Wasser wird von einer Pumpe geleitet, die in 1 nicht gezeigt ist. Für die Meerwasserentsalzung nach dem vorgeschlagenen Verfahren ist folgende Quelle der Elektroenergie notwendig: das ist die Solarbatterie 14 mit dem Transformator 15 und dem Elektrogenerator 16.
-
Nach diesem Verfahren wird das Meerwasser - 1 zuerst für die Wassererhitzung - 2 geleitet und dann erfolgt die Wasserverdampfung - 3. Dann wird der Wasserdampf in zwei Ströme aufgeteilt, die ungleich überhitzt werden sollen - 6. Der erste Wasserdampfstrom wird zum Beispiel bis 450°C überhitzt und der zweite Wasserdampfstrom wird bis 120°C überhitzt.
-
Der erste Wasserdampfstrom wird unter der Wirkung eines konstanten elektrischen Felds, in den Wasserstoff und den Sauerstoff zerlegt - 7. Die Überhitzung des ersten Wasserdampfstroms bis 450°C lässt Elektroenergie sparen, weil die Verbindung zwischen den Atomen vom Wasserstoff und vom Sauerstoff in den Molekülen vom Wasserdampf mit der Erhöhung seiner Temperatur deutlich schwächt. Diese Gase werden gespeichert - 8 und 9. Dann wird der Wasserstoff in der Sauerstoff- Luft- Mischung verbrannt - 10.
-
Die Verbrennungstemperatur ist im Fall der Verbrennung vom Wasserstoff in reinem Sauerstoff sehr hoch (Min 3000°C) [2].
-
Die Verbrennung des Wasserstoffs in der Luft erfolgt bei der Temperatur 2200°C. Nach diesem Verfahren erfolgt die Verbrennung des Wasserstoffs bei der Temperatur in Rahmen zirka 2300 - 2500°C. Um sie zu bekommen, muss man Luft zugeben. So entsteht die Sauerstoff-Luft- Mischung.
-
Nach der Verbrennung des Wasserstoffs wird Energie (~ 120 MJ/kg) freigesetzt und es bildet sich der Hochtemperatur- Wasserdampf. Der zweite überhitzte Wasserdampfstrom kühlt die Zone der Verbrennung vom Wasserstoff und den gebildeten Hochtemperatur-Wasserdampf. Der Kühlwasserdampfstrom wird mit dem Dampf, der sich im Laufe der Verbrennung des Wasserstoffs bildet, nicht vermischt. Die zwei Wasserdampfströme bewegen sich unter dem erhöhten Druck getrennt und ihre Temperatur soll weiter gleich (zirka 1200°C) werden. Dann wird die konzentrierte Salzlösung, die sich bei der Meerwassererhitzung - 2 und bei der Wasserverdampfung - 3 bildet und gespeichert wird - 5, unter der Wirkung dieser Wasserdampfströme verdampft und der Wasserdampf, der auch überhitzt ist - 11 (die Wasserdampfströme werden mit dem gebildeten Wasserdampf nicht vermischt), wird zur Turbine des Elektrogenerators geleitet - 16. Nach der Turbine fällt die Temperatur des Wasserdampfs und er wird für die Kondensierung geleitet - 4. Das gebildete Süßwasser kann zum Verbrauch gespeichert werden.
-
Das bleibende Salz wird erhitzt und es verwandelt sich in die Salzschmelze - 11. Diese Salzschmelze wird gespeichert - 12 und kann als ein Speicher der Wärme, der die Meerwassererhitzung, die Erzeugung des Wasserdampfs und die Überhitzung des Wasserdampfs sichert und die kontinuierliche Meerwasserentsalzung ermöglicht. Die Temperatur der gespeicherten Salzschmelze (zirka 850°C) wird von den zwei Wasserdampfströmen stabilisiert.
-
Diese zwei Wasserdampfströme wirken bei der Verdampfung des Meerwassers und bei seiner Erhitzung, dann fällt ihre Temperatur bis, zum Beispiel, zirka 105°C. Sie werden weiter zur Kondensierung geleitet- 4 und verwandeln sich in das Süßwasser, das für die Verbraucher in einem Tank gespeichert werden kann.
-
Die Kühlung des Überschusses der Salzschmelze und ihre Entladung können auf verschiedene Weise erfolgen - 13, werden aber in Rahmen dieses Verfahrens nicht betrachtet. Alle Prozesse werden von der Solarenergie durchgeführt, die sich in die Wärme des Meerwassers und des Wasserdampfs und auch in die Energie der Gase (Wasserstoff und Sauerstoff) verwandelt. Es lässt die Meerwasserentsalzung rund um die Uhr durchzuführen. Die Pumpe, die Meerwasser liefert (im Rahmen des Verfahrens nicht betrachtet) und die Turbine des Elektrogenerators, die den Elektrostrom erzeugt, funktionieren letztlich auch dank der Solarenergie.
-
Am Tag funktioniert die Solarbatterie 14 und liefert den Elektrostrom durch den Transformator 15 für die Erhitzung des Meerwassers, für die Wasserdampferzeugung und für die Überhitzung des Wasserdampfs und für die Zerlegung des überhitzten Wasserdampfs. Außerdem funktioniert gleichzeitig die Turbine des Elektrogenerators, der auch den Elektrostrom zum Transformator liefert.
-
Deshalb sind am Tag alle Prozesse genug intensiv und das führt zur Speicherung der Gase (Wasserstoff und Sauerstoff), obwohl diese Gase nach der Speicherung für die Verbrennung des Wasserstoffs verbraucht werden.
-
In der Nacht funktioniert die Solarbatterie nicht und den Strom liefert nur der Elektrogenerator, der mit der Turbine verbunden ist. Die Turbine wird vom Wasserdampfstrom angetrieben, der bei der Verdampfung der konzentrierten Salzlösung entsteht. Die Zerlegung des Wasserdampfs geht nicht so intensiv wie am Tag.
-
Deshalb werden die Gase (Wasserstoff und Sauerstoff) weniger angehäuft als verbraucht. In 1 werden die Stromleitungen als gestrichelte Linien gezeichnet.
-
Wenn eine Vorrichtung nach diesem Verfahren gebaut wird, wird die Meerwasserentsalzung billig, weil sie keine Elektroenergie von fremden Lieferanten braucht.
-
Außerdem gibt es eine Möglichkeit, das Salz und den Überschuss des Sauerstoffs den Verbrauchern zu liefern.
-
Dann wird eine solche Vorrichtung ökologisch gut, weil die Solarenergie nicht in dem Mineralöl gespeichert wird, sondern in den Gasen und in der Salzschmelze.
-
Zitierte Druckschriften
-
- 1. Wikipedia. Die freie Enzyklopädie.
Bearbeitungsstand: 15.Juni 2018
URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Meerwasserentsalzung [abgerufen am 29.06.2018]
- 2. http://www.brand-feuer.de/index.php/Flammentemperatur
- 3. DE 10 2005 003 754 A1
- 4. DE 31 32 868 A1
- 5. DE 197 14 512 A1
- 6. DE 10 2017 219 052 A1
- 7. AT 510 156 B1
- 8. RU 2 142 905 C1
- 9. DE 102 22 316 B4
