Leistungsanalyse eines solarbetriebenen Entsalzungssystems, betrieben mit der Humidifikation–Dehumidifikation-Technik

Sonnenlicht in Trinkwasser verwandeln

Sauberes Wasser wird in vielen trockenen Regionen zunehmend schwieriger zu sichern, auch in Ägypten, wo Städte und neue Resorts in Meeresnähe dringend Frischwasser benötigen, aber nur begrenzte Flüsse und Niederschläge haben. Diese Studie untersucht ein kleines, solar betriebenes Gerät, das salziges Meerwasser mit schonender Erwärmung statt starkem Kochen in trinkbares Wasser verwandeln kann. Durch sorgfältige Messungen des Verhaltens des Systems unter realen Außenbedingungen zeigen die Forschenden, wie sich aus derselben Sonneneinstrahlung mehr Frischwasser gewinnen lässt, während Kosten und Umweltbelastung gering bleiben.

Warum diese Art der Entsalzung wichtig ist

Große Entsalzungsanlagen versorgen bereits viele Küstenstädte, aber sie benötigen Hochdruckpumpen, komplexe Filter und viel Strom. Das macht sie teuer und schwer in entlegenen Dörfern oder kleinen Gemeinden zu installieren. Das hier getestete System nutzt eine andere Idee, die Humidifikation–Dehumidifikation genannt wird: Anstatt Meerwasser durch feine Membranen zu pressen, ahmt es den natürlichen Wasserkreislauf nach. Warmes Salzwasser verdunstet in die Luft und lässt das Salz zurück; die feuchte Luft wird anschließend abgekühlt, sodass reines Wasser kondensiert und aufgefangen werden kann. Da die Temperaturen weit unter dem Siedepunkt bleiben und die Hauptwärmequelle die Sonne ist, kann dieser Ansatz einfacher, leiser und sauberer sein als konventionelle Anlagen.

Wie das Testsystem arbeitet

Das Team baute eine Pilotanlage auf einem Dach in Kairo und speiste sie mit echtem Wasser aus dem Suezkanal, das salziger ist als der weltweite Ozeandurchschnitt. Sonnenlicht erwärmt zunächst Meerwasser in einem evakuierten Rohrkollektor und bringt es auf etwa Badewannentemperatur oder höher. Dieses heiße Salzwasser wird dann über Kunststoffpackungsmaterial in einer hohen Kammer, dem Humidifier, versprüht. Während es herabtropft, bläst ein Ventilator Luft nach oben durch die nassen Flächen, nimmt Wasserdampf auf und wird warm und feucht. Diese Luft strömt dann durch isolierte Kanäle in eine zweite Kammer, den Dehumidifier, wo sie über kalte Metallspulen geleitet wird, die mit kühlem Leitungswasser versorgt werden. Der Dampf kondensiert an den Spulen und tropft als destilliertes Wasser in ein Becken, bereit zur Speicherung und späteren Nutzung.

Was die Forschenden gemessen haben

Von neun Uhr morgens bis fünf Uhr nachmittags, an 36 Messungenstagen im Februar und März, variierten die Forschenden zwei Hauptgrößen: die Durchflussrate des Meerwassers und die Luftzirkulationsgeschwindigkeit. Sie erfassten Sonneneinstrahlung, Temperaturen, Luftfeuchte und die exakte Menge an produziertem Frischwasser pro Stunde. Wie zu erwarten stieg die Produktion am Vormittag an, erreichte um die Mittagszeit bei starker Sonneneinstrahlung ein Maximum und nahm am späten Nachmittag wieder ab. Höhere Luftgeschwindigkeiten transportierten mehr Dampf vom Humidifier zum Dehumidifier, und ein höherer Meerwasserdurchfluss stellte mehr warmes Wasser für die Verdunstung bereit. Unter den besten getesteten Bedingungen — Meerwasserdurchfluss von 0,63 Kilogramm pro Sekunde und Luftgeschwindigkeit von 13,2 Metern pro Sekunde — erreichte die Tagesleistung während des achtstündigen Betriebsfensters 17,04 Kilogramm destilliertes Wasser, also ungefähr 17 Liter.

Ertrag, Effizienz und Kosten in Balance

Über die einfache Ausbeute hinaus untersuchte das Team, wie effizient das System die eingehende Sonnenwärme nutzte. Sie verwendeten eine Kennzahl namens Gain Output Ratio, die die im erzeugten Frischwasser gespeicherte Energie mit der zugeführten thermischen Energie vergleicht. Diese Kennzahl sowie ein Recovery Ratio, das das produzierte Frischwasser zum zugeführten Meerwasser setzt, erreichten beide ihr Maximum bei hohen, aber ausgewogenen Meerwasserströmen und Luftgeschwindigkeiten: Eine bestimmte Kombination bot den besten Kompromiss zwischen starker Verdunstung und effektiver Kondensation. Unter diesen besten Bedingungen erreichte die Gesam-Gain-Output-Ratio 1,22, was darauf hinweist, dass interne Wärmerückgewinnung im System zur Wiederverwendung von Energie beitrug. Eine ökonomische Analyse, basierend auf einer geschätzten Lebensdauer von zehn Jahren und lokalen finanziellen Rahmenbedingungen, ergab, dass ein Liter destilliertes Wasser etwa 1,7 Cent (US-Dollar) kosten würde, bei einer Annahme von 340 Sonnentagen pro Jahr. Da die Wärme von der Sonne statt aus fossilen Brennstoffen stammt, schätzen die Autorinnen und Autoren, dass über die Lebensdauer des Systems etwa sechs Tonnen Kohlendioxid-Emissionen vermieden werden.

Was das für durstige Regionen bedeutet

Einfach gesagt zeigt diese Arbeit, dass ein bescheidenes, dachgroßes Solargerät salziges Kanalwasser zuverlässig in sauberes Wasser zu niedrigen Kosten und ohne zusätzliche Treibhausgase verwandeln kann. Durch Feinabstimmung der Strömungsgeschwindigkeiten von Luft und Meerwasser identifizierten die Forschenden Betriebsbedingungen, die den Frischwasserertrag und die Energieeffizienz unter den realen Wetterbedingungen Kairos maximieren. Während das tägliche Volumen zu gering ist, um eine große Stadt zu versorgen, passt es gut zu den Bedürfnissen vereinzelter Haushalte, landwirtschaftlicher Betriebe oder touristischer Lager entlang der ägyptischen Küsten. Die Studie liefert praktische Zahlen, die Ingenieurinnen, Ingenieure und Planer nutzen können, um nächste Generationen kleiner Entsalzungseinheiten zu entwerfen, die bezahlbar, wartungsarm und überwiegend durch Sonnenschein betrieben sind.

Zitation: Gomaa, A., Hassaneen, A.E., Ibrahim, H. et al. Performance analysis of a solar desalination system operated by humidification–dehumidification technique. Sci Rep 16, 9805 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40700-6

Schlüsselwörter: solare Entsalzung, Humidifikation Dehumidifikation, Wasseraufbereitung im Kleimaßstab, erneuerbare Energien, Wasserressourcen in Ägypten