Jerome Nana Monteu: Sehr geehrte Damen und Herren, ich begrüße Sie zu den heutigen Vorträgen.
Wir werden im Laufe des Vormittages einen Vortrag über Wasserversorgung und einen über Wasserentsalzung hören. Beide Themen werden anhand konkreter Beispiele erläutert. Der dritte Vortrag wird sich anschließend mit ländlicher Elektrifizierung befassen.
Bevor ich das Wort an den ersten Referenten übergebe, werde ich mich kurz vorstellen. Ich heiße Jerome Monteu Nana und bin Elektroingenieur. Ich bin auch Vorstandsvorsitzender in Deutschland des Vereins Kamerunischer Ingenieure und Informatiker. Wir sind im Laufe des Symposiums auch mit ein paar Referenten vertreten.
Der erste Vortrag ist über Meerwasserentsalzung in Tunesien. Der Referent heißt Herr Dr. Hermann Uchtmann. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Marburg. Ich übergebe ihm das Wort.
Dr. Hermann Uchtmann: Guten Tag. Ich möchte erst kurz auf die Geschichte unseres Projektes eingehen. Ich glaube es ist sehr typisch, wie unser Projekt gelaufen ist.
Ich selber bin aus der Universität Marburg. Ich bin zusammen mit Herrn Lindau hier. Er ist Vorsitzender einer Behinderten-Sportgemeinschaft und eigentlicher Initiator des Projektes.
Wir haben in Marburg die Stadtpartnerschaft mit Sfax in Tunesien. Herr Lindau hat jahrzehntelange Erfahrung in der Kooperation zwischen Marburg und Sfax. Er hat sich besonders stark engagiert in der Behindertenarbeit.
Aufgrund dieses Engagements kamen wir zu dem Problem Wasserentsalzung durch die Kinderkooperative in Sfax, die sich mit Landwirtschaft beschäftigt und mit Hilfe der Landwirtschaft behinderte Jugendliche erzieht und sich auch über die Landwirtschaft finanziert. Sie brauchte eine Wasserversorgung, weil der eigene Brunnen durch die ständige Wasserentnahme sehr versalzen war.
Daraufhin trat Herr Lindau in der Universität auf mich heran und fragte, ob wir behilflich sein könnten, eine solare Meerwasserentsalzungsanlage aufzubauen.
Der Wunsch der Kooperative in Sfax war auch nachhaltige, regenerative Energie zu verwenden um die Wasserversorgung langfristig sichern zu können.
Die Frage war, woher kriegen wir das Geld? Wir hatten eine sehr gute Kooperation mit der Stadt Marburg. Die Stadt war aufgrund des Engagements einer ihrer Mitarbeiter bereit, finanziell zu dem Projekt beizutragen.
Wir sind dann auch zum BMZ gegangen und haben nach langer Beratung eine Finanzierung erreicht. Das Problem war bei der Finanzierung, dass sie eine 50%-Förderung war.
Die BSG ist leider ein armer Verein. Einer der von Spenden lebt.
Unsere Universität kann bei solchen Sachen - außer Arbeitskraft - auch keine finanzielle Mittel locker machen.
So hatten wir plötzlich auch das Problem, die 50% die für unser Projekt nötig waren, aufzubringen.
Zum Glück konnten wir die Mittel der Stadt für unseren Anteil verwenden. Den Rest haben wir durch Spenden und eigene Mittel aufgebracht.
Was wir jetzt aufgebaut haben ist eine solare Wasserentsalzungsanlage. Ich möchte sie Ihnen zunächst in der Gesamtansicht zeigen bevor ich dann in die Details eingehe.
Hier oben sehen Sie die installierte solare Wasserentsalzungsanlage. Dann die Kollektoren, das Entsalzungsmodul, der Wärmespeicher (er wurde in die Anlage integriert).
In einem Transportcontainer wurden die ganzen Sachen nach Sfax transportiert. Wir haben den Transportcontainer dann benutzt um die ganze elektrische Versorgung (Pumpen und Regelungen) für die Anlage unterzubringen.
Es war uns von Anfang an klar, dass solare Wasserentsalzung keine billige Methode ist, um Wasser zu erzeugen. Wir wollten das Wasser - das wir relativ teuer gewinnen - auch sinnvoll nutzen.
Wir haben also in die landwirtschaftlichen Flächen z. Teil eine Tröpfchenbewässerung installiert, so dass wir das gewonnene Wasser auch sinnvoll und effektiv nutzen können.
Geplant und konzipiert hat das Projekt eine ABM-Kraft die wir auch zu diesem Zweck einstellen konnten – Frau Dr. Ullmann, eine Diplomphysikerin, die das Konzept der Anlage und die Adaption an die Verhältnisse vor Ort gemacht hat.
Die Schüler aus der Technikerschule in Buchsbad haben uns geholfen diese Anlage aufzubauen.
Lassen Sie mich jetzt auf die Funktionsweise eingehen. Wir haben gestern schon von Herrn Rommel eine sehr schöne Einführung in die solare Wassenentsalzungs-Technologien bekommen. Ich werde das Prinzip trotdem nochmal kurz erklären, wie eine solche solare Wasserentsalzungsanlage funktioniert.
Wir haben in Sfax keine Meerwasserentsalzung. Die Kooperative hat einen Brunnen. Aus diesem Brunnen kann sie Wasser entnehmen.
Das Wasser wird in das Entsalzungsmodul gepumpt. Im Solarkollektor wird das heiße Wasser mit etwa 80ºC auf Tüchern verrieselt. Die Tücher haben eine sehr große Oberfläche und das Wasser kann gut verdunsten. Es kondensiert dann wieder auf den Kondensatorplatten. Dadurch wird das ankommende Wasser vorgewärmt, bevor es von den Kollektoren auf die endgültige Temperatur gebracht wird.
Wir fangen auf der einen Seite reines destilliertes Wasser auf. Auf der anderen Seite bildet sich eine konzentrierte Sole aus dem ursprünglichen Brunnenwasser. Wir können diese Sole entweder wieder in den Brunnen zurückleiten oder irgendwo in den Sand verrieseln lassen.
Das Modul erfordert eine natürliche Konvektion, damit der Wasserdampf - der hier gebildet wird von den Tüchern - auch hier innen transportiert wird. Sonst kann der Dampf nicht kondensieren. Damit die Konvektion stattfindet, muss das Modul gasdicht eingepackt sein und eine Dampfsperre haben.
Wir haben darauf verzichtet die Elektrik auch über Fotovoltaik zu machen. Das wäre nicht sinnvoll gewesen, denn wir haben elektrische Versorgung vor Ort.
Ich möchte jetzt ein bisschen aufs Detail der Anlage eingehen.
Wir haben das Entsalzungsmodul und die Solarkollektoren mit dem Wärmespeicher.
Der Wärmespeicher hat den Zweck, dass wir die überschüssige Wärme die wir mittags haben – mittags haben wir den größten Einfall an Wärme – zum Teil abschöpfen und in dem Wärmespeicher speichern können.
Das hat mit der ökonomischen Planung der Anlage zu tun. Wenn wir zur Spitzenzeiten alle gewonnene Wärme in Wasser umsetzen wollten, bräuchten wir ein sehr großes Modul zum Entsalzen.
Das Modul würde aber gegen Abend oder Morgen sehr uneffektiv arbeiten. Darum sind wir den Weg gegangen, die Wärme zwischenzuspeichern.
Von den Solarkollektoren kommt das heiße Wasser oben in den Speicher rein. Unten im Speicher ist das kalte Wasser.
Ein Teil des warmen Wassers im Kollektor geht weiter Richtung Entsalzungsmodul. Damit wir das Modul mit einigermaßen konstanter Temperatur betreiben können, haben wir ein Mischventil eingebaut. Ein temperaturgesteuertes Mischventil.
Wir haben jetzt die Möglichkeit das heiße Wasser, wenn es die maximale Temperatur erreicht hat, mit dem kalten Wasser zu mischen. Das hat gleichzeitig den Zweck, dass sich der Speicher nach und nach um die Mittagszeit herum laufend auflädt.
Wir erreichen damit auch, dass sich das Entsalzungsmodul immer in einer gleichmäßigen Temperatur von etwa 80ºC befindet und dass es möglichst mit großer Effektivität arbeitet.
Wir haben hier einen Wärmetauscher eingebaut für Brunnenwasser oder Meereswasser (was man gerade entsalzen will) Er ist ausgesprochen korrosiv bei hohen Temperaturen. Wir haben deswegen beide Kreisläufe getrennt.
Da ist einmal der Solarkreislauf und die Wärme wird dann über einen Wärmetauscher an das Entsalzungsmodul abgegeben. Dieser Wärmetauscher besteht aus Titan, das sich als außerordentlich korrosionsfest erwiesen bei dem Brunnen- und Meereswasser.
Die Kollektorfläche beträgt 37,5 Quadratmeter.
Das sind Tinups-Absorber die wir von der Firma Wagner in Marburg bekommen haben. Die Firma Wagner hat auch einen kleinen Beitrag geliefert zu dem Projekt mit dem wir uns gerade befassen. Sie hat uns die Absorber zum günstigen Preis überlassen.
Die elektrisch gespeicherten Ventile die wir noch brauchen sind von da an wärmeisoliert. Es ist wichtig, dass die gespeicherte Wärme nicht zu schnell an die Umgebung verloren geht.
So viel zu den Details der Anlage. Wenn noch Fragen offen sind, kann ich sie im einzelnen Gespräch beantworten. Sie sind vielleicht nicht für alle von Interesse.
Ich habe noch einige Messpunkte mitgebracht, die wir 1997 aufgenommen haben. Die Sonneneinstrahlungen sind aufgetragen in Watt/Quadratmeter. Die Messung erfolgte über drei Tage. Hier ist noch die Produktion des Destillats angegeben.
Wir haben um die Mittagszeit angefangen, weil wir da die höchsten Sonneneinstrahlungen haben. Die gehen gegen Nachmittag runter. Sie sehen aber, dass hier die Destillatproduktion nicht sofort runtergeht, wenn die Sonneneinstrahlung nachlässt. Das ist der Erfolg des Speichers den wir dort eingebaut haben.
So können wir sehr lange Zeit weiterproduzieren. Wenn wir eine Mindesttemperatur in der Anlage erreichen, schalten wir ab. Wir haben noch nicht den 24-Stunden Betrieb verwirklichen können, da fehlt der Anlage noch ein bisschen Kapazität.
Die Produktion geht dann wieder los, wenn auch die Sonneneinstrahlung wieder losgeht. Das wiederholt sich gleichmäßig über die drei Tage. Die Produktion beträgt zwischen 488 und 536 Liter/Tag. Wir haben einen spezifischen Energiebedarf von 106-114 kWh (Kilowattstunden) pro Kubikmeter Wasser.
Wir haben gestern in dem Vortrag gehört, dass wir für eine einfache Destillation einen Wert von 500 kWh pro Kubikmeter Wasser benötigen. Das Verhältnis von 700 zu diesen Zahlen bezeichnet die Effektivität der Anlage.
Dadurch, dass wir das verdampfte Wasser auf unseren Wärmeaustauschplatten wieder kondensieren gewinnen wir einen großen Teil unserer Kondensationswärme wieder zurück.
Diese Zahlen zeigen Ihnen, dass wir mit einer Wärmemenge etwa sechsmal so viel Wasser destillieren können oder bei gegebener Wassermenge nur ein sechstel dieser theoretischen Wärmemenge brauchen um dieses Wasser zu destillieren.
Das gewonnene, destillierte Wasser könnte man direkt benutzen: für Autobatterien, zum Bügeln, usw. Es gibt viele Anwendungen dafür. Sie können destilliertes Wasser dort auch im Supermarkt kaufen. Bei solchen Preisen wäre die Anlage sogar in Deutschland ökonomisch sinnvoll. Von dieser Sicht her ist sie eine sehr sinnvolle Anlage.
Wenn Sie das Wasser entweder als Trinkwasser nehmen oder in der Landwirtschaft einsetzen, können Sie dieses Wasser mit dem ursprünglichen Brunnenwasser vermischen, so dass wir aus den 500-600 Litern etwa 1,5 Kubikmeter Wasser für die Landwirtschaft bekommen.
Durch die effektive Nutzung dieses Wassers mit der Tröpfchenbewässerung hat die Kooperative jetzt sehr viel Wasser eingespart. Wir hatten zudem noch das Glück, dass wir unsere Anlage in einer geschlossenen Einheit installieren konnten. Wir können abschätzen was unsere Anlage für die Kooperative bringt.
Wir kennen die Produktion der Kooperative; wir wissen, dass wir mit dem Wasser auskommen das wir vor Ort produzieren. Wenn wir alle Faktoren zusammenzählen – die Tröpfchenbewässerung dazu – dann rechnet sich diese Anlage in der Tat für die Kooperative.
Es ist nicht nur, dass wir effektiv Wasser sparen - das Wasser wurde viel früher mit Eselkarren und später mit dem Traktor herbeigeschafft - die Leute sind sich jetzt auch bewusster im Verbrauch des Wassers geworden. Zusammen mit der effektiveren Nutzung des Wassers können wir jetzt sagen, dass wir hier mit dieser Anlage an der Grenze der Wirtschaftlichkeit sind.
Ich möchte auch ein bisschen zu den Kosten sagen. Das ist im nächsten Bild dargestellt. Zuerst stehen die effektiven Kosten der Erstinstallation dieser Anlage (Das ist das Geld, das wir von der Stadt Marburg und vom BMZ bekommen hatten und unsere eigenen Mittel).
Die Anlage hat uns insgesamt 67.000 Euro gekostet. Es ist ein sehr stolzer Preis und dafür könnten sie per Traktor schon sehr viel Wasser herbeischaffen.
Das Entsalzungsmodul selber hat 40.000 Euro gekostet. Das Kollektorfeld, der Wärmespeicher und das andere Equipment um die 20.000. Man kann auch nicht vergessen, dass Techniker aus Deutschland nach Tunesien fahren mussten um diese Anlage zu installieren. Das hat ca. 7000 Euro gekostet.
Wir hatten das Glück, dass wir in Tunesien - zumindest in der Anfangszeit - sehr gute Kooperationspartner hatten. Die Ingenieurschule in Sfax erklärte sich bereit, die Anlage für die Behinderten-Kooperative zu betreuen. Die Betreuung lief auch in der ersten Zeit recht gut, ließ jedoch im Laufe der Zeit etwas nach. Damit kamen Probleme die ich gleich schildern werde.
Ich werde jetzt mit der Kostenkalkulation weitermachen. Wenn wir annehmen, dass die Anlage etwa 15 Jahre läuft, das Zinssatz für das eingesetzte Kapital sich bei 5% befindet und wir für Wartung der Anlage pro Jahr etwa 1% des Gesamtpreises brauchen errechnet sich einen Wasserpreis von etwa 28 Euro pro Kubikmeter.
Wir haben zwar gestern von Herrn Rommel gehört, dass man diese Anlagen nicht mit den Großanlagen vergleichen sollte, doch der Preis von unter einem Euro den man damit erzielt liegt schon im Raum.
Wir haben keine Chance diesen Preis jemals mit einer solchen Anlage zu erreichen. Wir können höchstens noch durch den Bau mehrerer Anlagen und die gesammelte Erfahrung eine Optimierung vornehmen. So könnten wir schätzungsweise auf 12 Euro pro Kubikmeter Wasser kommen.
Wir können das noch ein bisschen besser darstellen indem wir es mit Faktor 3 verdünnen. Dann haben wir noch vier Euro pro Kubikmeter Brauchwasser. Ich denke es ist nicht verboten dies ein bisschen schönzurechnen weil in der Tat drei Kubikmeter Wasser zur Verfügung stehen und nicht einer.
Trotzdem müssen wir sehr genau und scharf hingucken, wo eine solche Anlage sinnvoll ist und wo nicht.
Uns hat dieses Projekt insofern sehr viel gebracht weil wir vor Ort eine Anlage gebaut haben, wir hatten ein mehr oder weniger geschlossenes System bei dem wir die Kosten abschätzen konnten, wir haben Erfahrungen gesammelt – zum Teil auch einige negative Erfahrungen gesammelt – und wir haben auch gesehen, wo wir Fehler gemacht haben.
Einen solchen Fehler - der von vornherein sehr schwer zu erkennen war - möchte ich kurz beschreiben: Es lag an der Zusammensetzung dieses Brunnenwassers. Das Brunnenwasser enthält sehr viel Kalzium und Sulfat. Wenn wir jetzt das Wasser aufheizen, fällt das Kalzium als Kalziumsulfat aus. Das ist bekannt als Gips. Dieser Gips schlägt sich in der Anlage nieder. Wenn Sie erstmal die Anlage voll Gips haben, kriegen Sie ihn mit chemischen Methoden kaum wieder weg. Das ist einmal passiert.
In diesem Zusammenhang spielt auch eine Rolle, dass die Betreuung durch die Ingenieurschule – die sich von der fachlichen Qualifikation her dazu eignete, diese Anlage zu betreuen – nachließ und nicht rechtzeitig bemerkt wurde, dass der Prozess der Vergipsung eingesetzt hatte.
Dadurch stand die Anlage nach einiger Zeit vollkommen still.
Das Entsalzungsmodul war nicht mehr zu gebrauchen. Wir mussten das Innere des Entsalzungsmoduls (Tücher und Wärmetauscherplatten) ersetzen. Da hat uns die hessische Technologiestiftung geholfen dieses Projekt wieder in Gang zu setzen. Auch das Problem mit dem Gips konnten wir lösen.
Die Anlage wird betrieben aus einem Vorratsbecken, dessen Volumen wir kennen. Wir haben das Wasser in dem Vorratsbecken vorbehandelt. Das kann man z. B. mit Soda machen. Man entfernt so viel Kalk oder Kalziumkarbonat bis das Wasser bedenkenlos in der Anlage bearbeitet werden kann.
Ich hoffe ich habe Ihnen einen Eindruck gegeben wie das Projekt gelaufen ist. Vielleicht sollte ich etwas noch kurz erwähnen. Herr Rommel hat gestern gesagt, dass er inzwischen neue Kollektoren entwickelt hat. Das Wasser das man entsalzen will kann direkt durch die Kollektoren durchlaufen. Das macht sicherlich die Gesamtkonstruktion deutlich einfacher. Aber auch das muß man vor Ort ausprobieren.
Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit.
Jerome Nana Monteu: Vielen Dank Herr Dr. Uchtmann für den informationsreichen Vortrag.