WaLu – Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchtigkeit

In Gebieten mit trockenem (ariden) oder überwiegend trockenem (semi-ariden) Klima ist die Gewinnung von Trinkwasser ein existenzielles Problem. Im Durchschnitt verdunstet hier mehr Wasser als durch Niederschläge wieder aufgenommen wird. Die Böden sind daher ausgetrocknet und das meist versalzene Grundwasser ist oft nur noch in sehr großer Tiefe anzutreffen. Zudem sinkt der Grundwasserspiegel in vielen Fällen stetig ab oder es werden sogenannte fossile, sich nicht erneuernde Grundwasserleiter genutzt. Eine nachhaltige, auch für zukünftige Generationen nutzbare Trinkwassergewinnung aus Grundwasser ist somit nicht möglich. Auch die Nutzung von Oberflächengewässern gestaltet sich in diesen Regionen schwierig, insbesondere bei einer großen Distanz zum Meer.

Auch wenn es in ariden Gebieten an Oberflächen- oder Grundwasser mangelt, befinden sich teilweise beträchtliche Mengen Wasser in der Luft (siehe Beer Sheva, Negev Wüste, Israel). Im Zuge der globalen Erwärmung ist außerdem zu erwarten, dass der Wassergehalt der Atmosphäre aufgrund der steigenden Temperaturen weiter zunimmt.

Um diese Wasserressource als Trinkwasserquelle zu erschließen, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Kooperation mit dem Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik IGVT der Universität Stuttgart sowie weiteren, mittelständischen Industriepartnern an einem neuartigen Prozesskonzept. Der Gesamtprozess besteht aus zwei Teilschritten. Zuerst wird die Feuchte aus der Luft an einer hoch konzentrierten Salzlösung absorbiert und somit gebunden. Anschließend wird diese verdünnte Salzlösung destilliert und das von der Salzlösung getrennte Wasser als Trinkwasser kondensiert (Desorption).

Um die Absorption der Luftfeuchte in der Salzlösung möglichst effizient zu gestalten, sind eine große Grenzfläche zur Luft und eine lange Kontaktzeit notwendig. Dies geschieht, indem die Salzlösung langsam in luftdurchströmten, turmförmigen Anlagenmodulen an Sorptionssträngen herunterfließt und das Wasser aus der Luft aufnimmt. Durch eine spezielle Ausgestaltung der Sorptionsstränge wird ein effizienter Stoffaustausch erreicht und die Salzlösung verdünnt sich durch die starke Wasseraufnahme.

Da das Wasser wieder von der im Kreislauf geführten Salzlösung getrennt (desorbiert) werden muss, schließt sich ein Destillationsprozess an. Dabei wird die mit Wasser verdünnte Salzlösung einem Vakuum ausgesetzt, was die Verdampfungstemperaturen stark heruntersetzt. Der Vorteil dabei ist, dass diese Temperaturen mit einfachen thermischen Solarkollektoren oder auch mit Abwärme erreicht werden können. Da die Anlage mit Unterdruck arbeitet, ist es zudem möglich, die eingesetzte Wärmeenergie mehrfach zu nutzen. Der bei der Destillation entstandene Wasserdampf wird kondensiert und steht als Trinkwasser in hoher Qualität zur Verfügung.

Eine kombinierte Turmbauweise zur Sorption und Desorption soll es ermöglichen, die Schwerkraft der Prozessströme zur Erzeugung des benötigten Vakuums zu nutzen. Energieintensive Vakuumpumpen sind überflüssig.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine nachhaltige Gewinnung von Trinkwasser aus Luftfeuchte in dezentralen und autarken Anlagen, was insbesondere in den oft stark zersiedelten und infrastrukturschwachen ariden oder semi-ariden Gebieten wichtig ist. Die einzelnen Systemkomponenten zeigen sehr gute Synergien. Sowohl die gravitationsgestützte Vakuumverdampfung als auch die Absorption sind auf Energieeffizienz und Ressourcenschonung ausgerichtet. Die Energieversorgung kann rein regenerativ erfolgen. Dabei werden die elektrischen Komponenten wie Pumpen und Steuerung durch Photovoltaik oder mit Windkraft versorgt. Die benötigte thermische Energie wird durch thermische Solarkollektoren bereitgestellt. Die Anlage produziert kein Abwasser oder zu entsorgendes Salzkonzentrat wie beispielsweise die Meer- oder Brackwasserentsalzung. Das Sorptionsmittel wird zu 100 Prozent im Kreislauf geführt. Durch die Kombination mit einer regenerativen Energieversorgung ist die Technologie CO₂-neutral und verursacht keine Emissionen. Die Technik ist robust, ohne anspruchsvolle Anforderungen an Bedienung und Wartung, universell einsetzbar und komplett autark.