Knappe Ressource: Die Zukunft des Wassers
Zukunftsmarkt im Fokus: Wasserreinigungs-Technologien
Gerade einmal 0,0075 Prozent des Wassers auf der Erde ist für den Menschen verfügbares und nuztbares Süßwasser. Dieses Wasser ist weltweit sehr ungleich verteilt und in einigen Regionen der Erde bereits heute sehr knapp. Über eine Milliarde Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Grenzüberschreitende Flüsse und Seen bergen ein erhebliches Konfliktpotenzial, vor allem, wenn sich der Wassermangel durch den Klimawandel in Zukunft weiter verschärft.
Eine unzureichende Abwasserentsorgung ist Ursache für zahlreiche Krankheiten wie Diarrhöe, Cholera oder Typhus, an denen jedes Jahr mehr als eine Million Menschen sterben. Aufgrund von Trinkwasserknappheit, Gewässerverschmutzung und des durch Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum gleichzeitig steigenden Wasserbedarfs haben Technologien zur Wasserreinigung und zur Meerwasserentsalzung vor allem in den Entwicklungsländern eine große und in Zukunft weiter zunehmende Bedeutung. 2010 wurde der Anspruch auf reines Wasser von der Generalversammlung der Vereinten Nationen zu einem Menschenrecht erklärt.
Auch in den Industrieländern sind wegen der oftmals stark veralteten Wasserinfrastruktur erhebliche Investitionen zu erwarten. Ökonomie und Ökologie profitieren vom technischen Fortschritt gleichermaßen. Die zur Verfügung stehenden Filtertechnologien werden immer besser und effizienter. Gleichzeitig ermöglicht die Biotechnologie innovative Verfahren zur Wasserreinigung- und aufbereitung.
Aktuelle Entwicklungen
Millionen Todesfälle durch verschmutztes Wasser
2,6 Milliarden Menschen haben keinen Zugang zu sanitären Einrichtungen. Eine Milliarde Menschen muss auf sauberes Trinkwasser verzichten. Sie beziehen ihr Wasser aus Oberflächengewässern wie Flüssen, Seen, Tümpeln und Wasserlöchern. 3,5 Millionen Todesfälle weltweit pro Jahr sind auf verschmutzes Wasser zurückzuführen. 1,5 Millionen der Opfer sind Kinder im Alter von bis zu fünf Jahren. (UN, 2010)
Wasserintensive Fleischproduktion
Mit dem weltweit wachsenden Wohlstand steigt die Nachfrage nach höherwertiger und proteinreicher Nahrung. Dabei ist die Fleischproduktion besonders wasserintensiv. Für die Herstellung von einem Kilogramm Rindfleisch wird ein "virtueller" Wasserbedarf (auch: Wasser-Fußabdruck) von 15.500 Litern veranschlagt. (Müller, 2010)
Das Potenzial für Wasserrecycling ist groß
Täglich werden weltweit rund 684 Millionen m³ Abwasser erzeugt. Die gesamte Menge tertiär gereinigten Abwassers und hochwertigen wiederverwendeten Wassers liegt dagegen nur bei 28 Millionen m³ pro Tag. (Sustainable Asset Management Group, 2010)
Vor allem in Entwicklungsländern haben Wasserreinigungstechnologien ein großes Potenzial
90 Prozent des Abwassers werden in den Entwicklungsländern ungeklärt weitergeleitet und 70 Prozent der Industrieabfälle unbehandelt entsorgt, sodass Schadstoffe ins Oberflächenwasser geraten. Mit Wassereinigungstechnologien könnte einer weiteren Verknappung der lebenswichtigen Ressource effektiv entgegengewirkt werden. (Le monde diplomatique, 2009)
Lifesaver: Hochleistungsfilter im Flaschenformat
In zahlreichen Regionen der Welt mangelt es an sauberem Trinkwasser und an den finanziellen Mitteln, um in Infrastruktur und Technologien zu investieren. Doch es gibt auch einfache Lösungen: Der von Michael Pritchard entwickelte Lifesaver-Filter macht aus verschmutztem Wasser wieder Trinkwasser - und das innerhalb von Sekunden. Zum Einsatz kommt ein Aktivkohlefilter mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Mit einer Filterkassette lassen sich mehrere tausend Liter Wasser reinigen. (Lifesaversystems, 2011)
Sehen Sie hierzu einen Ausschnitt aus einem Vortrag von Dr. Pero Mićić auf unserem YouTube-Channel
Mini-Kläranlage mit UV-Licht
Das US-Unternehmen WaterHealth International hat ein UV-Entkeimungsgerät entwickelt, das mit einer 40-Watt-UV-Lampe 1.000 Liter Wasser pro Stunde reinigen kann. Weltweit werden so bereits über zwei Millionen Menschen mit sauberem Wasser versorgt. 2011 gewann die Innovation den Europäischen Erfinderpreis in der Kategorie Außereuropäische Staaten. (WaterHealth International, 2011)
Boom bei Entsalzungsanlagen
Die Menge des weltweit täglich entsalzten Wassers ist von 0,8 Millionen m³ im Jahr 1970 auf 59 Millionen m³ im Jahr 2009 gestiegen. Heute sind mehr als 14.000 Entsalzungsanlagen in Betrieb. In den letzten Jahren sind die Produktionskosten stark gesunken. Das Preisniveau liegt inzwischen bei weniger als einem US-Dollar pro Kubikmeter Wasser und nähert sich damit konventionellen Wasserquellen immer mehr an. (Sustainable Asset Management Group, 2010)
Kostengünstige Meerwasserentsalzungnutzt die natürliche Kraft der Osmose
Entsalzungsanlagen benötigen eine große Menge an Energie, etwa um den notwendigen Druck bei der Umkehrosmose zu erzeugen. Eine neues Verfahren, das das Start-up Oasys Water in Kooperation mit Forschern der Yale University entwickelt hat, reduziert den Energiebedarf um 80 Prozent. Als "Zuglösung" dient Ammoniumbicarbonat. Aufgrund der höheren Ionenkonzentration der Lösung wird das Meerwasser durch eine Membran gezogen. Dabei werden 97 Prozent des Salzes herausgefiltert. Eine speziell enwickelte Polymer-Membran widersteht den alkalischen Eigenschaften des Ammoniumbicarbonats. (Oasys Water, 2011)
Projektionen
2030: Die weltweite Nachfrage nach Wasser wird das Angebot um 40 Prozent übersteigen
Die weltweite Nachfrage nach Wasser wird von 4.500 Milliarden m³ im Jahr 2009 auf 6.900 Milliarden m³ im Jahr 2030 steigen. Dies entspricht einer Steigerungsrate von zwei Prozent pro Jahr. Die Menge des weltweit verfügbaren und nutzbaren Wasser beträgt 4.200 Milliarden m³. (2030 Water Resources Group, 2009)
Der Welt drohen in den nächsten Jahrzehnten nie dagewesene Dürrekatastrophen
In den 30er Jahren des 21. Jahrhunderts werden vor allem die bevölkerungsreichen Regionen der Erde unter extremer Dürre leiden. Hierzu gehören große Teile Mexikos, Brasiliens, Südostasiens und Chinas, der afrikanische Kontinent und Australien, sowie die USA und Mittelamerika. Die Grenze zwischen trockenen und feuchten Regionen wird immer weiter nach Norden wandern, sodass im Jahr 2060 auch Mitteleuropa und Deutschland von Dürre betroffen sein werden. (National Center for Atmospheric Research, 2010)
Der Standortfaktor "Wasserverfügbarkeit" gewinnt für viele Unternehmen an Bedeutung
Es werden zunehmend Technologien eingesetzt, die es ermöglichen, das verfügbare Wasser effizient und häufiger zu nutzen. Zu den nutzungsintensivsten Branchen gehören die Landwirtschaft, das Ernährungsgewerbe, die Energiewirtschaft, der Bergbau, die Chemie- und Pharmabranche, die Papier- und Zellstoffindustrie, das Textil- und Bekleidungsgewerbe sowie die Halbleiterindustrie. (DB Research, 2010)
2020: Das Marktvolumen für Meerwasserentsalzung liegt bei 70 Milliarden US-Dollar
Das weltweite Marktvolumen für Meerwasserentsalzung, vor allem durch Nano- und Ultrafiltration, wird von drei Milliarden US-Dollar in 2009 auf 70 Milliarden US-Dollar in 2020 wachsen. (Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2009)
Der Markt für membranbasierte Wasseraufbereitung wird bis 2020 um 5,9 Prozent pro Jahr wachsen
Insgesamt wächst der Markt von 1,5 Milliarden US-Dollar in 2009 auf 2,8 Milliarden US-Dollar in 2020. Umkehrosmose-Membranen bleiben mit einem Marktvolumen von 1,3 Milliarden US-Dollar in 2020 weiterhin das größte Segment. Ultrafiltrations-Membranen erreichen mit einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 6,5 Prozent bis 2020 ein Marktvolumen von 700 Millionen US-Dollar.
(Lux Research, 2010)
Chips mit eingebauter Membran ermöglichen eine günstigere und energiesparende Meerwasserentsalzung
Wissenschaftler des MIT haben einen Chip mit eingebauter Membran entwickelt. Das Wasser wird durch einen etwa 500 Mikrometer dünnen Kanal geleitet. Durch Anlegen einer Spannung können die Salz-Ionen an der Membran herausgefiltert und mit ein wenig Restwasser durch einen zweiten Kanal abtransportiert werden. Mit nur 3,5 Wattstunden pro Liter liegt der Stromverbrauch deutlich unter dem von derzeit verfügbaren Entsalzungsanlagen. Eine Anlage in Koffergröße soll in Zukunft 1.600 Einheiten umfassen und rund 15 Liter Wasser pro Stunde entsalzen.
(MIT, 2010)
Toxische Abwässer lassen sich in Zukunft durch extreme Kühlung entgiften
Wissenschaftler der Universität von Kapstadt haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich selbst hochgradig säurehaltige Abwässer reinigen lassen sollen. Gifte und wieder trinkbares Wasser werden dabei durch die Einwirkung extremer Kälte voneinander getrennt. Das Verfahren ist umweltfreundlich und besonders energiesparend. In zwei Jahren soll ein erstes Pilotprojekt gestartet werden. In fünf Jahren könnte die Technologie industriell anwendbar sein. (UCT, 2011)
Ecosan: Häusliche Abwässer werden als Wertstoffe betrachtet
Ecosan steht für "ecological sanitation" und ist ein neues Paradigma in der Siedlungswasserwirtschaft. Menschliche Ausscheidungen und häusliche Abwässer werden als Wertstoffe betrachtet. Enthaltene Stoffe wie Phosphor und Stickstoff werden zurückgewonnen und wiederverwendet, beispielsweise als nährstoffreiches Bewässerungswasser oder Dünger. Die eingesetzten Technologien reichen von Urinseparations-Trocknungstoiletten über Pflanzenkläranlagen bis hin zu Biogasreaktoren. Entsprechende ökologische und kreislauforientierte Systeme werden in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen. (GTZ, 2011)
Der Energieverbrauch im Wassersektor wird weiter steigen
Der weltweit steigende Wasserverbrauch und höhere Standards für die Wasserqualität lassen den Energieverbrauch der Wasserwirtschaft steigen. Die Aufbereitung von Grund- und Oberflächenwasser sowie die Abwasserreinigung erhöhen damit auch den Ausstoß von klimaschädlichen Treibhausgasen. Energiesparende Methoden der Wasseraufbereitung und –reinigung gewinnen an Bedeutung. (Rothausen und Conway, 2011)
Die zur Abwasserreinigung nötige Energie lässt sich aus dem Abwasser selbst gewinnen
Wissenschaftler der Universität Braunschweig forschen an einer Technologie, bei der sich durch den Einsatz von Mikroorganismen aus Abwasser Energie erzeugen lässt. Die "mikrobielle Brennstoffzelle" soll es in Zukunft ermöglichen, dass Bakterien Elektronen auf eine Elektrode übertragen. Ziel ist es, den Wasserreinigungsprozess energieeffizienter oder sogar energieautark zu gestalten. (TU Braunschweig, 2011)
