DE1632943C3 - Verfahren zum Gewinnen von Süßwasser aus Salzwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Süßwasser aus Salzwasser zum Bewässern von Kulturpflanzen, die in ariden Zonen aufgestellten Gewächshäusern gehalten werden, sowie ein zur Durchführung dieses Verfahrens dienendes Gewächshaus.

Unter dem steigenden Druck des wachsenden Mangels an Nahrung für eine in vielen Teilen der Erde sich exponentiell vermehrende Bevölkerung verstärken sich die Bemühungen um die Kultivierung arider, d. h. bisher praktisch unfruchtbarer Gebiete. Dazu gehören die Versuche, den dort verfügbaren Vorrat an Süßwasser durch Entsalzung von versalztem Grundwasser oder von Meerwasser zu vergrößern. Zum anderen versucht man, das von den Pflanzen aufgenommene und dampfförmig an die Atmosphäre wieder abgegebene Wasser einzufangen, um es erneut zu nutzen.

Der derzeitige Stand der Technik ist gegeben durch eine neuere Arbeit aus den USA. In dieser Arbeit geht es allerdings um eine etwas breitere Zielsetzung: es sollen nicht nur Kulturen von Nutzpflanzen in ariden Gebieten angelegt, sondern gleichzeitig damit auch neue Siedlungen mitsamt Energie- und Trinkwasserversorgung gegründet werden. Diese umfassendere Zielsetzung erklärt auch den dort vorgesehenen technischen Aufwand: in jedem Falle soll ein mit fossilen Brennstoffen gefahrenes Kraftwerk eine Meerwasser-Entsalzungsanlage sowie die neu zu gründende Siedlung mit Energie versorgen. Mit dem künstlich erzeugten Süßwasser wird einerseits wiederum der Bedarf der neuen Siedlung gedeckt und darüber hinaus werden andererseits ausgedehnte Gewächshausanlagen aus aufblasbarer Plastikfolie beliefert. Diese Plastik-Gewächshäuser dienen vor allem dazu, das von den darin gezogenen Pflanzen verdunstete Wasser wieder einzufangen und somit den erforderlichen Nachschub von entsalztem Meerwasser möglichst gering zu halten. Mit Abwärme aus dem Kraftwerk kann die Gewächshaus-Anlage nötigenfalls zusätzlich beheizt, mit Hilfe des kalten Meerwassers für die Entsalzungsanlage kann, wenn nötig, überschüssige Wärme aus der Anlage abgeführt werden.

Der vorstehend beschriebene Betrieb von Gewächshäusern in Wüstengebieten unter Zuhilfenahme eines Kraftwerkes und einer Meerwasser-Entsalzungsanlage ist sehr aufwendig. In der Tat werden solche Anlagen vor allem in Verbindung mit der Energie- und Trinkwasser-Versorgung einer Kommune zu planen sein.

Nach der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, Gewächshäuser zu entwickeln, die unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung weiterer technischer Anlagen, mit Salzwasser, z. B. mit Meerwasser oder mit salinem Grundwasser, betrieben werden können und deren Anlage- und Betriebskosten unterhalb der Grenze bleiben, die den oft finanzschwachen Kommunen in ariden Gebieten bezüglich ihrer wirtschaftlichen Möglichkeiten zumeist gesetzt ist.

Die meisten grünen Nutzpflanzen verwenden nur wenige Prozente des von ihren Wurzeln aufgenommenen Wassers zum Aufbau ihrer organischen Substanz. Der weitaus größte Anteil dieses Wassers dient lediglich als Träger zum Nährstofftransport innerhalb der Pflanze und wird in Form von Wasserdampf von den Pflanzenblättern wieder abgegeben.

Im Wesentlichen findet hierbei also eine Phasen-Umwandlung von flüssig auf gasförmig statt, d. h. ein Prozeß mit (vom System her) negativer Enthalpie-Änderung. Kombiniert man diesen Prozeß in zeitlicher Folge und innerhalb eines geschlossenen Systems mit dem umgekehrten Prozeß (vom System her) positiver Enthalpie-Änderung, also der Rück-Kondensation in die flüssige Phase, so entsteht aus beiden Schritten ein thermodynamischer Kreisprozeß, dessen theoretische Energiebilanz gleich Null ist.

Praktisch treten Energiedefizite auf und zwar insbesondere durch Wärmeverluste.
Steht ferner für den Betrieb dieses Kreisprozesses ursprünglich nur salzhaltiges Wasser zur Verfügung, so entstehen innerhalb des Systems weitere Energieverluste und zwar durch die initiale Arbeit gegen den osmotischen Druck der Salzlösung, die aber in Bezug auf die prozessierende Wassermenge nur einmal zu leisten ist. Jedoch erfordert jeder Verlust an salzfreiem Wasser wiederum eine zur verlorenen Wassermenge proportionale osmotische Arbeit, sofern der Prozeß stationär bleiben soll.

Bei richtig aufgebautem System und bei Einwirkung einer für warme aride Gebiete mittleren Einstrahlungszeit und Strahlungsenergie reicht die Sonneneinstrahlung mit erheblicher Sicherheit aus, um die Energieverluste des beschriebenen Kreisprozesses zu decken. Unter gleichen Voraussetzungen funktioniert der tägliche äußere Temperaturgang als ausgezeichneter Antrieb für diesen Kreisprozeß.

Die Lösung der nach der Erfindung gestellten Aufgabe erfolgt wie inhaltlich aus den Patentansprü-

chen hervorgeht.

Aus einem Vorratsbehälter innerhalb des Systems fördert eine Umwälzpumpe Salzwasser auf das innere Glasdach eines mit Doppeldach ausgerüsteten Gewächshauses. Infolge geeigneter Verteilung rinnt das Salzwasser als dünner Film über diese innere Glasfläche in eine Auffangrinne und von dort zurück in den Vorratsbehälter. Zwischen den beiden Glasdächern bildet sich Wasserdampf, der auf der Unterseite des äußeren Glasdaches kondensiert, daran herunterfließt und in einem Auffangsystem gesammelt wird.

Die vom Salzwasser benetzte Oberfläche des inneren Daches kann eine geeignete Auflage erhalten, die dazu dient, sich im Laufe der Zeit dort etwa bildenden Algenrasen ohne Schwierigkeiten zu entfernen.

Bei Bedarf können dem ungewälzten Salzwasser geeignete Chemikalien zur Abtötung unerwünschter Algenbildungen u. ä. beigegeben werden. Ebenfalls bei Bedarf können — wie an sich bekannt — dem ungewälzten Salzwasser Farbstoffe zur Schattierung des Gewächshauses beigefügt oder darin gebildet werden.

Die Wärmekapazität der im System bevorrateten Salzwassermenge reicht bei richtiger Bemessung und in Verbindung mit der durch die Dünnschicht-Verrieselung gegebenen großen Wärmeaustauschfläche aus, um tageszeitliche Temperaturschwankungen genügend und schnell genug auszugleichen, so daß keine schädlichen Extremtemperaturen auftreten, obwohl die Gewächshaus-Anlage praktisch nicht belüftet wird.

Auf Gewächshäuser, die mit innerer Kühlung anstatt äußerer Belüftung betrieben werden, läßt sich das aus den USA bereits bekannt gewordene Verfahren der Düngung mit gasförmiger Kohlensäure besonders vorteilhaft anwenden. In Bezug auf die hier beschriebenen Gewächshäuser bietet sich an, die Salzwasser-Umwälzpumpe mit einem kleinen Benzin- oder Ölmotor zu betreiben und dessen Abgase nach entsprechender Reinigung für die Kohlensäure-Düngung auszunutzen.

Gewächshausanlagen, die nach der beschriebenen Verfahrenstechnik arbeiten, können in warmen Ländern überall dort eingesetzt werden, wo Bedarf an Pflanzenprodukten besteht, der aber z. Zt. nicht ausreichend befriedigt wird, weil für deren Kultur kein Süßwasser verfügbar ist, obwohl Salzwasser in ausreichender Menge vorhanden ist. Es kann sich dabei um beliebige Nutzpflanzen handeln, sofern sie sich nur für die Kultur in Gewächshäusern überhaupt eignen, z. B. um Frischgemüse für die menschliche Ernährung, aber ebenso gut um Blütenpflanzen für die gewerbliche Blumenzucht.

Bisher konnten aride Gebiete trotz potentiell fruchtbaren Bodens kaum für den Anbau von Pflanzen genutzt werden, wenn dafür nicht ausreichende Mengen von Süßwasser zur Verfügung standen. Infolge der meist starken Sonneneinstrahlung in diesen Gebieten und der dort herrschenden niedrigen Luftfeuchte mit den daraus resultierenden hohen Verdunstungsverlusten war der für Bewässerung konventioneller Art erforderliche Bedarf an Wasser auch relativ sehr hoch. Viele Erfahrungen aus jüngster Zeit haben zudem gezeigt, daß solche Bewässerungen oft schnell zu einer Versalzung der Wachstumsschicht im Boden führen und zwar infolge vertikalen Salztransportes von unten nach oben.

Die genannten Einschränkungen entfallen beim Einsatz der beschriebenen Gewächshäuser, die es gestatten, mit vergleichsweise niedrigen Anlage- und Betriebskosten Nutzpflanzen anzubauen, wenn nur geeigneter Boden, Sonne und Salzwasser zur Verfügung stehen.

Durch die bei diesen geschlossenen Anlagen mögliche Düngung mit gasförmiger Kohlensäure lassen sich die spezifischen Erträge der Ernten gegenüber den bislang als Norm geltenden Werten sehr erheblich steigern.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gewinnen von Süßwasser aus Salzwasser für die Bewässerung von Pflanzenkulturen, die in ariden Zonen in von lichtdurchlässigen Wänden umgebenen Räumen wachsen, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Salzwasser innerhalb dieser Räume teilweise durch Sonneneinstrahlung bzw. Wärmeeinwirkung verdampft, das Kondensat aufgefangen und den zu bewässernden Kulturen zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Kreislauf geführten Salzwasser geeignete Chemikalien zugesetzt werden, die zum Abtöten unerwünschter Algenbildungen u. ä. Bewuchs dienen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasservorrat in Verbindung mit einer Umwälzanlage und einer genügend großen Wärmeaustauschfläche für eine zur Vermeidung von Pflanzenschäden ausreichend gleichmäßige Innentemperatur sorgt.

4. Gewächshaus zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dach des Gewächshauses aus zwei in Abstand voneinander angeordneten transparenten Flächen besteht, deren untere kontinuierlich mit Salzwasser berieselbar ist, und daß geeignete Behälter zum Speichern des Salzwassers, Pumpen zum Verteilen desselben, sowie Behälter zum Wiederauffangen des nicht verdampften Salzwassers und Einrichtungen zum Auffangen, Sammeln und Verteilen des gewonnenen Kondensats vorgesehen sind.