Modulares Konzept zur nachhaltigen Wasserentsalzung mittels Kapazitiver Entionisierung am Beispiel Vietnam (WaKap)

 

Projektleiter: Prof. Dr. Jan Hoinkis

Förderer: BMBF

Laufzeit:  01.09.2016 - 31.08.2019

 

Das Verbundprojekt „Modulares Konzept zur Wasserentsalzung mittels Kapazitiver Entionisierung am Beispiel Vietnam – WaKap“ ist ein Projekt der BMBF-Fördermaßnahme "Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung (WavE)" im Rahmen des BMBF-Förderschwerpunktes "Nachhaltiges Wassermanagement - NaWaM" unter der Projektträgerschaft des PTKA.

WaKap wird im Zeitraum vom 01.09.2016 bis zum 30.08.2019 unter den Förderkennzeichen 02WAV1413A gefördert.

Hintergrund

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.

Das Verbundprojekt

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 die vietnamesische Firma SDVICO unterstützt. 

Ziele

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen modularen Systems zur Entsalzung von Grund- bzw. 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 (unterirdische Grundwasserbehandlung) vorgesehen, um die für die CDI-Behandlung problematischen Stoffe weitestgehend zu entfernen.

Arbeitsschwerpunkte

Bei der CDI handelt es sich um ein neues Entsalzungsverfahren, welches sich bisher noch nicht auf dem Markt der Wasserbehandlung etabliert hat. Bei diesem Verfahren fließt Meer- oder Brackwasser zwischen zwei poröse Elektroden aus Aktivkohle, an denen eine Spannung anliegt. Die positiven Ionen werden dabei von der negativ geladenen Elektrode angezogen, die negativen Ionen von der positiv geladenen Elektrode.

Dadurch werden Salze aus dem Wasserstrom entfernt. Schwerpunkt des Projektes ist, die CDI Technologie durch eine energie-effizientere modulare Anlage zugänglich zu machen.

Dabei soll die Energieversorgung des Gesamt-prozesses mittels regenerativen Energien (Sonne und Wind) erfolgen, um einen autonomen Betrieb der Anlagen ohne Netzanbindung zu ermöglichen.

 

Im Projekt wird durch den Partner ISI begleitend eine wissenschaftliche Bewertungsmethodik entwickelt, so dass der Kombinationsprozess in der letzten Projektphase ökologisch-ökonomisch bewertet werden kann. Auf Grundlage der Projektergebnisse wird zum Projektende durch die im Projekt beteiligten Firmen ein marktfähiger Prototyp für Kommunen oder private Nutzer in Südostasien entwickelt.

Das Projekt wird in die folgenden Arbeitspakete aufgeteilt:

 

1. Pilotversuche Laborversuche in Deutschland mit Modellwasser

2. Computerbasierte Systemanalyse der Kombinationsprozesse

3. Konzept für regenerative Energieversorgung

4. Entwicklung einer Bewertungsmethodik zur Nachhaltigkeitsbewertung

5. Gesamthafte ökologische und ökonomische Bewertung

6. Pilotierung in Vietnam

7. Projektmanagement