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UMWELTLABOR/298: Der wahre Preis - Scharade mit dem Durst ... (SB)



Im September 2015 hat die UN in New York die globalen nachhaltigen Entwicklungsziele (Sustainable Development Goals - SDGs) verabschiedet: 17 Hauptziele mit teilweise zehn weiteren "Zielvorgaben" sollen "die Welt in eine transformieren, in welcher der Schutz des Planeten und Wohlstand für alle Menschen gewährleistet sein wird. Eines der elementarsten Ziele, SDG 6, betrifft die "Verfügbarkeit und nachhaltige Bewirtschaftung von Wasser und Sanitärversorgung", die bis 2030 weltweit durchgesetzt werden soll. Bisher hat sich diesbezüglich jedoch wenig getan. Noch immer haben weltweit zwischen 1,5 und 2 Milliarden Menschen keinen Zugang zu ausreichend sauberem und trinkbarem Süßwasser oder sie leben in Gebieten mit Wassermangel, in denen die verfügbaren Ressourcen in manchen Zeiten des Jahres nicht ausreichen, um den Bedarf zu decken.

Zudem ist gerade das Erreichen dieses Ziels die grundlegende Voraussetzung für weitere Nachhaltigkeitsziele, wie "Keine Armut (SDG 1)", "Hunger beenden (SDG 2)", "Ein gesundes Leben" (SDG 3) "Menschenwürdige Arbeit und Wirtschaftswachstum (SDG 8)", die ebenfalls auf der UN-Agenda für 2030 stehen. Darüber hinaus sind auch die Ziele 11 und 13, d.h. "nachhaltige Städte und Gemeinden (SDG 11) und das Handeln für den Klimaschutz (SDG 13) wasserbezogene Ziele. Weiter steht eine der vordringlichen Zielvorgaben des SDG 6 im Widerspruch zu den wenig wasserschonenden Praktiken der Industrie: "Bis 2020 wasserverbundene Ökosysteme schützen und wiederherstellen, darunter Berge, Wälder, Feuchtgebiete, Flüsse, Grundwasserleiter und Seen". [1]

Eines der naheliegendsten Konzepte, Entsalzungs- und Aufbereitungsanlagen zur Aufbereitung des reichlich vorhandenen Meerwassers auf unserem "blauen Planeten" zu nutzen, trägt weder zum SDG 6 noch zu diesem letzten Punkt bei. Die damit verbundene Großtechnik weist immer noch eine äußerst negative Ökobilanz auf, wie eine kürzlich veröffentlichte und von den Vereinten Nationen geförderte Studie ergab. Zwar räumt die Studie selbst ein, daß unter Einhaltung bestimmter Bedingungen die Nutzung von aufbereitetem Meerwasser unabdingbar ist. Und sie fordert die Entwicklung von umweltfreundlichen, klimaneutralen und kostengünstigeren Ansätzen, die auch in ärmeren Ländern Wasser für alle erschwinglich macht. Doch wie man es auch dreht und wendet, bzw. von welcher Seite man versucht, einen nachhaltigeren Ansatz zu entwickeln, scheint sich die Schlange in den Schwanz zu beißen. Die Probleme potenzieren sich. Es besteht kaum Aussicht, dieses wichtige Ziel bis 2030 noch zu erreichen.

Es ist tatsächlich so paradox, wie es sich darstellt: Zwei Drittel der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt, doch nur 2,5 Prozent davon sind Süßwasser. Davon sind wiederum gut zwei Drittel in Gletschereis gebunden, das durch den fortschreitenden Klimawandel möglicherweise sehr viel schneller abschmelzen und dem globalen Trinkwasserreservoir verloren gehen wird. Dafür gewinnt das salzige Meerwasser an Volumen dazu. Letzteres kann jedoch kein Mensch trinken, es sei denn, er verfügte über bestimmte Gene von Möwen oder Pinguinen, mit deren Hilfe diese ihren Flüssigkeitsbedarf über das Meerwasser abdecken können, weil sie mittels spezieller Drüsen das überschüssige Salz einfach ausscheiden. Für alle anderen Lebewesen ist es gesundheitsschädlich und oft sogar tödlich, Meerwasser zu trinken. Um das überschüssige Salz über die Nieren wieder aus dem Körper zu entfernen, brauchen diese salzfreies Wasser, das sie dem Körper aus allen Zellen entziehen. Man vertrocknet quasi von innen. Im schlimmsten Fall kann eine Salzvergiftung infolge von Atem- und Herzstörungen zum Tode führen.

In den vergangenen 50 Jahren ist der weltweite Süßwasserverbrauch doppelt so schnell gestiegen wie die Weltbevölkerung. Nach UNO-Schätzungen wird der Bedarf an Süßwasser bis 2030 die vorhandenen Ressourcen um 40 Prozent übersteigen. Fast die Hälfte der Menschen könnten dann unter Wassermangel leiden. Sofern die Hochrechnungen für das Bevölkerungswachstum zutreffen, ginge es um nicht weniger als 4,275 Milliarden Menschen, die dann ohne Wasser dastehen würden. Darüber hinaus sinkt die Wasserqualität durch den Eintrag von Chemikalien und Mikroschadstoffen, die aus Abwässern, ländlichen Einträgen oder durch die Luft in offene Gewässer getragen werden oder durch die Bodenfiltration ins Grundwasser geraten. [2]

Es ist also nur logisch, daß wasserarme Länder in Küstennähe auf die 97,5 Prozent der weltweit verfügbaren Vorräte an Meerwasser und Brackwasser zurückgreifen und Techniken entwickeln, diese in trinkbares Wasser aufzubereiten. Damit könnten aber im besten Fall nur etwa drei Milliarden Menschen, die weniger als 200 Kilometer von den Ozeanen entfernt wohnen, mit Wasser versorgt werden.

Die erste und einfachste Methode ist hier seit jeher die Verdampfung. Meerwasser wird erhitzt, bis es verdampft und das Salz sich vom Wasserdampf trennt. Das Verfahren wurde bereits in der Antike von Seefahrern realisiert, die Meerwasser in Bronzegefäßen aufkochten und den entweichenden reinen Wasserdampf als Trinkwasser in Schwämmen auffingen. 1869 wurde von den Briten im Golf von Aden eine der ersten Meerwasserverdampfungsanlagen gebaut, mit der sie ihre Kolonialflotte mit Trinkwasser aus dem Roten Meer versorgten. Das extrem energieaufwendige Verfahren ist inzwischen von technisch viel subtileren Methoden abgelöst worden. Doch immer noch wird die Hälfte der weltweit aus Meerwasser gewonnenen Trinkwassermenge über eine Form von Verdampfungsverfahren produziert.


Ein gewaltiger Industriekomplex vor der arabischen Küste in RAK (Ras Al Khaimah, Vereinigte Arabische Emirate). - Octal [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons

Wasserindustrie mit Meeresanbindung.
Die Hälfte der Meerwasserentsalzung beruht auf Verdampfung.
Foto: 2006 by Octal [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons

Die derzeit bevorzugte Methode ist die Wasseraufbereitung per Umkehrosmose. Unter hohem Druck von 60 bis 80 bar wird Meerwasser durch eine feine Membran gepreßt, die das Salz zurückhält. Beide Methoden teilen einige Probleme: Große Anlagen verbrauchen extrem viel Energie. In der Regel wird ein eigenes Kraftwerk für den Betrieb von Verdampfungsanlagen oder alternativ für die Hochdruckpumpen benötigt. Dies, aber auch die Wartung der Membranen, die Konstruktion, der Bau und die Instandhaltung der Anlagen sind äußerst kostenintensiv. So gab der Leiter einer Entsalzungsanlage in Palma de Mallorca, Luis Zubia, in einem Interview mit Eva Carolin Ulmer (Mallorca Magazin) an, daß man etwa 3,7 Kilowattstunden Strom für die Gewinnung von 1.000 Litern Trinkwasser benötige. Bei einem Strompreis von 10 Cent pro Kilowattstunde komme man schnell auf 40 Cent pro Kubikmeter (= 1.000 Liter). [3] Das ist allerdings noch nicht der Preis, den der Verbraucher für das kostenintensiv gewonnene Wasser zahlen muß. Dieser liegt bei mindestens 60 Cent pro Kubikmeter. Aufbereitetes Wasser ist damit doppelt so teuer als das aus Stauseen gewonnene Wasser. Nur kann selbst die größte Meerwasserentsalzungsanlage Europas, die in der Nähe von Barcelona für 230 Millionen Euro errichtet wurde, nur ein Viertel des Bedarfs in ihrem Einzugsbereich decken. [4] Das entsalzte Wasser sei nicht so rein, daß man es gleich trinken könnte, gab der Leiter der Anlage von Palma zu. Um Trinkwasser zu erhalten, müsse noch "etwas Kalk, Kohlensäure und Chlor" hinzugefügt werden. [3]

Meerwasserentsalzung ist bislang also vor allem etwas für reiche Länder oder Touristenregionen, die über die ausreichenden Mittel verfügen. Zudem wird die benötigte Energie oft aus fossilen Brennstoffen bezogen - zum Schaden der Umwelt und der Klimabilanz. Dieser Schaden wurde letztlich auch von den meisten Umweltorganisationen als geringer Preis für den möglichen Nutzen der Wasserbeschaffung für trockene Regionen wie der Nahe Osten, Nordafrika, aber auch Spanien betrachtet. Er wurde allerdings nie ganz genau berechnet.

So trägt beispielsweise diese Art der Wasseraufbereitung im weitesten Sinne sogar zu weiterem Wassermangel bei. Denn bei jeder Verbrennung von fossilen Energieträgern entsteht CO₂, das in die Atmosphäre geblasen wird und dort als Treibhausgas ebenso zur globalen Temperaturerhöhung beiträgt wie zu den damit verbundenen wasserbezogenen Umweltfolgen wie das Abschmelzen der Gletscher oder der Schwund an Süßwasserressourcen.

Zwar sind immer wieder technologische Entwicklungen mit geringeren Betriebskosten im Gespräch, die mit erneuerbaren Energien oder der Ausnutzung von Sonnenenergie arbeiten und auch eine ärmere Zielgruppe bedienen sollen. Sie können jedoch in den seltensten Fällen ausreichend große Mengen an aufbereitetem Wasser liefern. Andere, wie die kontinuierliche Entsalzung durch "kapazitive Deionisierung" [5], die immer wieder im Gespräch, aber bis heute nicht ausgereift ist, versagen bei Meerwasser mit hoher Salzkonzentration. Kurz gesagt: Die Methode mit höchster Energieeffizienz und sehr hohem Wirkungsgrad eignet sich nur für geringfügig verschmutztes oder salziges Brackwasser.

Ganz gleich welche Energieeffizienz sich mit der Nutzung neuer Technologien noch erwirtschaften läßt, eine Frage, die bislang nie in Rechnung gestellt wurde, taucht bei jeder Gewinnung von reinem Wasser aus salzhaltigem auf: Wohin mit der aufkonzentrierten Salzsole, die dabei anfällt?

In dem zuvor erwähnten Interview mit dem Betreiber einer Aufbereitungsanlage in Palma wird angedeutet, daß diese Sole, von der laut Luis Zubia auf 450 Liter reines Wasser 550 Liter anfällt, einfach ins Meer "zurückgeführt wird". Man habe zwar von Umweltschützern gehört, daß der erhöhte Salzgehalt den Organismen im Meer schaden könne, insbesondere der empfindlichen Posidonia (Neptungras), erklärte er im Interview, doch man habe festgestellt, daß die Salzlake in weniger als 200 Metern Entfernung vor der Küste nicht mehr als erhöhter Salzgehalt im Wasser nachweisbar wäre. Das zeigten die Umweltverträglichkeitsstudien, die jedes Jahr durchgeführt würden. Und Neptungras wachse an dieser Stelle ohnehin nicht, aufgrund anderer, noch gravierenderer Schadstoffe im Meer. Daß die Salzlauge neben den aus dem Meerwasser stammenden, aufkonzentrierten Mineralien (Magnesium, Calcium, Natrium, Lithium) auch giftige Chemikalien und Schwermetalle aus dem Entsalzungsprozeß enthalten und darüber hinaus zum Sauerstoffschwund eines Gewässers beitragen kann, wird hier nicht erwähnt. [6]

Ein von der UN unterstütztes internationales Forscherteam fand nun vor kurzem in der Studie "The state of desalination and brine production: A global outlook" [Über den Stand der Entsalzung und der Soleproduktion: Ein globaler Ausblick] heraus [7], daß genau diese Rückleitung von Salzlake in bisherigen Umweltverträglichkeitsstudien nie in ihrem vollständigen Umfang berechnet worden und die Soleproduktion von 1 bis 1,2 Liter pro Liter Süßwasser (z.B. s.o.) unterschätzt worden ist. Im Fazit der Studie fassen die Forscher, die der Süßwasserproduktion mit Hilfe von Entsalzungsanlagen immer noch positiv zugewandt zu sein scheinen, folgendes zusammen: Weltweit sind nach den Daten des Teams 15.906 Entsalzungsanlagen in 177 Ländern in Betrieb. Ihre Zahl hat sich damit seit den 1980er Jahren fast verzehnfacht. Diese produzieren jeden Tag 95 Millionen Kubikmeter Süßwasser, was dem halben Tagesdurchfluß der Niagarafälle entspricht. Die Hälfte der Anlagen konzentrieren sich auf Standorte im Mittleren Osten, in Nordafrika und Spanien. Allein Saudi-Arabien, die Vereinten Arabischen Emirate und Kuweit zusammen erzeugen 29,3 Prozent des durch Entsalzung gewonnenen Trinkwassers. Ostasien und Nordamerika haben einen Anteil von 18,4 und 11,9 Prozent. In Europa ist Spanien mit 5,7 Prozent der größte Entsalzungs-Nutzer.


Planskizze einer Umkehrosmoseanlage - Grafik: by Togo [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Hochdruck- und andere Pumpen nehmen den größten Raum der Anlage ein.
Sie benötigen ein eigenes Kraftwerk.
Grafik: by Togo [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons


Eine Fabrikhalle mit großen Rohren. - Foto: by James Grellier [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Einblick in die Produktionshalle einer Wasseraufbereitungsanlage mittels Umkehrosmose.
Foto: by James Grellier [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Gemeinsam produzieren sie täglich 142 Millionen Kubikmeter Salzbrühe, 50 Prozent mehr, als frühere Schätzungen angeben. Dabei fällt der Löwenanteil der Salzlaugenproduktion den Anlagen im Mittleren Osten zu, die mit ineffektiven thermischen Verfahren arbeiten und viermal mehr Lauge als andere modernere Anlagen erzeugen. Zudem sei die Brühe in hohem Maße mit Chemikalien wie Antikorrodantien, Antiscaling- oder Antifouling-Mitteln aus dem Betrieb der Anlage belastet, die u.a. Ablagerungen auf den Membranen verhindern sollen. Aber auch metallische Giftstoffe wie Rubidium, Bor, radioaktive Stoffe wie Uran oder Halogenide wie Brom werden von 80 Prozent der Anlagen im Meer verklappt, weil sie in Küstennähe positioniert sind. Von dieser bislang stillschweigend geduldeten Meeresverschmutzung sind somit die Ökosysteme im Europäischen Mittelmeer am stärksten betroffen, die ohnehin schon unter den Einleitungen von Abwässern der Industrie und der Landwirtschaft vor allem in Po und Nil leiden. Unter anderem ist mit einer Zunahme der sauerstoffverarmten, sogenannten marinen Todeszonen zu rechnen, in denen nichts mehr gedeiht.

Das vom Forscherteam der UN in Aussicht gestellte Potential, entsprechende Techniken für die Rückgewinnung der Chemikalien und Rohstoffe zu entwickeln, um quasi Profit aus der schlechten Umweltbilanz zu ziehen, hat reine Feigenblattfunktion. Fällt es doch schwer zuzugeben, daß man mit Meerwasserentsalzung keine nachhaltige Methode gefunden hat, den Wasserbedarf zu decken und auch die immer noch vorherrschende Wasserverschwendung zu bedienen.

Versuche zur Rückgewinnung von wertvollen Rohstoffen sind schon in anderen Zusammenhängen wie der Rückgewinnung von Seltenen Erden aus Handys, Smartphones, Computern und anderem Elektroschrott gescheitert. Sie erwiesen sich letztlich als extrem zeitraubend, unergiebig und mit hohen Energiekosten verbunden, so daß laut den Autoren der Studie an dieser Option noch gearbeitet werden muß. Sie schlagen hingegen ernsthaft das Verdünnen der Sole vor ihrer Einleitung ins Meer vor, was an einen Schildbürgerstreich denken läßt, denn womit sollte man Sole verdünnen als mit Wasser!

Eine weitere ebenfalls wenig appetitliche Lösung, welche die UN-Forscher vorschlagen, ist die Nutzung von anfallender Sole für Fischzucht und Aquakulturen. Es seien damit in speziellen Formen der Aquakultur schon Fischbiomasse-Zuwächse von 300 Prozent erreicht und auch für die Zucht der als Lebensmittelzusatz beliebten Alge Spirulina ließe sich die Lauge einsetzen". [6] Doch welcher Markt sollte mit diesem schadstoffbelasteten Fischfleisch bedient werden?


Junge Frau kratzt Wasser aus einem schlammigen Wasserloch in Afrika. - Foto: by Bob Metcalf [Public domain], via Wikimedia Commons

Wird der Mangel durch Meerwasserentsalzung noch größer?
Bis 2030 sollen alle Menschen ausreichend mit Wasser versorgt sein.
In Tanzania (Afrika) kann Wasser oft nur über Löcher, die in trockene Flußbetten gegraben werden, gewonnen werden. Diese Aufgabe wird meist Mädchen aufgetragen, die deshalb keine Schulbildung erhalten können.
Foto: by Bob Metcalf [Public domain], via Wikimedia Commons

Die kostspielige Meerwasserentsalzung ist somit keine Lösung für jene Regionen, die am meisten unter Wasserknappheit zu leiden haben. Diese sensiblen Bereiche könnten aber unter den Umwelt- und Klimafolgen, die mit der Entsalzung in Kauf genommen werden müssen, insbesondere durch den dadurch weiter angekurbelten Wassermangel, besonders leiden. Daneben stehen die privilegierten Regionen der Welt, in denen die Trinkwasserknappheit ein hausgemachtes Problem ist, das von einer zahlungskräftigen Elite durch Verschwendung im großen Stil veranlaßt wird. So versickern in Spanien, das Europa ganzjährig mit Obst und Gemüse versorgt, große Mengen an Süßwasser aus maroden Leitungen ungenutzt in den Boden, ehe sie die Bewässerungsanlagen erreichen. In anderen Touristenregionen mit Wassermangel werden Golfplätze und Parkanlagen bewässert. Last but not least darf auch der ungemein hohe Verbrauch an "virtuellem Wasser" für die Produktion von Rindfleisch (ein Kilo braucht 15.000 Liter) oder Kaffee (140 Liter Wasser für eine Tasse) nicht unerwähnt bleiben. Sollte nicht der Zugriff auf das Problem zuallererst an diesen Stellen mit einem generellen Umdenken beginnen?


Anmerkungen:

[1] https://nachhaltigkeit.bvng.org/die-globalen-ziele-fuer-nachhaltige-entwicklung/sdg-ziel-6-sauberes-wasser-und-sanitaere-einrichtungen/

[2] http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/wasser/uwasc165.html

[3] https://www.mallorcamagazin.com/nachrichten/tourismus/2016/02/10/44837/funktioniert-die-meerwasser-entsalzungsanlage-von-palma.html

[4] https://www.heise.de/tp/news/Groesste-Meerwasserentsalzungsanlage-Europas-eingeweiht-2032683.html

[5] http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/wasser/uwafo472.html

[6] https://www.scinexx.de/news/geowissen/ozean-groesste-todeszone-der-erde-waechst/

[7] https://www.researchgate.net/publication/329476006_The_state_of_desalination_and_brine_production_A_global_outlook

Quelle: (Science of the Total Environment, 2019; doi:10.1016/j.scitotenv.2018.12.076)

[8] Antiscaling-Mittel bestehen meist aus Phosphonaten, Polycarboxylaten und speziell modifizierten Polymeren, die kristalline Ausfällungen verhindern.
Antifouling-Mittel sind giftige Breitbandbiozide, die den mikrobiellen Bewuchs auf Schiffsrümpfen verhindern. Die bekannteste toxische Verbindung aus dieser Gruppe ist das in der Schifffahrt inzwischen verbotene Tributylzinn (TBT).

31. Januar 2019


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