Projekt 36024/01

Entwicklung einer textilbasierten Wasserreinigungs- und Entsalzungsanlage auf Basis solarer Verdunstung

Projektträger

TAO Trans-Atmospheric Operations GmbH
Industriestr. 15
70565 Stuttgart
Telefon: +49 (0)711-131620

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Vor dem Hintergrund zunehmender Wasserknappheit und des Klimawandels sowie der Notwendigkeit den weltweiten CO2 Ausstoß zu reduzieren, war es Ziel dieses Projekts Meerwasser dezentral mit einem kostengünstigen mobilen autarken textilen Modul mithilfe von Sonnenenergie zu entsalzen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projektmanagement war agil und die durchgeführten Arbeiten erfolgten in enger Abstimmung mit dem Projektpartner TAO und mit Fokus auf eine iterative Entwicklung der Anlagenkomponenten.
Im Rahmen des Projektes wurden folgende Arbeitsschritte durchgeführt:
1. Feinkonzeption der Anlagentechnik, der Einzelsysteme und der Modulbauweise
2. Entwicklung der Anlagenkomponenten (transluzente Abdeckung, solarer Absorber, textile Verdunsterstrukturen, Kondensationsfalle)
3. Bau von Prüfständen, um die Anlagenkomponenten und verwendete Materialien zu testen
4. Konzept und Bau eines Funktionsmodells mit 0,5 m² Kollektorfläche und Evaluierung

Verwendete Methoden

Die Verifikation der Anforderungen erfolgt durch:
Steighöhenverfahren nach DIN 53924; Wasseraufnahmekapazität nach DIN 53923;
Wasseraufnahmegeschwindigkeit durch gravimetrische Sorptionsmessung in Abhängigkeit der Zeit. Bei der Sorptionsmessung wird das zu prüfende Flächengebilde senkrecht an einem Stativ hängend mit Salzwasser in einem Becherglas in Berührung gebracht, welches auf einer Waage steht. Die Gewichtsabnahme durch die Wasserentnahme wird in Abhängigkeit der Zeit bestimmt.
Verdunstungsgeschwindigkeit durch gravimetrische Sorptionsmessung in Abhängigkeit der Zeit. Dazu wird die Wasseraufnahmegeschwindigkeit eines textilen Flächengebildes bestimmt, welches die maximale Wasseraufnahmekapazität erreicht hat. Bereits verdunstetes Wasser wird dabei vom Textil nachgesaugt. Die Gewichtsabnahme eines verschlossenen Becherglases mit Durchführung – beispielsweise für einen Docht – durch Feuchtetransport wird in Abhängigkeit der Zeit bestimmt.
Solarstrahlung wurde mittels Pyranometer CM 11 in Verbindung mit einem Datenlogger ALMEMO® 2590-9 AHLBORN bestimmt. Die Temperaturen wurden mit Thermoelementfühlern am Datenlogger bestimmt.
Kondensatbildung wurde gravimetrisch bestimmt.


Ergebnisse und Diskussion

Um die neu entwickelte textile Wasserentsalzungsanlage zu bewerten, wurden zahlreiche Untersuchungen im Labor mit eigens für das Projekt entwickelten Solarprüfständen durchgeführt. Für die Wirkungsweise des Systems ist dabei die Verdunstungsenergie maßgeblich in Kombination mit solarthermischer und solarelektrischer Energie. Die Laborergebnisse mit den verschiedenen Demonstrator-Varianten zeigten einen statistisch signifikanten Vorteil der Salzwassertransport und -verdunstung über textile Strukturen, die gleichzeitig Sonnenlicht absorbieren in Kombination mit einer meerwassergekühlten Kondensatfalle und Ventilation.
Durch das neu entwickelte Konzept, welches auf Basis der Verdunstung von Meerwasser über schwarze Dochte und der Kondensation durch Nutzung des Meeres als Wärmesenke beruht, konnte die Verdunstungsleistung gegenüber einer konventionellen Solardestillationsanlage mit einer Leistung von 0,35 kg/(m²*h) bei einer Wassertemperatur von 55 °C und einer Temperatur der transluzenten Abdeckung von 45 °C deutlich gesteigert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wird im März 2023 auf der Homepage der DITF sowie im Denkendorfer Newsletter veröffentlicht. Des Weiteren ist eine Veröffentlichung in der Zeitschrift Technische Textilien im Jahr 2023 geplant.
Darüber hinaus wurde der Projektstart auf den Internetseiten der TAO veröffentlicht (TAO-Group.de), eine eigene Projektbeschreibung und Veröffentlichung auf den Internetseiten ist für den Januar 2023 geplant.


Fazit

Im Rahmen des Projektes wurden die ersten Schritte zur Entwicklung einer autarken solaren textilbasierten Wasserreinigungs- und Entsalzungsanlage vorgestellt. Die Ergebnisse des neu entwickelten Systems zeigten, dass ein solares Reinigungssystem für Salz- und/oder Schmutzwasser mit Nutzung überwiegend textiler Materialien möglich und sinnvoll ist. Ein solches System kann flexibel zu Land und zu Wasser zum Einsatz kommen. Dabei kann die Verdunstungsleistung durch den Einsatz von Textilien in Verbindung mit erzwungener Konvektion deutlich gesteigert werden. Eine Kondensation bei möglichst geringen Temperaturen über eine gekühlte Kondensatfalle ist effektiv und kann auch mittels solarelektrischer Energie erreicht werden.

Übersicht

Fördersumme

125.000,00 €

Förderzeitraum

28.05.2021 - 30.04.2022

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik