Electro Magnetic Desalination System EMDS (Machbarkeitsstudie zur elektromagnetischen Meerwasserentsalzung)

• Research unit: FOEN
• Project number: UTF 411.07.12

Key words (German)

Wasserentsalzung, Meerwasser, elektromagnetisch, dezentral, Energiebedarf

Short description (German)

Trinkwasser kann über eine Entsalzungsanlage aus Meerwasser gewonnen werden. Bei den heutigen Verfahren benötigen diese Verfahren viel Energie (> 2kWh/m³ Trinkwasser) und sind bisher nur grosstechnisch wirtschaftlich. Mit der elektromagnetischen Meerwasserentsalzung (EMDS) soll eine Technologie geprüft und optimiert werden, die weniger Energie (elektrischer Energiebedarf ≤ 1kWh/m³) benötigt und somit dezentral betrieben werden kann. Dieses Verfahren soll ohne Membranen arbeiten und somit weniger aufwändig in Bezug auf den Anlagenbau sein und weniger Unterhalt erfordern.

Results according to contract (German)

1     Die Modellierungen der Umwandlung von Salzwasser zu Trinkwasser aus der Vorstudie sind optimiert.

 

2     Die  Geometrie des Strömungskanals und der Elektrodenausbildung sind ermittelt und optimiert.

 

3     Die so erreichbaren Veränderungen des Salzgehaltes sind bekannt.

 

4     Der konstruktive Aufbau der EMDS-Zelle ist vollständig definiert.

 

5     Eine detaillierte Patentabklärungen liegt vor und stellt sicher, dass die Realisierbarkeit des Produktes nicht durch andere Patente gefährdet ist.

 

6     Der Businessplan zeigt auf, dass sich die EMDS-Technologie marktfähig in Trinkwasseranlagen einsetzen lässt.

7     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 6

 

8     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 

9     Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Project aims (German)

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie soll nachgewiesen werden, dass sich die elektromagnetische Meerwasserentsalzung als Verfahren für die Entwicklung von günstigen, in Energieverbrauch und Unterhalt wenig aufwändigen Anlagen mit einer Leistung von 500 m³ Trinkwasser/Tag eignet.

Description of results (German)

Die Meerwasserentsalzungsanlagen arbeiten heute vorwiegend mit der Umkehrosmose (Reverse Osmosis). Dabei wird das Meerwasser durch eine sehr feinporige Membran gedrückt, die das gelöste Salz zurück hält. Das benötigt viel Energie und weist die Problematik der Verschmutzung und somit eine Verstopfung dieser Membran auf.
Mit dem Electro Magnetic Desalination System (EDMS) wird eine membranlose Entsalzung angestrebt, die weniger wartungsintensiv ist und mit weniger Energie betrieben werden kann. Die Trennung der Ionen des im Wasser gelösten Salzes wird durch elektro-magnetische Wechselfelder, die eine Lorentzkraft auf diese Ionen bewirkt, bewerkstelligt. Das in der Machbarkeitsstudie analysierte und optimierte EMDS erreicht die geforderte Trennleistung jedoch noch nicht. Der Grund liegt im „Mitziehen“ der nicht an die Ionen gebundenen Wassermoleküle durch die Bewegung der Ionen mit ihren angelagerten Wassermolekülen (Hydratisierte Ionen). Durch den Einsatz einer groben Membrane, die die Salz-Ionen mit minimalem Druckaufwand passieren, konnte die Trennwirkung wesentlich verbessert werden.
Die in dieser Machbarkeitsstudie angewandte Molekulare Simulation gelangte an seine Grenzen, da die Clusterbildung der Wassermoleküle in diesen Modellen noch nicht sauber abgebildet ist (sehr wahrscheinlich auch nie ganz korrekt abgebildet werden kann).
Die Ergebnisse weisen noch nicht die angestrebten Werte auf, aber das Prinzip funktioniert.

Transfer and application (German)

Die Erkenntnisse, die in dieser Machbarkeitsstudie gewonnen wurden, liefern eine gute Basis für die Weiterentwicklung der EMDS. Noch sind nicht alle Vorgänge, die in der porösen Membrane ablaufen verstanden. Die Versuche zeigen jedoch ein vorhandenes Potenzial auf, das durch konsequente Weiterentwicklung genutzt werden kann.

An der Universität Texas in Austin wird ein ähnliches membranloses Verfahren im Desalination Chip angewandt.

Follow up (German)

Aufbauend auf den Versuchen und den Mikro- und Makro-Simulationen, gilt es nun das Verständnis weiter zu verbessern und die angestrebte energiearme Trennleistung der EMDS zu erzielen. Durch eine gezielte Überlagerung der Wechselfelder mit einem schwachen elektrostatische DC-Feld wurde die Trennleistung nochmals wesentlich verbessert, aber im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie nicht mehr genauer analysiert und optimiert. Es gilt in einem weiteren Entwicklungsschritt diese Systemerweiterung zu optimieren und zu verifizieren.

 Dieses Verfahren kann auch zur Reduktion von Mikroverunreinigungen eingesetzt werden, da diese Mikroverunreinigungen meistens polar sind. In dieser Anwendung tritt das „Mitziehen“ der Wassermoleküle durch die bewegten Ionen viel weniger stark auf, da die Konzentration der Ionen wesentlich geringer ist als im Salzwasser

Publications / Results (German)

Bis anfangs 2014 noch keine