Die Funktionsweise eines Watermakers ist schnell erklärt – Es wird zuvor gefiltertes Seewasser unter hohem Druck durch die Membrane gepumpt. Heraus kommen das entsalzte Produktwasser sowie ein umso salzigeres Abwasser – das Konzentrat.
Um diese Funktion abzubilden ergibt sich ein unter den Herstellern immer gleicher grundsätzlicher Systemaufbau. Die benötigten Hauptkomponenten sind eine Hochdruckpumpe, ein Membrangehäuse mit Umkehrosmosemembran sowie ein Druckregelventil an dem der Druck eingestellt wird.
Bei der Umkehrosmose, dem Prinzip hinter Ihrem Watermaker, wird der natürliche Prozess der Osmose umkehrt und so Frischwasser aus Salzwasser entzogen. Zunächst ist es wichtig den Effekt der Osmose zu kennen und zu verstehen.
Osmose meint den Drang einer Flüssigkeit von einer Seite einer halbdurchlässigen Membran auf die andere Seite zu fließen um Unterschiede in Konzentrationen gelöster Stoffe auszugleichen. Vereinfacht ausgedrückt: Trennt man zwei Mengen Wasser mit unterschiedlichem Salzgehalt durch eine für Wasser aber nicht für Salz durchlässige Membran so wird Wasser von der weniger salzhaltigen Seite auf die andere, salzigere Seite fließen.
Dieser Effekt wird bei der Umkehrosmose umgekehrt. Hierzu erforderlich sind die Umkehrosmosemembran und ein Druck, der oberhalb des osmotischen Drucks des Seewassers liegt. Die Membran stellt vereinfacht ausgedrückt ein sehr feines Sieb dar, dass nahezu ausschließlich Wassermoleküle durchlässt und >99% an gelösten Salzen, Bakterien und andere Kontamination zurückhält. Umströmt man also eine solche Membran mit salzhaltigem Wasser unter dem entsprechenden Druck so dringen entlang dieser Wassermoleküle auf die Frischwasserseite nicht aber gelöste Stoffe, wie Salz.
In der Folge dieses Prozess steigt die Salzkonzentration auf der Seewasserseite entlang der Membran immer weiter an, da ja mehr und mehr Wasser bereits auf die andere Seite gelangt ist und dem Konzentrat entnommen wurde. Aus diesem Effekt ergibt sich ein begrenzender Faktor für die mögliche Frischwasserproduktion bezogen auf das Fördervolumen an Seewasser.
Es gibt verschiedene Faktoren, die bestimmen wieviel Frischwasser gewonnen werden kann. Hierzu zählen die Membranoberfläche, der Volumenstrom an Meerwasser, dessen Salzgehalt, Temperatur und Druck.
Die ersten beiden Faktoren sind durch das gewählte System fest definiert. Die Größe und Anzahl der Membranen legt die Oberfläche fest, der Volumenstrom an Meerwasser ist durch die Pumpe fest definiert. Beides sind wichtige Größen bei der Auslegung des Systems.
Der Salzgehalt des uns umgebenden Meerwasser variiert je nach Gewässer in dem wir uns bewegen und bestimmt dessen osmotischen Druck. In der Ostsee mit ihren 1-2% Salzgehalt beispielsweise ist nur ein Druck von ca. 35 bar nötig um Frischwasser zu produzieren. In den großen Ozeanen, wie dem Atlantik, sind die ca. 55 bar nötig um bei ca. 3,5% Salzgehalt Frischwasser zu produzieren.
Die Temperatur des Wassers beeinflusst den osmotischen Druck und damit die Umkehrosmose ebenfalls. Je höher die Temperatur desto niedriger der osmotische Druck. Die Angaben zur Leistung von Wassermachern beziehen sich in der Regel auf Meerwasser bei 3,5% Salzgehalt und 25 °C. Ist man in kälteren Gewässern unterwegs stellt man eine geringere Frischwasserrate bei sonst gleichen Parametern fest. Nebenstehend eine vereinfachte Darstellung zur Verdeutlichung des Effekts für ein beispielhaftes System mit 60l/h nomineller Frischwasserproduktion.
