Wie ein Watermaker funktioniert
Das grundlegende Prinzip erklärt
Wie funktioniert ein Wassermacher an Bord eines Bootes oder einer Yacht?
Kurz gesagt: Zuvor gefiltertes Meerwasser wird unter hohem Druck durch die Membran gepumpt. Dabei entstehen entsalztes Produktwasser und ein noch salzhaltigeres Abwasser – das Konzentrat. Um diese Funktion zu gewährleisten, ist der grundlegende Systemaufbau bei allen Herstellern gleich. Zu den wesentlichen Komponenten gehören eine Hochdruckpumpe, ein Membrangehäuse mit Umkehrosmosemembran sowie ein Druckregler zur Einstellung des Drucks.
Was geschieht bei der Entsalzung von Meerwasser?
Das Prinzip nennt sich Umkehrosmose; wie der Name bereits andeutet, kehrt es den natürlichen Osmoseprozess um und gewinnt Süßwasser aus Salzwasser. Zunächst ist es wichtig, die Wirkung der Osmose zu kennen und zu verstehen. Osmose bezeichnet das Bestreben einer Flüssigkeit, von einer Seite einer semipermeablen (halbdurchlässigen) Membran zur anderen zu strömen, um Unterschiede in der Konzentration gelöster Stoffe auszugleichen. Einfach ausgedrückt: Werden zwei Wassermengen mit unterschiedlichem Salzgehalt durch eine Membran getrennt, die zwar für Wasser, aber nicht für Salz durchlässig ist, so strömt Wasser von der weniger salzhaltigen zur salzhaltigeren Seite.
Bei der Umkehrosmose wird dieser Effekt umgekehrt. Hierfür sind eine Umkehrosmose-Membran sowie ein Druck erforderlich, der über dem osmotischen Druck des Meerwassers liegt. Vereinfacht gesagt handelt es sich bei der Membran um ein sehr feines Sieb, das fast ausschließlich Wassermoleküle passieren lässt, während es mehr als 99 % der gelösten Salze und sonstigen Verunreinigungen zurückhält. Wird eine solche Membran unter entsprechendem Druck mit salzhaltigem Wasser beaufschlagt, gelangt Wasser auf die Süßwasserseite, nicht jedoch gelöste Stoffe wie Salz.
Infolge dieses Prozesses steigt die Salzkonzentration auf der Meerwasserseite entlang der Membran weiter an, da bereits zunehmend Wasser auf die andere Seite gelangt und dem Konzentrat entzogen worden ist. Dieser Effekt stellt einen begrenzenden Faktor für die mögliche Süßwasserproduktion im Verhältnis zur gepumpten Meerwassermenge dar.
Welche Faktoren beeinflussen die Umkehrosmose?
Verschiedene Faktoren bestimmen, wie viel Süßwasser gewonnen werden kann. Dazu gehören die Membranfläche, der Volumenstrom des Meerwassers sowie dessen Salzgehalt, Temperatur und Druck.
Die ersten beiden Faktoren sind durch das gewählte System fest vorgegeben. Größe und Anzahl der Membranen bestimmen die Fläche, während der Volumenstrom des Meerwassers durch die Pumpe festgelegt wird. Beide Faktoren sind wichtige Größen bei der Auslegung des Systems.
Der Salzgehalt des umgebenden Meerwassers variiert je nach Gewässer, in dem man sich bewegt, und bestimmt den osmotischen Druck. In der Ostsee beispielsweise reicht bei einem Salzgehalt von 1–2 % ein Druck von etwa 35 bar aus, um Süßwasser zu gewinnen. Auf den großen Ozeanen, wie dem Atlantik, sind bei einem Salzgehalt von rund 3,5 % etwa 55 bar erforderlich.
Wie sich die Temperatur auf die Umkehrosmose auswirkt
Auch die Wassertemperatur beeinflusst den osmotischen Druck und damit die Umkehrosmose. Je höher die Temperatur, desto niedriger ist der osmotische Druck. Die Leistungsangaben von Wassermachern beziehen sich üblicherweise auf Meerwasser mit einem Salzgehalt von 3,5 % und einer Temperatur von 25 °C. Bei Fahrten in kälteren Gewässern werden Sie – bei ansonsten gleichen Parametern – eine geringere Süßwasserleistung feststellen. Links sehen Sie eine vereinfachte Darstellung, die diesen Effekt am Beispiel eines Systems mit einer Nennleistung von 60 l/h veranschaulicht, wie es auf vielen Segelbooten üblich ist.
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