1. Einleitung: 2. Entwicklungsarbeit:

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1 1. Einleitung: Als ich mit Calciumchlorid experimentierte und las, dass wasserfreies Calciumchlorid stark hygroskopisch ist und bis zu 65% seines Eigengewichtes an Wasser aus der Luft aufnehmen kann, kam mir die Idee diese Eigenschaft zur Gewinnung von Trinkwasser in Wüstenregionen möglichst energiesparend zu verwenden. Der Energiespargedanke ist zum Betrieb der Anlage besonders wichtig, da im möglichen Einsatzgebiet (wasserarme Wüstenzonen) keine zuverlässigen Energiequellen zur Verfügung stehen. 2. Entwicklungsarbeit: Dazu habe ich einen Apparat entwickelt der besonders energiesparend arbeitet. Mein Prototyp ist wie folgt aufgebaut: Motor Winde Ansteuerung Führungsschiene Plexiglashaube Chemikalien 1

2 Funktion in der Praxis: Nachts werden die großen Seitenflächen weit geöffnet und die Chemikalien an die Luft gebracht, welche heftig Feuchtigkeit aus der Luft anziehen. Tagsüber werden die Fenster geschlossen, was zur Folge hat, dass die Temperaturen sehr hoch steigen. Dadurch verdunstet das Wasser und kann durch Kondensation (an den Scheiben oder in einem Kühlsystem) zurückgewonnen werden. Die Fensterheber werden mit Solarenergie angetrieben. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, sodass sich die Anschaffungskosten der Chemikalie mit der Zeit amortisieren. 2

3 Funktion des Prototypen: Um die Funktionstüchtigkeit der Anlage zu testen, wird wasserfreies Calciumchlorid (oder auch andere hygroskopische Chemikalien wie z. B. Magnesiumchlorid oder Kieselgele) in den Prototyp gebracht und der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Anschließend wird die Glashaube geschlossen und der Prototyp mit UV- bzw. Rotlichtlampen (zur Simulation der Sonneneinstrahlung) erhitzt. Dadurch verdunstet das von den Chemikalien aufgenommene Wasser, kondensiert an den Seitenscheiben oder in einen evtl. Kühler und kann aufgefangen werden. 3. Versuche: Es wurden während der Forschungsarbeiten mehrere Versuche mit verschiedene Kühlmethoden, ausgeführt. Dabei wurde immer eine Chemikalie eine bestimmte Zeit bestimmten Bedingungen ausgesetzt und anschließend in der Wassergewinnungsanlage erhitzt. Die Unterschiede zwischen den Versuchen im speziellen werden bei den einzelnen Versuchen aufgeführt. Versuch vom : Chemikalie: 500g CaCl 2, als grobe Körner Luftfeuchtigkeit: ca. 30% Temperatur: C Dauer der H 2 O-Aufnahme: 12h Zustand nach : keine Verflüssigung Kühlung: ab 10:30 Eisbeutel Besonderheiten: Da das CaCl 2 zu wenig Wasser aufgenommen hatte, kondensierte das Wasser nicht an den Scheiben. Deshalb wurde um 14:15 H 2 O in einer Schale in der Anlage 3

4 angebracht, um zu testen, ob eine Kondensation überhaupt an den erhitzten Scheiben möglich ist. Das CaCl 2 wurde entfernt. Temperaturentwicklung im Inneren der Anlage: Zeit C Zeit C 07: :00 66,1 08:00 39,1 13:30 65,6 08:30 44,9 14: :00 45,5 14:30 63,7 09:30 50,5 15:00 64,8 10:00 62,1 15: : :00 65,1 11:00 54,5 16: :30 57,8 17:00 64,6 12:00 63,8 17:30 64,7 12:30 65,8 18:00 65 Es muss eine gewisse Luftfeuchtigkeit vorhanden sein, damit CaCl 2 ausreichend Wasser aufnimmt. Eine Kondensation von Wasserdampf ist prinzipiell möglich, da sich bald nach dem Einbringen des Wassers Tropfen an den Scheiben bildeten, die mit einer Pipette entfernt wurden. Versuch vom : Chemikalie: 500g CaCl 2, als grobe Körner Luftfeuchtigkeit: 85% Temperatur: -5-0 C Dauer der H 2 O-Aufnahme: 16h 15min Zustand nach : keine Verflüssigung Kühlung: mit Eis 4

5 Temperaturentwicklung in Inneren der Anlage: Zeit C 09: :30 60,5 10:00 64,4 10:30 66,1 11:00 65,6 11:30 67,3 12:00 66,7 12:30 67,2 13:00 68,1 Da auch nachdem das CaCl 2 in hoher Luftfeuchtigkeit angereichert wurde, kein Dampf kondensierte, darf CaCl 2 auch nicht auf zu kleinem Raum in zu großer Menge zur Wasseraufnahme aufgestellt werden, da sonst eine Rückgewinnung des Wassers nur schwer möglich ist. Versuch 1 vom : Chemikalie: 100g CaCl 2, als grobe Körner Luftfeuchtigkeit: 9h 77-89% 11h30min 97-27% (Rückgang durch CaCl 2 ) Temperatur: 9h 7-0 C 11h30min 19 C Dauer der H 2 O-Aufnahme: 20h30min Zustand nach : sehr feucht, aber nicht flüssig Kühlung: durch Eis Besonderheiten: Als sich das CaCl 2 nach 9h noch nicht sichtbar verändert hatte, wurde es anderen Bedingungen ausgesetzt. 5

6 Temperaturentwicklung in Inneren der Anlage: Zeit C 10:00 20,9 10:30 57,2 11:00 61,1 11: :00 62,4 12:30 62,3 13: :30 63,4 14:00 63,4 14:30 62,7 Zur erfolgreichen Aufnahme von Wasser muss das Klima, in dem das CaCl 2 aufgestellt wird, eine gewisse Temperatur haben. Kurze Zeit, nachdem das Eis aufgelegt wurde beschlug die Scheibe an den gekühlten Stellen unter Bildung von Tropfen. Teilweise floss das Wasser auch ab. Das Kondensat wurde nach Beendigung des Versuches mit Hilfe eines Schabers zu größeren Tropfen gesammelt und mit einer Pipette entfernt. Es wurden ca. 1,5ml Wasser gewonnen. Versuch 2 vom : Chemikalie: 25g CaCl 2, als feines Pulver. Luftfeuchtigkeit: % Temperatur: 20 C Dauer der H 2 O-Aufnahme: 4h45min Zustand nach : flüssige Lösung Kühlung: Abkühlen des Raumes um 7 C Besonderheiten: Um zu prüfen, ob es eine Alternative zur Kühlung mit einem Gerät wäre, einen 2-Tage-Rhythmus zur Wiedergewinnung 6

7 des Wasser anzuwenden (1. Tag: eingeschränkte H 2 O- Aufnahme; 1.Nacht: H 2 O-Aufnahme; 2. Tag: Aufheizen und Verdunsten; 2. Nacht: Abkühlung und Kondensation), wurde der Raum nach dem Aufheizen der Anlage abgekühlt. Da das CaCl 2 augenscheinlich sehr viel Wasser aufgenommen hatte, ist das feine Pulverisieren der Chemikalie nötig. Temperaturentwicklung im Inneren der Anlage: Zeit C 19:00 71,1 16:00 23,8 19:30 67,4 16:30 59,8 20:00 68,3 17:00 64,2 20:30 67,5 17:30 69,6 21: :00 69,7 21:30 65,5 18:30 70,4 22:00 63,3 Da bei diesem Ablauf kein Wasser kondensierte, ist dieser Rhythmus nicht zur Wassergewinnung geeignet. Wahrscheinlich hat das CaCl 2 das kondensierte Wasser wieder aufgenommen, als die Anlage abkühlte. Versuch vom : Es wurde die Chemikalie des Versuches 2 vom verwendet und wie beim Versuch 1 vom erhitzt und gekühlt. Es ist keine große Menge an feuchter Chemikalie nötig, um Wasser zu erzeugen, denn es kondensierten auch diesmal 1,5 ml Wasser. 7

8 Versuch vom : Chemikalie: 300g CaCl 2, als feines Pulver. Luftfeuchtigkeit: 50% Temperatur: 22 C Dauer der H 2 O-Aufnahme: 24h Zustand nach : flüssige Lösung (485 ml) Kühlung: Spiralkühler Besonderheit: Das CaCl 2 wurde in kleinen Portionen jeweils 24h der Luft ausgesetzt. Um die Effektivität einer externen Kühlung zu prüfen wurde die feuchte Luft aus der Anlage durch einen Spiralkühler gepumpt. Die Kühlung war folgendermaßen aufgebaut: Wassergewinnungsanlage Spiralkühler Zuleitung Pumpe Auffangbehälter Rückleitung 8

9 Temperaturentwicklung im Inneren der Anlage: Zeit C 14:00 73,7 09:30 20,8 14:30 74,1 10:00 48,6 15:00 74,6 10:30 61,5 15:30 75,3 11:00 63,8 16:00 74,8 11:30 72,6 16:30 75,1 12:00 73,3 17: :30 73,1 17:30 74,2 13: :00 74,5 13:30 74,4 18:30 74,6 Im Auffangbehälter wurden ca. 4,5ml Wasser gesammelt. Die Menge CaCl 2 -Lösung war auf 425ml zurückgegangen. Folglich waren 60ml Wasser verdunstet. 300g CaCl 2 waren also mengenmäßig zuviel für den Prototypen. Anscheinend war die Leistung der Pumpe zu gering, als dass das gesamte verdunstete Wasser hätte im Kühler kondensieren können. 9

10 4. Zusammenfassung der Ergebnisse: 1. Die hygroskopischen Chemikalien, insbesondere CaCl 2, müssen also zur Wasseraufnahme fein pulverisiert und großflächig verteilt sein. Das Klima, in dem die Wasseraufnahme erfolgen soll, sollte wärmer als 0 C sein und eine gewisse Feuchtigkeit haben. 2. Die Gewinnung von Wasser ist am besten mit einem externen Kühlsystem möglich, durch das die Luft aus der Anlage gepumpt wird. 3. Die Dauer der nötigen Wasseraufnahme ist von den klimatischen Bedingungen der Umgebung abhängig. 4. Da das meiste Wasser bereits in der Zuleitung kondensierte, ist eine starke Kühlung unnötig. 5. Diskussion: Um meine Idee in der Praxis wirtschaftlich einsetzen zu können, werden sehr große Anlagen nötig sein, die mit mehreren Tonnen hygroskopischer Chemikalien arbeiten. Ein externes Kühlsystem kann evtl. einige Meter tief im Boden, wo es in der Wüste bekanntlich kühler ist, installiert werden. Auch müsste darauf geachtet werden, dass das Öffnen und Schließen der Seitenflächen zum optimalen Zeitpunkt geschieht, um zu verhindern, dass Wasser bei geöffneter Anlage verdunstet. Dies könnte ein Computer überwachen. Die Belüftung könnte durch Gebläse verstärkt werde. Durch höhere Temperaturen, die im realen Betrieb erreicht werden können, wird eine erheblich bessere Ausbeute an Wasser möglich sein. Die Reaktionen der Wirtschaft waren sehr positiv, nachdem eine Anzeige in der Zeitschrift Wirtschaft Innovativ der Firma ROTEC GmbH geschaltet wurde. 10

11 5. Literaturverzeichnis: Verschiedene Informationen wurden folgenden Medien entnommen: Encarta Enzyklopädie (Microsoft) Schule 2002 Grundstock des Wissens (Serges Medien) Chemische Experimente die gelingen (Kosmos-Verlag) Römpp s Chemielexikon Als Patent angemeldet: Az: