DE10146890A1

DE10146890A1 - Verfahren zur Gewinnung von Süsswasser aus Eis und Schnee polarer und polarnaher Gebiete

Info

Publication number: DE10146890A1
Application number: DE10146890A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Laschober; Monika Laschober
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Eis und Schnee polarer und polarnaher Gebiete sowie aus den im Meer schwimmenden Eisbergen unter Verwendung von Schiffen, die bei der Anreise zu diesen Eis- und Schneegebieten Meerwasser mitführen, das durch vorhandene Wärme aus Abfallwärme der Antriebsmotore (2) und Systemerhaltungsgeräte der Schiffe (1), bedarfsweise durch Wärme aus Geothermie und durch Wärme aus Solarenergie, erwärmt wird und hernach mittels Wärmeaustausch und Wärmeübertragung das von der Gewinnungsvorrichtung (7) vor Ort für die Süßwassergewinnung abgetragene Eis- und Schneematerial in möglicher Menge schmilzt. Die Restschmelze des auf dem Schiff (1) verbleibenden Eis- und Schneegemisches erfolgt durch direktes Zuführen von Abfallwärme der Antriebsmotore (2) und Systemerhaltungsgeräte der Schiffe (1) sowie Wärme aus dem das Schiff (1) umgebende Meerwasser mittels Wärmeaustauscher und Wärmeübertragung sowie Wärme aus Solarenergie. Süßwasser, das auch außerhalb des Schiffes (1) in mitgeschleppten oder gezogenen Behältern (8), mit Richtungs- und Tiefenstabilisatoren (9 und 10) ausgestattet, transportiert werden kann, wird im Zielhafen aus dem Schiff zu den Verbrauchern gepumpt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Eis und Schnee polarer und polarnaher Gebiete sowie aus den im Meer schwimmenden Eisbergen unter Verwendung von Schiffen, die bei der Anreise zu diesen Eis- und Schneegebieten Meerwasser mitführen, das erwärmt wird, dessen vorhandene Wärme zur Schmelzung von Eis und Schnee verwendet wird und nach wärmetechnischer Ausbeutung wieder aus dem Schiff gepumpt wird, desgleichen wird bei der Rückreise zum Süßwasserverbraucher verfügbare Wärme zur Restschmelzung verwendet sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Praktikable Verfahren zur Gewinnung von maßgeblichen Mengen an Süßwasser aus Gebieten des ewigen Eis und Schnees oder Eisbergen sind nicht bekannt, wahrscheinlich aus dem Grunde, daß die Verknappung von gutem Süßwasser in Trockengebieten erst in letzter Zeit durch Klimawandel und vermehrtem Verbrauch aus steigender Bevölkerungszahl und Folgen aus allgemeiner Wohlstandserhöhung drängend wird und einer Lösung bedarf.

Theoretische Überlegungen, Eisberge in wärmere Zonen zu schleppen und bei den Verbrauchern zu Süßwasser schmelzen zu lassen sind bekannt. Doch alle Ansätze dazu scheiterten an den hohen Kosten für diese Aktionen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Süßwasser aus unerschöpflichen Ressourcen aus Eis und Schnee von polaren, polarnahen Gebieten oder im Meer schwimmender Eisberge zu schmelzen und zum Verbraucher mittels Schiff zu transportieren, wobei der Produktionspreis von Süßwasserproduktion durch Meerwasserentsalzung unter Berücksichtigung von Qualität des Wassers eine Richtgröße ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vorhandene Wärme aus Abfallwärme der Antriebsmotore und Systemerhaltungsgeräte der Schiffe, Wärme aus Geothermie, Wärme aus Solarenergie und vorhandene Wärme aus dem die Schiffe umgebenden Meerwasser mittels Wärmeaustausch und/oder Wärmeübertragung das von der Gewinnungsvorrichtung für die Süßwassergewinnung abgetragene Eis- und Schneematrerial schmilzt, wobei die Schiffe gleichermaßen als Produktionsstätten und Transportmittel für das Süßwasser dienen.

Eine variable Einsatzform des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß die Wärmequellen direkt oder indirekt zur Schmelzung von Eis und Schnee zu Süßwasser einzeln, gesamt oder in Kombination einzelner verwendet werden können.

Durch die geografischen Besonderheiten von verwertbaren geothermischen Ressourcen ist verfahrensspezifisch bedingt, daß Wärme aus Geothermie in dem im Schiff gelagerten und beförderten Meerwasser zur späteren Schmelze von Eis und Schnee gespeichert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, um mehr Süßwasser als auf dem Produktions- und Transportschiff räumlich möglich ist, transportieren zu können, wird dadurch ermöglicht, daß Wasserbehälter, die in ihrem Volumen verkleiner- und vergrößerbar sind, bei der Anfahrt zur Süßwasserproduktion aus Eis und Schnee verkleinert, an oder auf dem Schiff mittransportiert werden, um bei der Rückfahrt zu den Verbrauchern vergrößert, durch Befüllung mit Süßwasser mitgezogen oder mitgeschoben zu werden.

Vorrichtungsgemäß wird der in seinem Volumen veränderbare Wasserbehälter durch Tiefenstabilisierung und/oder Richtungsstabilisierung von aufblasbaren Kammern in seinem Schwimmverhalten beeinflußt.

Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen nachfolgend erläutert werden. Die dazugehörende Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Zeichnung zeigt ein Tankschiff 1, dessen Antrieb durch Verbrennungsmotore 2 bewerkstelligt wird. Wärmetauscher 3 übertragen Abfallwärme aus Antriebsmotoren und Systemerhaltungsgeräten des Schiffes auf das Wasser. Durch die Meerwassereinlaßvorrichtung 4 wird Meerwasser durch Öffnen und/oder pumpen mit Pumpe 16 in die Tanks 11 und 15 des Schiffes geleitet, wobei die wärmste das Schiff umgebende Wasserschichte durch Einlaßtiefenverstellung 19 zur Einleitung ausgewählt wird. Ein Wärmeaustauscher 5, der als Teil des Schiffrumpfes ausgefertigt ist, entzieht dem das Schiff 1 umgebende Meerwasser Wärme und führt es der Schmelzung von Eis und Schnee zu. Schwenkbare Spiegel 6 übertragen Solarenergie auf das jeweils zu erwärmende Wasser. Auf dem Schiff mitgeführte, fahrbare Amphibienfräsen 7 tragen Eis und Schnee vom Eisberg ab. Dieses so abgetragene Material wird hernach über Rohrleitungen 18 oder Rampen auf das Schiff 1 befördert und zu Süßwasser geschmolzen. Wärmetauscher 12 überträgt Wärme zur Schmelzung von Eis und Schnee. Pumpe 13 pumpt über Leitung 14 Wasser aus dem Schiff. Bei der Anfahrt zum Eisberg gefaltet und bei der Rückfahrt gefüllter mechanisch ausreichend fester und strömungstechnisch vorteilhaft ausgefertigter Schlauch 8 mit aufblasbaren Tiefenstabilisatoren 9 und Richtungsstabilisatoren 10 wird am Transportschiff 1 mittels Verbindung 17 mitgezogen oder geschoben.

In den Lavasystemen oder magmatischen Kammersystemen 23 des Vulkanismus 24 wird Geothermie durch Durchfließen von Meerwasser mittels Pumpe 21 durch Leitungen 22 und 25, welches sich erhitzt, genützt und im Sammelbecken 20 gelagert und bei Bedarf über Leitung 26 auf das Schiff 1 geleitet, um später zur Schmelzung von Eis und Schnee zu Süßwasser verwendet zu werden. Über Leitung 28 wird Wasser aus dem Meer mit Pumpe 27 in das Sammelbecken 20 gepumpt.

Angenommene Süßwassergewinnung aus Eisberg ca. 48° südl. Breite, 50° ö. Länge. Entladung im Hafen Aqaba im Roten Meer.
Entfernung Aqaba bis 48° s. B., 50°ö. L. = ca. 5400 Seemeilen.
Zwischenstop bei Anfahrt und Rückfahrt: Port Louis (Mauritius/Variante 1, Réunion/Variante 2).
Mittl. Meerwassertemp. Rotes Meer 25°C, Indischer Ocean (Höhe Mauritius) 25°C. Tankschiff: Motorleistung 32400 HB, Nutzladung 300000 m³ Wasser, Geschwindigkeit 16 Knoten.

Das beschriebene Verfahren mit Vorrichtung arbeitet in Variante 1 und Variante 2 dargestellt, folgendermaßen:

Variante 1 ohne Verwendung von Geothermie

Der sich wiederholende Transportvorgang zur Trinkwassergewinnung aus Eisberg, ca. 48° südl. Breite und 50° östl. Länge beginnt in Aqaba nach Beladung des Schiffes 1 mit Meerwasses, das auch Ballastwasser ist, in geregelter Menge durch Einlaß 4 mit Einlaßtiefenverstellung 19. Bis zu einer Entfernung von etwa 3700 Seemeilen (Höhe Mauritius) wird Meerwasser in Menge von ca. 60000 m³ in Tank(s) 15 durch die Abfallwärme aus Motorkühlung und Auspuffgase der Schiffsmotore 2 (nach DE- Patentanmeldung AZ. 101 14 062.2) sowie Systemerhaltungsgeräte des Schiffes 1 mittels Wärmeaustauscher 3 bis zu einer Temperatur von ca. 55° bis 65°C zum Zwecke der späteren intensiven Anfangsschmelze erwärmt. Nach der zurückgelegten Fahrtstrecke von ca. 3700 Seemeilen wird aus geografischen Gründen und der günstigen Meerwassertemperatur wegen im Indischen Ozean der (die) Tank(s) 11 des Tankschiffes 1 mit dem umgebenden Meerwasser durch Einlaß 4 mit Einlaßtiefenverstellung 19 und Pumpe 16 optimal zulässig beladen (voll oder fast voll). Die nun auf der Fahrt des Tankschiffes 1 bis zum Erreichen des Eisberges anfallende Abfallwärme von Schiffsmotoren 2 und Systemerhaltungsgeräten wird im zuletzt eingeleiteten Meerwasser in den Mengen von ca. 240000 m³ gespeichert, sodaß dieses eine Temperatur von ca. 30° bis 32°C erreicht.

Nach Erreichen und Anlegen am Eisberg wird mittels ferngesteuerter, fahrbarer Amphibienfräsen 7, die mit vakuumfesten, mäßig flexiblen Rohren 18 mit dem Schiff 1 verbunden sind, Eis und Schnee abgetragen und in die leeren sowie in die nach Wärmeausbeutung des erwärmten Meerwasser nunmehr entleerten Tanks 15 und 11 gesaugt. Dieses Einsaugen von Fräse 7 abgetragenen Eis- und Schneematerials auf das Schiff 1 erfolgt duch Vakuum, das durch Umpumpen von Wasser, welches ventilisch gesteuert ist aus und in Behälter entsteht (nach Pat. AT 406108 B und DE- Patentanmeldung AZ 101 14 062.2). Die im Meerwasser auf dem Schiff 1 gespeicherte Wärmemenge wird diesem mittels Wärmeaustauscher 12 zur Schmelzung von Eis und Schnee entzogen. Das hernach wärmemäßig ausgebeutete Meerwasser wird von Pumpen 13 durch Leitungen 14 aus dem Schiff 1 gepumpt. Während des Lade- und Schmelzvorganges vor Ort ist verfahrensbedingt teils Meerwasser, teils Süßwasser auf Schiff 1, das jedoch durch Anordnung der Tanks nicht vermischt wird. Nach Beendigung des Ladevorganges ist Meewasser aus dem Schiff 1 und Schmelzwasser als Süßwasser sowie Eis und Schnee im Schiff 1. Dieses Eis-Schnee- und Schmelzwassergemisch wird während des Transportes aus der Abfallwärme der Schiffsmotore 2 und Wärmeentzug mittels Wärmeaustauscher 5 aus dem das Schiff umgebenden Meerwassers (warme Klimazonen) sowie Nutzung von Sonnenenergie mittels Spiegel 6 gänzlich geschmolzen.

Variante 2

Wie Variante 1, jedoch als Zwischenstop dient ein Logistikstandort auf der Insel Réunion (F). In diesem möglichen Standort wird einerseits seefahrtsmäßiger Nachschub bewerkstelligt, andererseits auf Grund der geologischen, vulkanologischen Besonderheit dieser Insel Geothermie zur markanten Erwärmung des auf dem Schiff 1 mitgeführten Meerwassers genutzt, welches zur Schmelzung von Eis und Schnee aus Eisbergen verwendet wird, indem in einem Wasserbecken 20 von Pumpe 27 durch Leitung 28 gepumptes Meerwasser von Pumpe 21, Wasserleitung 22 durch den geologisch und mechanisch aufbereiteten Wärmetauscherraum 23 des Lava- oder magmatischen Kammersystems des Vulkanismus-Massives 24, Wasserleitung 25 in das Wasserbecken 20 zurückgepumpt wird. Beim Durchfließen des Meerwassers in den Wärmetauscherraum 23 in magmatischem Kammersystem wird das Meerwasser erwärmt. Dieser Durchflußkreislauf wird bis zu ausreichender Erwärmung aufrecht erhalten. Die Beladung des Schiffes 1 mit erwärmten Meerwasser aus Wasserbecken 20 erfolgt über Leitung 26. Dieses jetzt auf dem Schiff 1 befindliche Meerwasser wird von Abfallwärme und Sonnenenergie weiter erwärmt, was eine wesentliche Kapazitätssteigerung der Süßwasserschmelze aus Eis und Schnee ermöglicht. Dieses Mehr an Süßwasser wird entweder in einem oder mehreren zusammengefaltet mitgeführter überdimensionaler mechanisch ausreichend festen, strömungstechnisch vorteilhaft ausgeführten, mit Tiefenstabilisatoren 9 und Richtungssabilisatoren 10 ausgestatteten Schlauch 8 gefüllt und bei der Rückfahrt am Schiff durch Vorrichtung 17 hängend geschleppt und im Zielhafen entleert. Desgleichen kann das Mehr an Süßwasser mittels von Schiff 1 geschleppter oder geschobener Beiboote bewerkstelligt werden.

Durch große Mengen der Schmelze von Eis und Schnee zu Süßwasser, unter Verwendung nur eines Transportschiffes 1 nach Variante 2, wird ein günstigerer Süßwasserproduktionspreis aus Eis und Schnee als nach Variante 1 erreicht.

Die eben beispielsweise Ausführung läßt sich auch unter Anwendung dieser Annahmen in geografisch anderen Gebieten durchführen. So würde sich bei Transport in Trockengebiete in Nord-, Nordwestafrika bzw. Südosteuropa die Insel Tristan da Cunha (UK) mit ihrem tätigen Vulkan als neuer Logistikstandort empfehlen.

Für die Süßwassermangelgebiete von Californien, Mexico, Mittelamerika würde die Osterinsel (Chile) als Logistikstandort mit Vulkanen gute Voraussetzungen aufweisen.

Nutzung von Geothermie ist auch in Form von heißen Wasser- bzw. Dampfquellen möglich.

Warme Luft aus der Umgebung des Schiffes wirkt sich schmelzfördernd auf Eis und Schnee aus, ist aber aufgrund der untergeordneten Ausnutzung nicht beschrieben. Die intensive Anfangsschmelze bewirkt, daß in schnell entstehendes Schmelzwasser vom Anfang des Beladens an das durch Fräsen aufgelockerte Eis- und Schneematerial in dieses geleert wird und durch Sumpfung das Volumen dieses Eis- und Schneematerial verkleinert wird, um eine effektive, raumsparende Beladung zu erreichen.

Sicherheitsstandards für das Transportschiff bezüglich der Ladung Wasser sind als gering anzusehen.

Claims

1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Eis und Schnee polarer und polarnaher Gebiete sowie aus den im Meer schwimmenden Eisbergen unter Verwendung von Schiffen, die bei der Anreise zu diesen Eis- und Schneegebietgen Meerwasser mitführen, das erwärmt wird, dessen vorhandene Wärme zur Schmelzung von Eis und Schnee verwendet wird und nach wärmetechnischer Ausbeutung wieder aus dem Schiff gepumpt wird, desgleichen wird bei der Rückfahrt zum Süßwasserverbraucher direkt verfügbare Wärme zur Restschmelzung verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß vorhandene Wärme aus Abfallwärme der Antriebsmotore (2) und Systemerhaltungsgeräte des Schiffes (1), Wärme aus Geothermie, Wärme aus Solarenergie und vorhandene Wärme aus dem die Schiffe umgebenden Meerwasser mittels Wärmeaustausch und 1 oder Wärmeübertragung das von der Gewinnungsvorrichtung (7) für die Süßwassergewinnung abgetragene Eis- und Schneematrerial schmilzt, wobei das Schiff (1) gleichermaßen als Produktionsstätte und Transportmittel für das Süßwasser dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequellen direkt oder indirekt zur Schmelzung von Eis und Schnee zu Süßwasser einzeln, gesamt oder in Kombination einzelner verwendet werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus Geothermie in dem im Schiff (1) gelagerten und beförderten Meerwasser zur späteren Schmelzung von Eis und Schnee gespeichert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserbehälter (8), die in ihrem Volumen verkleiner- und vergrößerbar sind, bei der Anfahrt zur Süßwasserproduktion aus Eis und Schnee verkleinert, an oder auf dem Schiff (1) mittransportiert werden, um bei der Rückfahrt zu den Verbrauchern vergrößert, durch Befüllung mit Süßwasser mitgezogen oder mitgeschoben zu werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß der in seinem Volumen veränderbare Wasserbehälter (8) Tiefenstabilisierung (9) und/oder Richtungsstabilisierung (10) durch aufblasbare Kammern, die sein Schwimmverhalten beeinflussen, erhält.