Solare Meerwasserentsalzungsanlagen
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Hier eine Zusammenstellung vieler Verfahren, die bisher zur solaren Destillation und Desalination eingesetzt werden.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Physikalische Grundlagenerklärungen
[Bearbeiten] Physik der Verdunstung
Von Verdunsten spricht man, wenn die Temperatur der Lösung unter der Siedetemperatur liegt und der Dampfteildruck im umgebenden Trägergas (Luft) geringer als an der Flüssigkeit ist. Das Lösungsmittel verdunstet dann abhängig von der Temperatur und der Teildruckdifferenz. Der Gesamtdruck des an die Lösung angrenzenden Raumes ist dabei größer als der Teildruck des entstehenden Dampfes. Die Dampfdiffusion verteilt den Dampf im Trägergas. Bei Normaldruck bleibt z.B. die Temperatur von Wasser unter 100 °C. Die Entsalzung von Meerwasser durch Verdunsten und anschließender Kondensation ist ein auf der Erde natürlich vorkommendes Verfahrensprinzip. Verdunstung und Kondensation von Wasser in Luft kann unter Nutzung der Solarenergie bei unterschiedlichen Temperaturen und bei Umgebungsdruck stattfinden. Niedrige Prozesstemperaturen ermöglichen den Einsatz von nichtkonzentrierenden Solarkollektoren, wobei die Wärmeverluste in Grenzen gehalten werden können. Niedrigere Prozesstemperaturen ermöglichen den Einsatz von preiswerten Materialien mit geringen Anforderungen an die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Dagegen ist der Flächenbedarf von Verdunstungsanlagen wesentlich größer, da die Verdunstungsleistung auch von der Oberfläche abhängt. Pro Flächeneinheit werden nur geringe Wärme- und Stoffstromdichten erreicht. Somit kann die gleiche Dampfleistung wie bei Verdampferanlagen nur über eine große Fläche gewährleistet werden. (1)
[Bearbeiten] Physik der Verdampfung
Verdampfen ist ein thermisches Trennverfahren, das eine Flüssigkeit oder ein Lösungsmittel der Lösung eines nichtflüchtigen Feststoffes in den Dampfzustand durch Änderung der Temperatur und des Druckes überführt. Dabei wird das Lösungsmittel (meist Wasser) durch Erhitzen der Lösung auf Siedetemperatur dem eingestellten Druck entsprechend teilweise abgetrennt. Der entstehende Brüdendampf besteht im Gegensatz zur Destillation nur aus Sattdampf des Lösungsmittels. Der Wärmeinhalt kann zum mehrstufigen Verdampfen oder zur Lösungsvorwärmung wieder verwendet werden. Verdampfung kann unter unterschiedlichen Bedingungen stattfinden und damit zu verschiedenen Erscheinungsformen führen: (1)
[Bearbeiten] stilles Verdampfen
Das Sieden findet nur an der Flüssigkeitsoberfläche infolge freier Konvektion, bei geringer Heizflächenbelastung, statt. (1)
[Bearbeiten] unterkühltes Verdampfen
Sieden findet vor Erreichen der druckabhängigen Siedetemperatur der Flüssigkeit bei hohen Heizflächenbelastungen statt. Dabei verdampfen und kondensieren örtlich an der Heizfläche entstehende Blasen gleichzeitig. (1)
[Bearbeiten] Blasenverdampfen
Dabei bilden sich Dampfblasen an der Heizfläche bei mittlerer Heizflächenbelastung. Die Dampfblasen entstehen an Poren und Unebenheiten der Wandfläche, die Gase oder Restdampf enthalten können. Diese stellen Keimstellen für die Dampfblasenbildung dar. (1)
[Bearbeiten] Einfache solare Verdunstungsanlagen
[Bearbeiten] Gewächshausprinzip
Vorteile: Der Aufbau der Anlage ist einfach. Es kann somit auch von der lokalen Bevölkerung gebaut und gewartet werden. Für die Anlage werden keine Pumpen und damit auch kein Strom benötigt. Die Anlage ist damit dezentral und in Regionen ohne Infrastruktur einsetzbar.
Nachteile: Da die Kondensation an der Glasfläche erfolgt, kann die Kondensationsenergie nicht zurückgewonnen und für eine Voraufheizung des Meerwassers genutzt werden. Daher ist die Leistung der Anlage pro m² vergleichsweise gering. (1)
[Bearbeiten] Kollektor und Solardestille
Die mit einem Kollektor gekoppelte Destille erbrachte bei guter solarer Einstrahlung im Vergleich zur einfachen Solardestille eine Produktionssteigerung von 15 %, bezogen auf 1 m² Anlagenfläche (Destille + Kollektor). (1)
[Bearbeiten] Komplexe solare Verdunstungsanlagen
[Bearbeiten] Mehrstufige Meerwasserentsalzung
Vorteile: Zum Antrieb der Anlage können verschiedene Wärmequellen genutzt werden, wie z.B. über Kollektoren eingekoppelte Solarenergie oder Abwärme von Dieselgeneratoren bzw. anderen mechanischen Maschinen. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Investitionskosten ist eine dezentrale Anwendung möglich. Gegenüber der einfachen Solardestille kann der Ertrag wesentlich gesteigert und damit der Flächenbedarf gesenkt werden. Bei einer entsprechenden Anordnung ist eine Umlaufpumpe nicht notwendig.
Nachteile: Gegenüber der einfachen Solardestille ist ein höherer apparativer Aufwand nötig. Daher sind höhere Investitionskosten zu erwarten, die jedoch durch den höheren Ertrag und die geringere notwendige Kollektorfläche reduziert werden können. (1)
[Bearbeiten] Scheffler Spiegel
Mittels einem Scheffler Spiegel wird Salzwasser zum kochen gebracht. Das Kondensat sickert durch ein Gewebe in ein nächstes Gefäss. Die Verwendung von 4 Kondensationsstufen steigert die Ausbeute an reinem Trinkwasser um den Faktor 3 gegenüber einer Stufe. (2)
