Leitende Komposite zur Meerwasserentsalzung
Meerwasser gibt es in rauen Mengen, Trinkwasser dagegen ist knapp. Entsalzungsanlagen können das Meerwasser umwandeln. Für diese Anlagen braucht man jedoch Rohre aus einem Spezialstahl oder Titan – teures Material, das immer schwerer zu beschaffen ist. Polymerkomposite, die Wärme übertragen, könnten das Titan bald ersetzen. Fraunhofer-Forscher stellten den wärmeleitenden Kunststoff auf der Messe Composites vor.
Kompositrohre zur Meerwasserentsalzung (Foto: Fraunhofer IFAM)
Trinkwasser ist ein knappes Gut – das gilt mittlerweile nicht mehr allein für Wüstenregionen. Auch in Mittelmeerländern wie Spanien und Portugal ist Süßwasser in den heißen Sommermonaten rar. Anlagen, die das Meerwasser entsalzen und so in Trinkwasser umwandeln, sind daher stark im Kommen. Das Prinzip der Entsalzung: Meerwasser wird auf Rohre gesprüht, durch die heißes Gas oder Wasser strömt und die so erhitzt werden. Reines Wasser verdampft aus dem Meerwasser, zurück bleibt die salzige Ablauge. Der Dampf wiederum lässt sich auffangen und abkühlen. Dieses Verfahren stellt vielfältige Ansprüche an das Material und dessen Eigenschaften: Das Rohrmaterial muss Wärme übertragen und besonders robust sein gegen Korrosion und Belagsbildung – und das über einen langen Zeitraum. Damit das Wasser gut verdampfen kann, muss sich das Rohrmaterial zudem gut durch das Meerwasser benetzen lassen. Die Hersteller verwenden daher nur Titan und hochlegierte Stähle. Diese Materialien sind jedoch sehr teuer. Zudem steigt die Nachfrage nach Titan stetig – denn im Zuge des Leichtbaus braucht auch die Luftfahrtindustrie diesen Werkstoff. Die Folge sind Lieferverzögerungen und ein weiterhin steigender Preis.
Forscher des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen entwickeln nun eine Alternative zu den Titanrohren: Rohre aus Polymerkompositen. Das Besondere: Die Polymerkomposite sind zwar ein Kunststoff, aber sie übertragen dennoch Wärme. Ein weiterer Vorteil: Sie lassen sich als Endlosware herstellen und sind entsprechend kostengünstiger als die Metallrohre. Doch wie haben es die Forscher geschafft, das Polymer wärmeleitfähig zu machen? "Wir haben Metallpartikel in das Material eingefügt, genauer gesagt geben wir bis zu 50 Volumenprozent Kupfermikrofasern hinzu. Die Verarbeitungseigenschaften des Komposits ändern sich dadurch nicht, es lässt sich weiterhin wie ein Polymer verarbeiten", sagt Arne Haberkorn, Wissenschaftler am IFAM.
Das Material an sich haben die Wissenschaftler bereits entwickelt, nun wollen sie seine Wärmeleitfähigkeit optimieren. Dazu bauen sie die Rohre in eine Pilot-Meerwasserentsalzungsanlage ein: Hier testen sie ihre Wärmeleitfähigkeit, überprüfen, wie viel Belag sich durch Mikroorganismen auf den Rohren bildet und wie stark der Werkstoff in der salzigen Umgebung korrodiert. Anhand dieser Ergebnisse optimieren sie die Kompositeigenschaften. Den Verdampfungsprozess haben die Forscher so eingestellt, dass er bei einer Temperatur von 70 Grad Celsius abläuft – durch die Rohre strömt also 70 Grad heißes Gas. Das bietet einige Vorteile: Es bildet sich weniger Belag auf den Rohren, das Material korrodiert nicht so schnell und der Druckunterschied zwischen Innen- und Außenseite des Rohres wird nicht so groß.
Die Einsatzgebiete für den Kunststoff beschränken sich nicht auf die Meerwasserentsalzung. "Wir haben die Rohre für die Entsalzungsanlagen entwickelt, da diese die höchsten Anforderungen an die Polymerkomposite stellen. Das System lässt sich problemlos auch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie einsetzen", sagt Haberkorn.
