Mit Luftblasen Gemüse anbauen: Neues Verfahren entsalzt Meerwasser

Mit Luftblasen Gemüse anbauen: Neues Verfahren entsalzt Meerwasser

von Sabrina Keßler

Ein neues Verfahren verwandelt Salzwasser dank Luftblasen in Trinkwasser - das dann Pflanzen bewässert.

Wie ein Gewächshaus funktioniert, weiß jedes Kind: Mit Glas oder Folie bedeckt, sorgt der Treibhauseffekt dank einstrahlender Sonne selbst im Winter für wohlig warme Temperaturen im Inneren, während die Pflanzen gleichzeitig vor Schädlingen und Nässe geschützt sind. Mit dem richtigen Klima und optimaler Bewässerung können die Pflanzen prächtig und kontrolliert wachsen. Doch was, wenn das Wasser fehlt, um Gemüse und Co. ausreichend zu bewässern?

Mit dieser Frage hat sich ein Team australischer Wissenschaftler beschäftigt. Die Forscher der Universität Murdoch haben ein System entwickelt, um Meerwasser zu entsalzen und damit selbst abgelegenen Regionen mit salzhaltigem Grundwasser den Anbau von Nahrungsmitteln zu ermöglichen. Ein 150 Quadratmeter großes Gewächshaus könnte demnach jeden Tag acht Kubikmeter frisches Wasser und bis zu 30 Kilogramm Ernte erzeugen, wie die Autoren in ihrer Studie zeigen. Und das alles dank kleiner Wasserblasen.

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Aus Salzwasser mach TrinkwasserDas Blasen-Gewächshaus, wie es die Erfinder nennen, bedient sich des Systems eines einfachen Meerwasser-Treibhauses: Wenn Salzwasser verdunstet und am Dach kondensiert, entsteht reines Trinkwasser, das dann die Wände herunterläuft, um die Pflanzen zu bewässern. Gleichzeitig entwickelt sich ein feuchtes Klima, indem die Pflanzen gut gedeihen.

Die Forscher kombinieren dieses System nun mit einer neuartigen Verdunstungsmethode, die sich durch zwei sogenannte Blasensäulen mit je sechs Kammern im Inneren des Gewächshauses auszeichnet. Die erste Säule besteht dabei aus einem Evaporator (also einem Verdunster), die zweite aus einem Kondensator. Ein Gebläse, das mit Solar- oder Windenergie betrieben wird, pustet nun Luft durch die sogenannte Sinterscheiben der ersten Säule, die mit Salzwasser gefüllt ist und erwärmt wird. Dadurch bilden sich Tausende kleine Luftbläschen, die schneller als üblich verdunsten.

Grund dafür ist eine ungewöhnliche Eigenschaft, die salziges Wasser aufweist: Es verhindert, dass sich Luftblasen zusammenschließen. Stattdessen bildet sich eine große Wasser-Luft-Oberfläche aus tausenden Blasen, die zwar ständig aneinanderstoßen, aber eben nicht verschmelzen. Während die Tausenden Blasen also oszillierend in der Salzlösung bleiben, bildet sich Wasserdampf.

Über zwei Leitungen ist der Evaporator mit dem Kondensator verbunden, wodurch Wärmeverlust verhindert werden soll. Die eine Leitung stellt einen Luftstrom dar, der den Dampf vom Evaporator dem Kondensator zuführt. Die andere dient als Abhitzedampferzeuger, die gegen den Strom durch jede Kammer der beiden Säulen läuft.

In den Kondensator kommt das entsalzene Wasser aus dem Evaporator. Weil die Luftblasen bei Wasser ohne Salz eben nicht davon abgehalten werden, sich zusammenzuschließen, wird mit Hilfe der Sinterplatten ein Luftblasenstrom generiert. Trotzdem stellt die Oberfläche dieses Stroms immer noch eine große Fläche für eine effektive Kondensation dar, schreiben die Wissenschaftler. Von dem Kondensator verdampft das Wasser von beiden Säulen dann in die Luft des Gewächshauses.

Warum die Blasen bei dem Prozess so wichtig sind? Weil sie eine Schnittstelle zwischen Luft und Flüssigkeit schaffen, wodurch das Wasser schon bei Temperaturen unter dem Siedepunkt schneller verdampft.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die nur bei Umgebungstemperatur arbeiten, würden die neu entwickelten Verdampfer und Kondensatoren weitaus höheren Temperaturen standhalten. „Dadurch könnte viel mehr Wasserdampf im Luftstrom gehalten werden“, sagt Mario Schmack, Autor der Studie. Auf diese Weise würde der Prozess nicht nur beschleunigt und effizienter, die Blasen verhinderten gleichzeitig, dass sich Salz in den Verdunstungskammern ablagere. „Die Wartung würde dadurch deutlich reduziert“, sagt Schmack.

Im Vergleich zu anderen Entsalzungstechnologien verbraucht der Blasenprozess nach Angaben der Wissenschaftler auch vergleichsweise wenig Energie, die auch von erneuerbaren Quellen erzeugt werden könne.

Kritiker bemängeln UmsetzbarkeitNicht nur Schmack und sein Team sind überzeugt von der Idee. Auch Emily Tow, Maschinenbauingenieurin am Massachusetts Institute for Technology, weiß um die Vorzüge. „Die Blasen-Säulen sind kompakter und preisweiter als herkömmliche Befeuchter“, sagt Tow in einem Bericht auf SciDev.net. Allerdings sei das Verfahren nicht für jedes Vorhaben geeignet. Sie warnt: „Die geschätzten Kosten von zehn US-Dollar, um 1000 Liter Wasser zu entsalzen, mögen vielleicht im kleinen Rahmen funktionieren. Im großen Rahmen ist das Konzept möglicherweise nicht wirtschaftlich genug.“

Andere Entsalzungs-Techniken, wie die sogenannte solar-betriebene Umkehrosmose, bei der unter Druck Trinkwasser erzeugt wird, seien laut Tow effizienter. Auch Raphael Semiat, chemischer Ingenieur der Technischen Universität Israels, sieht das so. „Um abgelegene Gebiete mit Wasser zu versorgen, braucht es ein relativ großes System.“ Und das sei nur mit Umkehrosmose und der Bewässerung über Wasserleitungen möglich. Hinzu kommt, dass die Blasensäulen nicht nur mit Salzwasser auskommen, sondern für

Einfachheit statt SkalierungDie Erfinder des Blasen-Gewächshauses sind dennoch überzeugt von ihrer Idee. Die Umkehrosmose sei zwar eine gute Technologie, in der Praxis aber hätte sie sich als zu kompliziert für die Einheimischen herausgestellt. „Unser System hingegen bedient sich einer einfacheren Technologie“, sagt Schmack. Das Gebläse und die anspruchslosen Wasserpumpen seien einfach zu bedienen und das System dadurch lange aufrechtzuerhalten. „Selbst technisch unbegabte Menschen könnten die Geräte im schlimmsten Fall reparieren.“

Aus der Idee soll daher schon bald ein erster Prototyp entstehen. Derzeit verhandelt das Forscherteam mit mehreren Industriepartnern in West-Australien, um ihr Projekt zu realisieren. „Wir glauben nach wie vor, dass unser Konzept weltweit einsetzbar ist“, sagt Schmack. „Die Einfachheit und die sozialen Vorzüge unserer Technologie werden zu einer nachhaltigen Entwicklung abgelegener Regionen führen.“

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