Im vergangenen Sommer litt Gangneung an der östlichen Küste Koreas unter extremem Wassermangel. Trotz der Regenzeit wurde das Gebiet von einem ungewöhnlich starken Hochdruckgebiet betroffen, welches die Regenwolken ablenkte. Der Wasserspeicher, der die Bürger mit Trinkwasser versorgt, wies Risse auf, die an einen Schildkrötenpanzer erinnerten.

Obwohl 70 % der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, ist nur ein kleiner Teil für den menschlichen Konsum geeignet. Das glitzernde Wasser des Ostmeeres ist in Wirklichkeit nur eine große Menge ungenießbaren Salzwassers. Angesichts dieser paradoxen Landschaft stellen Wissenschaftler eine alte Frage: „Kann das unendliche Meerwasser jemals in einem Trinkbecher landen?“

Vor dem Hintergrund der durch den Klimawandel verursachten Wasserkrisen bietet die Forschungsgruppe für Wasserressourcenkreisläufe am Koreanischen Institut für Wissenschaft und Technologie (KIST) in Gangneung innovative Antworten durch ihr Projekt zur Solar-Membran-Destillation zur Meerwasserentsalzung.

Die Forschung vor Ort: Solare Membran-Destillation

Bei der Ankunft im Demonstrationszentrum in Gangneung fällt sofort der Anblick großer Wassertanks, komplexer Rohrleitungen und Solarzellen auf. Der verantwortliche Wissenschaftler Dr. Song Gyeong-geun erläutert, dass das zentrale Prinzip der Technologie einfach ist und auf Temperaturunterschieden basiert, die den Dampfdruck beeinflussen.

Während herkömmliche Entsalzungsverfahren Wasser entweder zum Kochen bringen oder mit hohem Druck durch Filter pressen, setzt dieses System auf die Methode der Membrandestillation. Das Prinzip ist leicht nachvollziehbar, indem man sich eine heiße Suppe vorstellt. Der Dampf (Wasserdampf) steigt von der heißen Suppe (Meerwasser) auf und kondensiert an einem kalten Deckel (Frischwasser), wodurch Wassertropfen entstehen. Das Forschungsteam hat in diesem Prozess eine hydrophobe Membran eingesetzt.

„In diesem Modul fließen heißes Meerwasser und kaltes Süßwasser, getrennt durch eine dünne Membran,“ erklärt Dr. Song. „Wenn der Druck durch die höhere Temperatur auf der Meerwasserseite steigt, können nur die reinen Wassermoleküle (H₂O) durch die Membran zur kalten Seite mit Süßwasser gelangen. Salze und Verunreinigungen sind zu schwer, um hindurchzukommen.“

Die Herausforderungen der Energiegewinnung

Einer der größten Herausforderungen dieser Technologie ist die Energieeffizienz. Die Kosten für die Erwärmung des Wassers sind nicht zu vernachlässigen. Das Forschungsteam hat die Lösung in der Sonnenenergie gefunden.

Die vor Ort installierten Paneele unterscheiden sich von herkömmlichen Solarpaneelen. Die Vorderseite erzeugt Strom, während die Rückseite das Sonnenlicht direkt absorbiert, um Wärme zu erzeugen. Diese Wärme wird verwendet, um das Meerwasser zu erhitzen. Anstatt fossile Brennstoffe zu verbrennen, wird die verfügbare Sonnenenergie direkt genutzt, um Wasser zu produzieren.

Überprüfung der Effizienz vor Ort

Eine sofortige Überprüfung der Effizienz fand vor Ort statt. Die elektrische Leitfähigkeit des Meerwassers, die den Salzgehalt anzeigt, wurde gemessen. Im Gegensatz zu reinem Süßwasser zeigt salziges Wasser aufgrund seiner Mineralien eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Das ursprüngliche Meerwasser hatte Werte von über 50.000 µS/cm, was auf einen hohen Ionenanteil hindeutet. Nach der Durchquerung des Systems wurde sichergestellt, dass das Wasser einen Wert von etwa 200 µS/cm aufwies. Dieses Wasser wies keinen fischigen Geschmack oder salzige Noten auf und stellte reines Trinkwasser dar. Dies ist das Ergebnis, dass durch Wissenschaft innerhalb weniger Minuten das Wasser von natürlichen Prozessen wieder herstellt.

Eine neue Perspektive auf konzentriertes Wasser

Ein weiteres Problem, das die Meerwasserentsalzung überwinden muss, ist die Frage des konzentrierten Wassers, auch als Brine bezeichnet. Dieses bleibt zurück, nachdem das klare Wasser entfernt wurde und hat eine hohe Salzkonzentration, was bei direkter Entsorgung ins Meer zu ökologischen Bedenken führen könnte.

Die KIST-Forscher betrachten jedoch dieses salzhaltige Wasser nicht mehr als Abfall, sondern als „flüssige Ressourcen“. „Durch weitere Verdampfung und elektrodialytische Prozesse können seltene Mineralien wie Lithium und Magnesium aus dieser salzhaltigen Lösung extrahiert werden“, so die Studiengruppe. Die Möglichkeit, Lithium aus Meerwasser-Nebenprodukten zu gewinnen, könnte für ressourcenarme Länder wie Südkorea ein revolutionärer Fortschritt darstellen.

Die Zukunft der Wasserressourcen und die Herausforderungen

Obwohl es bedeutende Fortschritte gibt, sind immer noch Herausforderungen zu bewältigen. Eine ausschließliche Abhängigkeit von Sonnenenergie könnte die Leistung aufgrund von Wetterbedingungen unbeständig machen. Um dies zu kompensieren, entwickelt das Forschungsteam ein hybrides System, das zwischen verschiedenen Betriebsarten je nach Sonnenlicht wechselt und plant, Abwärme aus Kraftwerken oder die Hitze kleiner Reaktoren zu nutzen. Die Effizienz der Wärmerfassung wird entscheidend für die Wirtschaftlichkeit sein.

In Südkorea gibt es bereits Veränderungen. Im Industriegebiet in Deasan wird bis 2026 eine große Meerwasser-Entsalzungsanlage mit einer Kapazität von 100.000 Tonnen pro Tag entstehen, um Industrie-Wasser bereitzustellen.

In Anbetracht der düsteren Prognose, dass 69 % der zu erwartenden klimabedingten Schäden in den nächsten zehn Jahren Wasserkrisen betreffen werden, steht die Menschheit vor der Notwendigkeit, Wasser nicht nur zu verwalten, sondern aktiv zu produzieren.

Unter der heißen Sonne von Gangneung stellt die leise arbeitende Entsalzungsanlage daher die grundlegende Frage: Wird das Meer eine Katastrophe für uns sein, oder wird es ein unerschöpflicher Brunnen sein? Die Antwort hängt davon ab, wie diese Technologie weiterentwickelt und genutzt wird.