Luft zum Trinken (Technische Machbarkeitsstudie zur energieeffizienten Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchtigkeit für Trockengebiete)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 486.16.14

Schlüsselwörter (Deutsch)

Trinkwassergewinnung, Wärmerrückgewinnung, Luftfeuchtigkeit, Adsorption, Desorption, Trocknungsmittel

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Wasser kann aus Luftfeuchtigkeit gewonnen werden. Die meisten Projekte in diesem Bereich produzieren entweder mit geringem Energie-Aufwand kleine Mengen an Wasser (z.B. UTF-Projekt 336.16.10, Luftbrunnen) oder benötigen viel Energie, um grosse Wassermengen zu fördern. Das vorliegende Projekt will ein Verfahren entwickeln das mit wenig Energieeinsatz in der Lage ist grössere Wassermengen zu gewinnen. Dafür wird das Konzept der Ad- und Desorption eines Trocknungsmittels weiterentwickelt. Insbesondere soll die Effizienz durch die Rekuperation von Wärmeenergie verbessert werden. Das technische Prinzip zur Wärmerückgewinnung ist bereits entwickelt und zur Patentierung angemeldet. Mit einer Machbarkeitsstudie soll der Proof of concept der Technologie, bestehend aus Ad- und Desorption von Luftfeuchtigkeit gekoppelt mit Wärmerückgewinnung zur Trinkwassergewinnung, in einer Laboranlage erbracht werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Für sämtliche thermodynamischen Grössen (s. Gesuch, Beilage 1) des Prototyps sind die Zielintervalle festgelegt. Die Laboranlage ist betriebsbereit. Sie ist so dimensioniert, dass die Übertragbarkeit der Resultate auf den Prototyp gewährleistet ist. Die dafür nötigen Kennzahlen sind bekannt. Das Tool zur Simulation von Ad- und Desorption ist erarbeitet (Meilenstein 1)

 

2. Der Proof of concept ist mit den in Punkt „Zielsetzung“ definierten quantifizierten Zielen im Betrieb der Laboranlage erbracht. (Meilenstein 2)

 

3. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 2

 

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

 

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

Projektziele (Deutsch)

Im Labormassstab ist der Beweis erbracht, dass sich die verwendete Technologie eignet, um Wassermengen in der Grössenordnung von 5000 l pro Tag mit einem Einsatz von elektrischer Energie von höchstens 0.18 kWh/ l Wasser und einer Wärmezufuhr von ca. 0.1 kWh/ l Wasser aus Luftfeuchtigkeit zu gewinnen.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Durch Messungen an der gebauten Laboranlage konnte gezeigt werden, dass sich durch die Technologie, die ein Trocknungsmittel zur Aufnahme der Luftfeuchtigkeit aus der Luft verwendet und dies zur Regenerierung mit einer geeigneten Wärmepumpentechnologie kombiniert, mit Skalierung auf eine Grossanlage Wasser in verhältnismässig grossen Mengen (> 5'000 l/Tag) und einem verhältnismässig geringen Gesamtenergieaufwand von je nach Baugrösse und Klima < 0.3 kWh/l gewinnen lassen müsste. Hinsichtlich der Wasseraufnahme hat sich bestätigt, dass das Wasser mit Vorteil durch umfangreiche Zyklen und grossen Mengen des Trocknungsmittels in der Nacht bei hoher relativer Feuchtigkeit gewonnen werden sollte, als am Tag mit einer Summe von kurzen Zyklen und kleineren Mengen des Trocknungsmittels. Die strukturierte Anordnung desselben zum verminderten Energieaufwand der Luftventilation hat die Erwartungen bestätigt.

Erfreulicherweise konnte das Konzept zur Rückgewinnung eines Grossteils der Wärme bei der Regenerierung des Trocknungsmittels gut erreicht werden: Die Technologie macht es möglich, durch den Betrieb eines geeigneten Wärmepumpenprinzips die Verdampfungswärme des Wassers beinahe vollumfänglich zurückzugewinnen und im Prozess stets wieder zu verwenden. Allerdings musste eingesehen werden, dass auch dieses Prinzip an seine energetisch lohnenswerten Grenzen stösst, dies wenn das Trocknungsmittel unter eine Beladung, die einer Aufnahme von Wasser bei 40 % relativer Luftfeuchtigkeit entspricht, regeneriert werden soll.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Technologie könnte in zwei Gebieten Anwendung finden: Zur Gewinnung von Wasser aus Luftfeuchtigkeit in Trockengebieten, wie von Anfang an vorgesehen, und als Klimaanlagemodul zur Entfeuchtung von Kühlhäusern allgemein oder im speziellen von Reinräumen im Bereich Pharma und Lebensmittel, jeweils mit dem Mehrwert der Energieersparnis, was sich im Betrieb in der Kostenersparnis niederschlägt. In diesen Anwendungsgebieten ist der Einsatz von Trocknungsmitteln zur Entfeuchtung der Luft bekannt, jedoch hat sich kaum ein auf Energieersparnis fokussiertes Verfahren etablieren können. Vielleicht könnte die Technologie einen Betrag zur weltweiten Reduktion des Energiebedarfs und damit der CO₂-Reduktion leisten.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Zur Optimierung der Technologie ist ein Folgeprojekt vorgesehen, in welchem es darum geht, die bestehende Laboranlage so umzubauen, dass das Verfahren perfektioniert werden kann und gleichzeitig künftig in einer kostengünstigen Anlage gefahren werden kann.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Wissenschaftlich technische Publikationen gibt es keine.