Entwicklung eines energieeffizienten Verfahrens zur Trinkwassergewinnung in Vietnam

Wassermangel zählt zu den Hauptproblemen der Weltbevölkerung. Heute leiden etwa 700 Millionen Menschen in 43 Ländern an Wasserarmut – und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2025 auf etwa 1,8 Milliarden Menschen ansteigt. Bis vor wenigen Jahren galten viele Länder in Südostasien wie beispielsweise Myanmar, Kambodscha und Vietnam als Länder ohne signifikante Wasserprobleme. Die Wasserversorgung dieser Länder ist jedoch durch stark ansteigende Bevölkerungszahlen und den Klimawandel bedroht.

Die Verhältnisse in Vietnam können für viele Länder in Südostasien als repräsentativ angesehen werden. Da Meerwasser in viele küstennahe Regionen eindringt, weist dort das Grundwasser einen hohen Salzgehalt auf. Bis 2050 wird der Meeresspiegel noch deutlich ansteigen, was die weitere Versalzung des küstennahen Grundwassers insbesondere während der Trockenzeiten beschleunigt.

Zudem weisen viele Grundwasserquellen in Vietnam hohe Arsen-Konzentrationen auf – eine sehr giftige Substanz, die in Vietnam und vielen anderen asiatischen Ländern aus dem natürlichen Sedimentgestein ausgewaschen wird. Dadurch werden Grundwasser und Brunnen verseucht.

In der Bevölkerung führt dies zu chronischen Krankheiten wie beispielsweise Blasen-, Nieren-, Lungen- und Hautkrebs, Störungen des Herz-Kreislauf-Systems und Hautveränderungen. Aber auch für die wirtschaftliche Entwicklung Vietnams spielten und spielen Wasserressourcen eine wichtige Rolle und werden als bedeutender Faktor in der sozio-ökonomischen Entwicklung des Landes betrachtet.

Zur Entwicklung innovativer Lösungen startete im September 2016 das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt „Modulares Konzept zur nachhaltigen Wasserentsalzung mittels Kapazitiver Entionisierung am Beispiel Vietnam (WaKap)“, das durch die Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft koordiniert wird; zentraler Projektkoordinator ist Prof. Dr. Jan Hoinkis, Geschäftsführender Direktor des Instituts für Angewandte Forschung an der Hochschule Karlsruhe. „WaKap“ ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung (WavE)“.

Neben der Hochschule Karlsruhe sind das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI sowie die Unternehmen Karl Spiegl GmbH & Co. KG und Winkelnkemper GmbH als deutsche Projektpartner beteiligt. Am 18. Oktober 2016 fand nun das Kick-off-Treffen der Partner an der Hochschule Karlsruhe statt. In Vietnam wird das Projekt durch die Vietnamesisch-Deutsche Hochschule in Ho Chi Minh City und das Unternehmen SDVICO unterstützt.

Ziel ist die Entwicklung eines innovativen modularen Systems zur Entsalzung von Grund-, Meer- und Brackwasser sowie der Aufbau einer Pilotanlage. Durch die Kombination von Kapazitiver Entionisierung (Capacitive Deionisation, CDI) und Umkehrosmose soll im Vergleich zu bestehenden Entsalzungsverfahren der Energieverbrauch deutlich reduziert und die Trinkwasserausbeute erhöht werden. Für arsenhaltiges Grundwasser ist zuvor eine In-situ-Behandlung vorgesehen, um die für die CDI-Behandlung problematischen Stoffe weitestgehend zu entfernen.

Bei der CDI handelt es sich um ein neues Entsalzungsverfahren. Zwischen zwei porösen Elektroden aus Aktivkohle, an denen eine Spannung anliegt, fließt salzhaltiges Wasser. Die im Wasser gelösten Ionen werden dabei von jeweils gegenteilig geladenen Elektroden angezogen und entfernt. Durch die Nutzung regenerativer Energiequellen wie Sonne und Wind soll der Gesamtprozess energieautonom erfolgen.

Durch das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI wird parallel eine wissenschaftliche Bewertungsmethodik entwickeln, sodass der Kombinationsprozess auch ökologisch-ökonomisch bewertet werden kann. Auf Basis der Projektergebnisse soll durch die beteiligten Unternehmen ein marktfähiger Prototyp für Kommunen und private Nutzer in Südostasien entwickelt werden.

„Die Entwicklung des neuen Systems ist nicht nur eine ingenieurwissenschaftlich-technische Herausforderung, sondern kann auch einen Beitrag zur Gesunderhaltung der Bevölkerung und zur sozio-ökonomischen Weiterentwicklung der Regionen leisten“, so Prof. Dr. Jan Hoinkis, der an der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik der Hochschule Karlsruhe lehrt. „Die beteiligten Studierenden lernen nicht nur ein interessantes und zukunftsträchtiges Arbeitsfeld kennen, sie sammeln dabei auch internationale Erfahrungen und lernen viel über die sozio-ökonomische Einbindung und den umweltfreundlichen und damit auch nachhaltigen Einsatz solcher Systeme in den Zielländern.“

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