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3.-Welt-Systeme


Viele rückständigen Länder der 3. Welt sind teilweise mit einer sehr starken Sonneneinstrahlung ‚gesegnet’, obwohl dies von ihnen selbst oftmals gar nicht so empfunden wird. Da diese Länder häufig eine nur schwach entwickelte Infrastruktur besitzen liegt es nahe, hier mit einer gezielt angepaßten und dezentralen Sonnenenergienutzung vorzugehen. Denn diese erlaubt ein sehr breites und sehr unterschiedliches Anwendungsspektrum umzusetzen – angefangen von sehr einfachen Sonnenkollektoren und -pumpen bis hin zu Sonnenkochern, solaren Ziegelbrennereien usw.

Unter dem Oberbegriff der 3.-Welt-Systeme versuche ich daher, hier alle jene Einfach-Systeme aufzuführen, die für eine Anwendung in sonnenreichen Ländern besonders gut geeignet sind. Einige der Vorhaben werden als gesonderte Modellbeispiele aufgeführt. Im Laufe der Recherchen zeigte sich deutlich, daß in der 3. Welt die Photovoltaik inzwischen die erste Priorität besitzt – was mir im Grunde zwiespältige Gefühle verursacht: Zum einen erleichtert die Elektrifizierung natürlich den Erwerb von Wissen, die Kommunikation, die medizinische Versorgungssicherheit usw., doch andererseits verbleiben die Länder bei dieser Technologie in ihrer (gewohnten) Abhängigkeit von den herstellenden Industriestaaten.

Meine eigene Erfahrungen in Syrien, das inzwischen allerdings schon als Schwellenland gilt, habe ich in einigen Artikeln veröffentlicht, auf die bereits hingewiesen wurde. Durch die Innovation eines befreundeten Ingenieurs in Damaskus, Maan Kaadan, bin ich dort auch in den Genuß eines Solarkochers gekommen, der aus einer umgebauten Satelliten-Schüssel besteht und absolut überzeugende Resultate erbracht hat – nicht zuletzt in Form eines tellergroßen Brandloches in einem nassen T-Shirt, das ich zum Trocknen auf dem Kocher ausgebreitet ...und dort kurz vergessen hatte.

Solarkocher


Auf der Erde kochen noch über 2 Mrd. Menschen mit Feuerholz – und verfeuern dabei jährlich mehr als eine Milliarde Tonnen Holz. Solarkocher sollen daher in erster Linie dabei helfen, das Abholzen von Savannen und Wäldern zu reduzieren. Außerdem müssen die Menschen in vielen afrikanischen Ländern teilweise stundenlange Märsche in Kauf nehmen, um ausreichend Brennholz zum Kochen zu sammeln. Aus diesen Gründen haben sich unzählige Initiativen, Vereine und Institute mit der Entwicklung von Solarkochern beschäftigt, von denen ich einige kurz vorstellen werde.

Die Vorteile von Solarkochern lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Das Essen schmeckt besser, weil es ‚rauchfrei’, langsam und schonend gekocht wird
- Das Essen bleibt nährstoff- und vitaminreich
- Man braucht das Kochen kaum zu beaufsichtigen, es brennt kaum an
- Das Kochen wird zum sozialen Ereignis
- Die Kochgeschwindigkeit baut Streß ab

Solare Kochkiste

Solare Kochkiste

Die meisten der einfachen Geräte sind isolierte und verglaste Kochkisten (Kochkoffer, Box-Kocher), wie sie im Sudan weit verbreitet sind – oder sie bestehen aus einem segmentierten, parabolischen Spiegel, der die Sonnenstrahlen bündelt und auf den Bodens des Kochgefäßes richtet (Reflektorkocher). Es gibt inzwischen aber auch zusammenklappbare Kocher aus polierten Aluminium- oder Edelstahlsegmenten, außerdem kann (wie bei dem o.g. syrischen Modell) eine mit Aluminium beschichtete Polyethylenfolie eingesetzt werden, die nur etwa 4 DM/m2 kostet (Stand 1991). Eine dritte Variante bildet der technisch und finanziell wesentlich aufwendigere Kollektorkocher, bei dem handelsübliche Flachkollektoren mit einem Ölkreislauf sowie doppelwandige Töpfe zu Einsatz kommen.

Die Anlagen bewähren sich in der 3. Welt vor allem deshalb, weil sie aus einfachster Technik und entsprechenden Bauteilen bestehen, die dort auch noch in der kleinsten Maschinenwerkstatt vorhanden sind. Es ist außerdem verhältnismäßig einfach, einheimische Handwerker zum Selbstbau derartiger Systeme zu animieren.

In China existiert bereits Anfang der 1980er Jahre eine Musterkommune mit 217 Familien, die das Kochen mit solaren Spiegelherden, welche eine Temperatur von bis zu 160°C erreichen, praktiziert. Insgesamt soll es zu diesem Zeitpunkt in China rund 80.000 Solarkocher geben, die dort etwa 50 DM kosten. Ein indisches Forschungsinstitut entwickelt einen Korb für Sonnenenergie, der trotz seiner Leistung von fast 1 kW umgerechnet nur fünf Mark kostet.

Die generelle Problematik der Sonnenkocher ist, daß häufig zu einer anderen Zeit gekocht und gegessen wird als der Zeit des höchsten Sonnenstandes (oft erst in den Abendstunden). Die Interdisziplinäre Projektgruppe für Angepaßte Technologie (IPAT) der TU-Berlin befaßt sich daher schon recht früh mit der Entwicklung transportabler Kochplatten, die es durch ein eingeschlossenes Latentspeichermedium erlauben, die eingefangene Sonnenenergie bei einer Temperatur von 150°C – 250°C über einige Stunden hinweg zu speichern.

Segmente-Solarkocher

Segmente-Solarkocher

1988 setzt die Firma Bomin-Solar eine Innovation des Mülheimer Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung um, in dem sie nachbaubare Solarkocher entwickeln, die Magnesiumhydrid als Übergangsspeicher für Sonnenergie nutzen. Die Kocher sollen von einer Staatsfirma in Mauretanien gebaut und für ein paar Mark Jahresgebühr an die Bevölkerung vermietet werden.

1990 entwickelt eine deutsch-schweizerische Gruppe einen Solarkocher mit einem elliptischen Facettenspiegel von 7 m2 und einer Wärmebox. Ein einfaches, manuell aufziehbares Uhrwerk auf einer Fahrradfelge ermöglicht eine automatische Sonnennachführung ohne zusätzliche Energiezufuhr. Die Gruppe installiert im nordindischen Kalol eine solare Großküche für die rund 100 Studenten eines Internats, wo drei Reflektoren zum Einsatz kommen, zwei zum Kochen und einer zum Erhitzen von Wasser. Die Jesuiten wollen daraufhin ihre sämtlichen 30 Schulen auf dem Subkontinent entsprechend umrüsten. Zu diesem Zeitpunkt gibt es derartige solare Großkochanlagen in Kenia, dem Sudan und anderen afrikanischen Ländern sowie in einem Kloster in Tibet.

Seit der Teilnahme am grenzüberschreitenden Saar-Solar-Cup 1991 engagiert sich das Europäische Altenwerk Saar-Lo-Lux Europe’Age bei der Förderung erneuerbarer Energien. 1993 unterstützt man mit dem Erlös einer Benefizveranstaltung von über 10.000 DM die Fabrikation von Solarkochern in Ghana. Das zugrundeliegende Modell wurde von der deutsch-französischen Ingenieurgruppe SYNOPSIS entwickelt. Ebenfalls mitengagiert hat sich die Züricher Versicherungstreuhand AG.

1991 entwickelt der Jülicher Professor Klemens Schwarzer einen Sonnenofen von 2 m2 Fläche, der zwei bis drei doppelwandige Töpfe auf bis zu 200°C erhitzen kann. Das Modell kann auch vor Ort hergestellt werden, da es nur aus Glas, Blech und Isoliermaterial besteht.

1992 stellt die Sunstove Organisation in Südafrika einen einfachen Solarkocher vor, der aus Altmetall und recyceltem Kunststoff hergestellt wird. China behauptet, bereits 100.000 Solarkocher im Einsatz zu haben, die von der Henan Academy of Sciences entwickelt worden sind.

1994 findet im spanischen Almeria der bereits zweite internationale Solarkochertest statt, bei dem 25 verschiedene Modelle verglichen und fast ausnahmslos für gut befunden werden. In Costa Rica findet eine Weltkonferenz zu Solarkochern statt – während Indien die Zuschüsse für die Kocher beschneidet, um den Verbrauch von Kerosine und Flüssiggas zu steigern (!).

1998 sind sogar in Deutschland Bausätze mit Preisen um die 300 DM erhältlich. Zu dieser Zeit sind hier Schätzungen zufolge etwa 2.000 – 3.000 Solarkocher im Einsatz, in der Schweiz sollen es sogar 8.000 Stück sein.

Im Jahr 2000 gibt das indische Ministerium für nichtkonventionelle Energiequellen bekannt, daß man mit stark subventionierten Preisen in den vergangenen Jahren bereits 475.000 Solarkocher verkauft hätte. Die Preise liegen mit 25 $ – 60 $ allerdings für viele Menschen immer noch zu hoch.

Scheffler-Reflektoren Küche

Scheffler-Reflektoren Küche

Der Schweizer Wolfgang Scheffler baut seinen ersten funktionstüchtigen Reflektor (1,1 m x 1,5 m) 1986 in einer Missionsstation in Nordkenya, wo dieser noch immer in Gebrauch ist. Später entwickelt er 8 m2 und 10 m2 Reflektoren für Großküchen, von den zwei Stück 1994 im Rahmen des GTZ-geförderten Projektes ‚Solarkocher für dörfliche Institutionen in Indien’ an der ‚Akademie für eine bessere Welt’ in Mt. Abu installiert und getestet werden. Im Mai 1997 wird dort außerdem ein Dampf-Kochsystem mit 24 Reflektoren gebaut.

Für ein weiteres solares Dampf-Kochsystem in Taleti wird das Reflektordesign komplett überarbeitet und die Fläche auf 9,5 m2 erhöht, wodurch eine Leistung von 4 kW erreicht wird, was einer Temperatur von 850°C auf dem Empfänger bedeutet. Mit Unterstützung des Ministry of Non Conventional Energy Sources in New Delhi werden insgesamt 84 Reflektoren aufgestellt, die ihre Strahlung auf 42 Empfänger richten, die aus im Brennpunkt verlaufenden 12-Zoll Rohren bestehen. Dieses System ist um 20 % effizienter als das in Mt. Abu, der Wirkungsgrad des Gesamtsystems wird mit 45 % beziffert.

2004 gibt es bereits ca. 750 Reflektoren in 21 Ländern – was etwa 200 Solarküchen mit 1 bis 3 Reflektoren entspricht, die hauptsächlich zur Versorgung von Internatsschulen in abgelegenen Gebieten errichtet werden – doch darunter auch 12 mit Dampf arbeitende Großanlagen mit 10 bis sogar 106 Reflektoren.

Die größte Solarküche der Welt in Abu Road, im indischen Rajastan, kocht inzwischen für die bis zu 18.000 Besucher eines Yoga-Zentrums der Brahma Kumaris. Diese erste Anlage mit ca. 800 m2 Spiegelfläche konnte dort aufgrund des hohen Anteils an Eigenleistungen für umgerechnet nur 100.000,- € realisiert werden, und täglich werden dadurch bis zu 400 l Diesel ersetzt. Bis 2006 werden 7 weitere derartige Anlagen, nicht alle so groß, gebaut. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zahl der weltweit installierten Scheffler-Reflektoren bereits auf 950 geschätzt, da viele Werkstätten, welche die Technologie überall übernommen haben, unabhängig und stetig neue Anlagen bauen, ohne daß dies irgendwo registriert wird.

Während der Internationalen Solarkocher-Konferenz in Spanien 2006 berichtet Scheffler auch über das Thema "Development of a Solar Crematorium".

Im März 2008 können in Taleti, nahe dem Berg Abu und in 1219 m Höhe über dem Meeresspiegel, an Tagen mit besonders starker Sonne schon bis zu 38.500 Mahlzeiten bereitet werden.


Auf dem Markt gibt es inzwischen eine Fülle an Büchern zum Thema Solarkocher, ebenso findet man im Internet leicht die unterschiedlichsten Bauanleitungen.

Papillon-Solarkocher

Papillon-Solarkocher

Einen besonders schönen Solarkocher bieten die Lebenshilfe Werkstätten Bad Kreuznach gGmbH unter dem Namen Papillon an. Der Bausatz dieses zusammenklapp- und auch -rollbaren Solarkochers kann man beim Förderverein für die Entwicklungsländer e.V. in Burg Layen bei Bingen am Rhein bestellen, er kostet 2006 genau 598 €. Der Papillon wurde von Jochen Dessel in Zusammenarbeit mit Bernd Hafner, Klemens Schwarzer und Willi Heinzen entwickelt.

Der erste Prototyp des Papillon Solarkochers entstand 1997 nach einer Anforderungsliste, welche mit Hilfe von Solarkocherbenutzern in Burkina Faso erstellt wurde. Wichtige Kriterien waren: 

- Einfache Konstruktion für eine Fertigung im Einsatzland
- Angepasste Leistung für Familien bis ca. 15 Personen, oder kleine Restaurants
- Gute Zugänglichkeit des Topfes
- Reduzierung der Blendgefahr des Benutzers
- Kleine Abmessung des Kochers bei Nichtbenutzung des Systems

Die Entwicklung des Papillon, der seine Namensgebung aufgrund der zwei klappbaren Spiegel hat, durchlief bis heute 4 Entwicklungsstufen, welche bei Familien in Burkina Faso getestet wurden. Am Ende der Entwicklung stand ein Bausatz, der es ermöglicht, den Papillon in die verschiedenen Länder zu verschicken, um ihn dort auf Akzeptanz in der Bevölkerung zu testen. 

Ein weiteres interessantes Modell ist die solare Kochstelle MS-ST9 Primrose, nach einer Erfindung des Franzosen Roger Bernard, die außergewöhnlich windstabil ist und in der Handhabung sehr bequem. Die Arbeitshöhe ist stets gleich bleibend und man kann es zudem so einrichten, daß sich der Koch stets im Schatten befindet. Damit Speisen nicht anbrennen, müssen sie von Zeit zu Zeit umgerührt werden. Nur dieses Gerät erlaubt dies ohne umständliches aus-der-Sonne-drehen. Der Reflektor lässt sich hochklappen, was ein leichtes Transportieren und Verstauen gewährleistet.

Außerdem vereint diese Kochstelle die Vorteile eines Parabolkochers mit denen eines Kistenkochers, denn er verfügt auch über eine so genannte Wärmefalle: die Strahlen werden von dem Spiegel durch ein Fenster in einen Kochraum reflektiert. Dieser ist innen ebenfalls verspiegelt und gut isoliert. Somit kann die Energie nicht entweichen und steht vollständig zur Verfügung. Das Unternehmen Mueller Solartechnik aus Stadecken-Elsheim bietet die solare Kochstelle als Bausatz für € 218 und als Fertiggerät für € 358 an (Stand 2006).

Ein anderes System kommt aus China und stellt eher eine high-tech-Variante von Solarkochern dar: Neben dem Reflektor, der bis zu 800°C erreichen soll, ist das Gerät auch mit einer Solarzellen-betriebenen vollautomatischen Sonnennachführung ausgestattet!

Vesta Solarkocher

Vesta Solarkocher

Ab März 2006 sollen 1.000 solar betriebene Kocher des Klimaschutz e.V. aus Bonn den Brennholzbedarf auf den indonesischen Sabang-Inseln reduzieren. Mit dem ‚Solar Cooker Project Aceh 1 Indonesia’ hat das Klimasekretariat der Vereinten Nationen erstmals ein rein deutsches CDM-Projekt registriert (CDM: Clean Development Mechanism).

Ein aktuelles Projekt ist z.B. das Solar Fire-Projekt der gemeinnützigen kanadischen ASTRA Agency for Solar Technology Research and Application Inc., die neben ihrer Heimat auch in den USA, in Mexiko, Kuba, Frankreich und Mali aktiv ist, und deren Solarkocher einen Liter Wasser innerhalb von 5 Minuten zum Kochen bringen.

Die Technologie der bereits Anfang der 1990er Jahre von Fraser Symington entwickelten Systeme basiert auf einfachen, in 3.-Welt-Ländern vorhanden und leicht zu montierenden Ausgangsmaterialien. Es gibt den Vesta für zu Hause, den Helios für kleinere Gemeinschaften und den Apollo für semi-industrielle Zwecke.

Positive Nebeneffekte von Solarkochern auch in entwickelten Ländern sind u.a. reduzierte Stromkosten – dadurch, daß die Küche nicht mehr so stark aufgeheizt wird und die Klimaanlage wiederum weniger arbeiten muß, um diese Hitze zu entfernen.

Im Juni 2008 berichten einige Blogs von einer längst fälligen Innovation – zumindest für die südlichen Länder: Eine solar betriebene Hühnchen-Braterei in Thailand! Durch die speziellen Spiegel ist ein ‚Broiler’ in nur 10 Minuten durchgebraten. Die Braterei von Sila Sutharat, dem Erfinder der Anlage, steht rund 90 km von Bangkock entfernt und verkauft täglich 50 Brathendl. Nun soll die Technologie auch nach Japan exportiert werden.


Ein sehr empfehlenswertes Portal mit einer großen Fülle der verschiedensten Modelle und Entwicklungen ist die Seite von solarcooking.org. Eine Seite mit diversen Bauplänen von unterschiedlichen Solarkochern findet sich hier.

Einfachst-Solarkollektor


Die PROKOL-Gruppe in Berlin stellt bereits Anfang der 1970er Jahre einen Einfachkollektor von 2 m2 vor, der aus 50 alten Autoscheinwerfer-Reflektoren besteht, die zusammen auf einem hohlen Türblatt befestigt sind. Durch ihre Brennpunkte läuft ein Röhrensystem, in dem das zu erwärmende Wasser zirkuliert. Die Gruppe schlägt auch vor, halbierte Teerfässer mit Aluminiumfolie auszuschlagen, wobei das Röhrensystem hier durch die Brennlinien geführt wird.

Im Recycling-Verfahren können aber auch alte Kühlschränke verwendet werden, wobei das rückseitige Röhrensystem zum Leiten des Wassers, und der Schrank selber als gut isolierter Warmwassertank zu nutzen sind. Als Speicher kommen weiterhin Keramikbehälter, Tonröhren oder Badewannen mit guter Isolierung in Frage. Als Billigmaterialien für die Kollektor- und ggf. auch Speicherisolation werden Stroh und/oder Wolle genannt, doch genauso gut geht es auch mit Lumpen, Baumwoll- und anderen Agrarresten – solange diese nur schön trocken bleiben.

In den USA wird sogar ein Einfachstkollektor aus alten Bierdosen hergestellt.

Über ähnliche Systeme, die allerdings erst in der jüngsten Vergangenheit publiziert werden, habe ich in der allgemeinen Sonnenkollektoren-Übersicht schon berichtet. Ein weiteres Beispiel dafür, daß im Grunde sehr wichtige und sinnvolle Innovationen über 30 Jahre lang weitgehend verschwiegen worden sind.

1987 beschließen Jordanien und Ägypten die Kooperation bei der Entwicklung eines Billigsystems unter 250 $, wobei die Finanzierung vom BMFT übernommen wird – leider habe ich später nie wieder etwas von diesem Projekt gehört.

Solarkühler


Die Nutzung der Solarwärme zum Kühlen hört sich zwar paradox an, wird jedoch schon seit altersher praktiziert, z.B. bei den überall in der arabischen Welt verbreiteten Wasserkrügen aus unglasiertem Ton. Die Verdunstung des transpirierenden Wassers an der Außenfläche des Kruges reicht aus, um die Temperatur des Wasser innen um mehrere Grad zu senken.

Im Prinzip ist es möglich, ohne den Einsatz von elektrischem Strom mit den folgenden Methoden zu kühlen:

- durch chemische Zusätze
- durch komprimierte Gase
- durch Aufbewahrung in kühler Umgebung
- durch Verwendung von Eis
- durch Verdunstung

Die induzierte Verdunstung wird auch bei sogenannten Sumpfkühlern genutzt, die große Gebläse besitzen, welche Luft durch mit Wasser getränkte Matten oder Gewebeanordnungen saugen bzw. eine Durchströmung induzieren. Solche Systeme werden z.B. im Irak schon seit vielen Jahrzehnten zur Klimatisierung von Wohnräumen eingesetzt. Einfache Verfahren kommen sogar ohne Gebläse aus, indem mittels Sonnenwärme ein entsprechender Sog erzeugt wird, wobei man hier von einer solaren Luftrampe spricht. Und je größer die Strahlungsintensität ist, um so größer ist auch das Saugvermögen dieser Solarrampe.

In Harare, der fast 1.500 m hoch gelegenen Hauptstadt Simbabwes, entsteht 1996 ein 9-stöckiges Bürohaus, dessen Belüftungs- und Kühlsystem der Technologie von Termitenbauten nachempfunden ist. Trotz Tagestemperaturen von 40°C und nächtlichem Absinken bis in Gefrierpunktnähe wird eine konstante Innentemperatur von 23°C – 25°C erreicht, ohne daß eine Klimaanlage notwendig wäre. Entwickelt wird der Termitenbau mit seinen Luftschächten in Form von doppelten Wänden, Decken und Fußböden von der Londoner Ingenieurfirma Ove Arup, gebaut wird es von dem simbabwischen Architekten Mick Pearce.

Auch Bomin-Solar beschäftigt sich mit der solaren Kühlung. Das Unternehmen setzt dabei auf den ‚doppelten Stirling’, einen Motor, bei dem ein zusätzlicher Kolben als Kälteaggregat fungiert. Hier kommt das auch bei Haushaltskühlschränken angewandte Funktionsprinzip der zyklischen Kompression bzw. Dekompression des Arbeitsgases zum Tragen. Das System wird auch als Entsalzungsanlage adaptiert (s.u.).

Eine sehr einfache Kühlmethode bildet der Holzkohlekühlschrank, dessen Baupläne schon Anfang der 1970er Jahre mittels verschiedener Alternativenergiepublikationen verbreitet werden, und der ebenfalls nach dem Prinzip der Verdunstungskälte arbeitet. Der Kühlschrank besteht aus Maschendraht-Wänden die mit Holzkohle befüllt sind, und auf die aus einer obenliegenden Wanne ständig Wasser tropft. Holzkohle wird deshalb benutzt, weil auf ihrer porösen, vergrößerten Oberfläche mehr Wasser verdunsten kann als bei einer kleinen Oberfläche. Holzkohle ist außerdem geruchshemmend, wasserbeständig, billig und überall zu finden. In den wärmeren Jahreszeiten kann die Innentemperatur auf bis zu 12°C gesenkt werden.

Die IPAT-Gruppe der TU-Berlin arbeitet ebenfalls an Techniken zur solaren Kühlung. Bereits Ende der 1980er Jahre wird in Zusammenarbeit mit dem Kreuzberger Ingenieurkollektiv Wuseltronic für das Impfprogramm der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ein Solarkühlschrank entwickelt, der sich besonders gut für die Aufbewahrung von wärmeempfindlichen medizinischen Seren bei konstant 4°C eignet. Selbst bei Außentemperaturen von 43°C hält der Solarkühlschrank innen die gewünschte Temperatur, er kommt drei Tage ohne Betriebsenergie aus und hat eine Lebensdauer von mehr als 10 Jahren. Das System wir photovoltaisch betrieben und besitzt eine präzise Steuerelektronik, außerdem ist die Vakuumisolation des Kühlbehälters aus Borsilikatglas etwa zehn mal so effektiv wie die handelsüblicher Kühlschränke. Als Wärmetauscher dienen zwei Peltier-Elemente.

Wie so häufig, wird der Entwicklung kurz vor Erreichen ihrer Marktreife 1990 die Förderung gestrichen, so daß die notwendigen Tests in den Tropen nicht mehr durchgeführt werden können. Auf einem zehn Jahre später von mir mitorganisierten Umweltfestival an der ufafabrik in Berlin wird der rucksackgroße Solarkühlschrank ausgestellt – als wertvolles, unersetzbares Einzelstück...

Ab Mitte der 1990er wird das Prinzip der solaren Kühlung wieder aktuell, diesmal in Verbindung mit der Siliziumverbindung Zeolith (s.u. Wärmespeicherung). Eine einfache Version, die sogar ohne Strom auskommt, entwickelt der Verein EG-Solar in Altötting. Hier wird der notwendige starke Unterdruck mittels einer Handpumpe erzeugt.

Eine weitere Kühlmethode ist die Strahlungskühlung, die hier nur kurz beschrieben werden soll, da es sich im Grunde ja um eine ‚Ohne-Sonne-Kühlung’ handelt: Metallplatten werden mit einer Kombination unterschiedlicher Isolationsmaterialien möglichst perfekt gegen eingestrahlte Energie abgeschirmt. Diese Abschirmung ist nur für eine mittlere Infrarot-Wellenlänge zwischen 8 µm und 13 µm durchlässig. Die Infrarotstrahlung transportiert die Wärme der Platten ab; und da das Licht dieser Wellenlänge von der irdischen Lufthülle nicht absorbiert wird, stellt es eine Verbindung zum Weltall her – und die Metallplatten können sich bis auf minus 50°C abkühlen. Statt Metallplatten sollen sich auch Folien aus schwarzem Polyäthylen und Cadmiumtellurid eignen, da diese Materialen für das kurzwellige und sichtbare Licht undurchlässig, für die längerwellige Strahlung, die beim Abkühlen unterhalb der Umgebungstemperatur auftritt, jedoch durchsichtig sind.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden sich im Kapitelteil Neuartige Kühlsysteme.

Solare Wasserentsalzung


Solare Entsalzung arbeitet sowohl im nieder- wie auch im hochthermischen Bereich. Letztere Technologien und Umsetzungen behandele ich unter dem Oberbegriff Solare Meerwasser-Entsalzungsanlagen (s.d.). Hier geht es dagegen um kleine bis kleinste Anlagen und Geräte, die insbesondere für einen Einsatz in Ländern der 3. Welt und/oder zur Katastrophenhilfe gedacht sind, wobei die solare Wasseraufbereitung in dem darauffolgenden Kapitelteil behandelt wird.

Die einfachste Form der solaren Destille ist wohl die Adaption einer Überlebenstechnik, die eigentlich schon zur Allgemeinbildung gehört: Um Trinkwasser aus der Bodenfeuchtigkeit zu gewinnen, wird ein trichterförmiges Loch gegraben, das mit einer Plastikfolie abgedeckt wird. In deren Mitte wird ein Stein gelegt, um eine ebenfalls trichterförmige, aber flachere Form zu schaffen, und darunter (zuvor) ein Gefäß deponiert, in dem das verdunstete und an der Folie kondensierende Wasser auffängt. Hat man Salz- oder Brackwasser zur Verfügung, ist die Ausbeute natürlich wesentlich höher.

Boden-Destille Grafik

Boden-Destille (Grafik)

Ein kleiner Hinweis vorneweg: Auch durch Abkühlung der Luft unter den Taupunkt kondensiert der Wasserdampf der Luft an bodennahen Objekten. Dies wird ebenfalls genutzt, um Trinkwasser zu generieren. Die hierzu entwickelten Geräte ähneln teilweise den hier präsentierten Solardestillen, allerdings nutzen sie die nächtliche Wärmeabstrahlung, um den Taupunkt zu erreichen. Frühformen – sogenannte Taubrunnen – lassen sich bis weit in die Vergangenheit nachweisen. Moderne Systeme (Radiative Collector, Radiative Air Well, Atmospheric Water Generator oder auch Dew Condenser genannt) sind meistens in einem Winkel von 30° angestellt, rückseitig stark isoliert und in einer Höhe von 2 – 3 m über dem Boden angebracht, wo sie erwiesenermaßen am besten arbeiten.

In diesem Kapitel geht es jedoch um die Wärmeeinstrahlung. Mitte 2009 wird gemeldet, daß Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) um Siegfried Egner in Stuttgart gemeinsam mit Kollegen der Firma Logos Innovationen GmbH aus Bodnegg eine Technologie entwickelt haben, die Luftfeuchtigkeit autark und dezentral in trinkbares Wasser umzuwandeln vermag. Der energieautarke Prozeß basiert auf einfachen thermischen Sonnenkollektoren und Photovoltaikzellen – sowie auf Salzwasser, weshalb er hier auch an der richtigen Stelle erscheint.

An einer turmförmigen Anlage rinnt eine hygroskopische Salzsole – also eine Salzlösung, die Feuchtigkeit aufsaugt – hinunter und nimmt dabei Wasser aus der Luft auf. Anschließend wird sie in einen Behälter in einigen Metern Höhe gepumpt, in dem ein Vakuum herrscht. Dort wird die verdünnte Sole durch Sonnenkollektoren erwärmt, wobei der Siedepunkt aufgrund des Vakuums niedriger liegt als bei normalem Luftdruck. Das anschließend über eine Destillationsbrücke kondensierte salzfreie Wasser läuft über ein vollständig gefülltes Rohr kontrolliert nach unten ab, wobei das Gewicht dieser Wassersäule kontinuierlich für das Vakuum sorgt und keine Vakuumpumpe benötig wird. Die wieder konzentrierte Salzsole fließt derweil erneut an dem Turm hinunter, um weitere Luftfeuchtigkeit aufzunehmen. Nach den erfolgreichen Laborversuchen wollen die Forscher nun eine Demonstrationsanlage entwickeln.

Eine der einfachsten und genialsten Umsetzungen der solaren Meerwasserdestillation sind durchsichtige kegelförmige ‚Schwimmhüte’ aus UV-resistentem Makrolon, die eine nach innen gewölbte Auffangrinne besitzen, und die man auf der Salzwasseroberfläche schwimmen lassen kann. Das salzige oder verschmutzte Wasser verdunstet durch die Sonneneinstrahlung und kondensiert an der Innenseite des Kegels. Wassertropfen bilden sich und laufen auf der Innenseite der Kegelwand herab in die Auffangrinne. Diese wird entleert, indem man den Deckel an der Spitze abnimmt und den Inhalt durch langsames Drehen des Kegels um 180° ausschüttet.

Watercone Solardestillation

Watercone

Das von dem Münchner Designer Stephan Andreas Augustin 1999 erfundene und später unter dem Namen Watercone bekannt gewordene System kann ebensogut auf Sumpfflächen bzw. Schmutzwasserpfützen eingesetzt werden. Oder es wird über eine schwarze Bodenwanne gestülpt, in der sich das zu destillierende Wasser befindet – und funktioniert damit auch auf dem Trockenen. Die Mini-Solardestille hat einen Durchmesser von 80 cm, eine erwartete Lebensdauer von bis zu 5 Jahren und liefert täglich 1 – 1,7 Liter sauberes Wasser. Die seitens der GTZ durchgeführten Messungen ergeben einen Wirkungsgrad von 40 %.

Seit 2003 erscheinen diese 3.-Welt-Solardestillen zwar immer wieder in der Presse, sie werden in Rundfunk und Fernsehen erwähnt, mehrfach ausgezeichnet und international ausgestellt – doch trotz ihres niedrigen Preises unter 20 €, der geringen Größe und der technischen Unkompliziertheit verbreiten sie sich lange Zeit nicht so schnell, wie man es sich gewünscht hätte. Endlich engagiert sich die Hans-Hauer-Stiftung aus Deisenhofen finanziell und startet im Jemen zwischen November 2003 und Januar 2004 das erste Pilotprojekt zur Alltagstauglichkeit mit 100 Stück: ‚Watercones – East of Aden’. Dabei werden in einem kleinen Fischerdorf 10 Familien mit jeweils 10 Watercones zur Trinkwassergewinnung ausgestattet.

Mitbeteiligt sind CARE Deutschland (Schirmherr, ständiger Projektassistent), CARE Jemen (Hilfe in Verwaltungsangelegenheiten), das Wissenschaftszentrum Umwelt (WZU) der Universität Augsburg (wissenschaftliche Leitung, Doktorand), die BAYER AG (Material, PR), die Zeltec Distributions GmbH (Herstellungskosten) und die UNICEF Jemen (unabhängiger Beobachter).

Watercone Funktionsprinzip

Watercone Funktionsprinzip

Die Test-Ergebnisse zeigen, daß die Wasserqualität eindeutig den WHO-Normen entspricht, und nach Angaben der Nutzer übertrifft der Geschmack des mit dem Watercone gewonnenen Trinkwassers sogar den des käuflich erwerbbaren Flaschenwassers.

Auf seiner Hompage meldet mein Freund Stephan Augustin im Frühjahr 2008, daß er mit der Münchner TiNOX GmbH nun einen erfahrenen und kompetenten Partner gefunden hat, der Ende Sommer 2009 mit der Massenfertigung und dem weltweiten Vertrieb der Watercones beginnt. Außerdem gewinnt er verdientermaßen den internationalen, renommierten Energy Globe Award 2008 für das Pilotprojekt im Jemen.

Ich selbst bestelle mir 2010 einen Watercone, um ihn mit nach Syrien zu nehmen und dort einzusetzen – bin aufgrund der aktuellen Geschehnisse dort bislang aber noch nicht dazu gekommen, diesen Plan umzusetzen.

Doch nun weiter mit der Chronologie, denn der Erfolg des Watercone ruft eine große Zahl von Nachahmern auf den Plan, ganz abgesehen von den vielen anderen Initiativen, die sich mit der Lösung des Trinkwasserproblems in Ländern der 3. Welt beschäftigen.

Im März 2007 will das US-Unternehmen Open Energy Corp. aus dem kalifornischen Solana Beach (früher: Barnabus Energy, später: Applied Solar Inc.) seine Suncone genannten Solarkonzentratoren auf den Markt bringen. Über diese Technologie habe ich bereits im Kapitel Optimierungs- und Verstärkungstechniken berichtet (s.d.).

Es handelt sich dabei um eine Gruppe zusammenfaltbarer, konisch geformter thermischer Konzentratoren aus Aluminium-beschichtetem Kunststoff, welche die Sonnenstrahlen wie in einem Trichter bündeln. In Verbindung mit einer dampfbetriebenen ‚Kinetic Pump’ läßt sich die Anlage zur Meerwasserentsalzung einsetzen. Leider hört man später nichts mehr von dieser Entwicklung.

Im Mai 2007 präsentieren Ingenieure der New Mexico State University um Prof. Nirmala Khandan eine weitere preisgünstige Alternative um Meerwasser zu entsalzen, die sogar rund um die Uhr funktionieren soll. Ein auf dem Campus der NMSU in Las Cruces errichteter Prototyp kann einen 4-Personen-Haushalt versorgen. Nähere Details finde ich nicht.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem (ISE) in Freiburg stellt Anfang 2008 die im Laufe der letzten Jahre mit EU-Förderung entwickelten kleinen und dezentralen Entsalzungsanlagen mit autonomer Solarenergie-Versorgung vor, die auf der Membrandestillation basieren. Die Forscher haben bisher zwei unterschiedliche Systeme realisiert: Ein Kompaktsystem für etwa 120 l Frischwasser pro Tag mit 6 m2 thermischen Solarkollektoren, einem kleinen Photovoltaikmodul zur Versorgung der Pumpe und einem Entsalzungsmodul, sowie ein Zwei-Kreissystem, bei dem mehrere Entsalzungsmodule parallel geschaltet und dadurch auch mehrere Kubikmeter Wasser pro Tag aufbereitet werden können. Die Kosten für einen Kubikmeter Trinkwasser liegen allerdings noch bei etwa 10 €, was für die meisten armen Länder viel zu hoch ist.

Erste Testanlagen in Gran Canaria und Jordanien laufen bereits seit einiger Zeit erfolgreich, weshalb die Forscher auch planen, ihre Anlagen ab Mitte des Jahres über ihre neugegründete Firma SolarSpring zu vermarkten. Mehr darüber findet sich im Kapitelteil zu den solaren Meerwasser-Entsalzungsanlagen. SolarSpring bietet übrigens auch ein vollständig solarbetriebenes, automatisches UV-Desinfektionssystem namens SolarUV Oryx an, das ohne Chemikalien Trinkwasser für abgelegene und ländliche Gebiete liefert. Mehr solche Systeme finden sich unter Solare Wasseraufbereitung (s.u.).

Aquamate Solar Still

Aquamate Solar Still

Seit über 40 Jahren soll es schon den Aquamate Solar Still geben – eine aufblasbare, leichte, kompakte, schwimmende und sehr einfach zu bedienende Solar-Destille. Das zusammengefaltet nur 26 x 23 x 7cm große und gut 1 kg schwere Teil kann pro Tag 0,5 – 2 Liter Trinkwasser produzieren und wird von verschiedenen Firmen für 150 – 200 $ angeboten (2011 bei Amazon: 237,95 $). Hersteller ist die britische Firma Aquamate Products Ltd. aus Essex. Wenn das mit den 40 Jahren stimmt, dann ist der Aquamate quasi der Urahn einer ganzen Familie von kleinen Solar-Entsalzern.

Ein zumindest äußerlich identisches Produkt ist der AquaCone Wasseraufbereiter der 1996 von dem Erfinder Frank Husson gegründeten Firma Solar Solutions aus San Diego, Kalifornien, der pro Tag 1,5 – 2,5 Liter Trinkwasser bereitstellen kann. Mit dem AquaPak bietet das Unternehmen auch einen kleinen solaren Wasser-Pasteurisierer aus Plastik an, der mit einer Temperatur von 65°C fast 100 % aller Pathogene abtöten soll. Preise werden leider nicht genannt, die Produktion scheint inzwischen auch aufgegeben worden zu sein.

Ein ähnliches, allerdings wesentlich kleineres Produkt ist der Solar Still Water Purification Kit der Firma Survival Metrics (ab 50 $).

Ebenfalls in der Form eines Konus, aber mindestens eine Dimension größer gedacht, ist die patentierte WaterPyramid des Niederländers Matijn Nitzsche. Bereits 2002 gründet er in Delft die Aqua-Aero WaterSystems BV, um nachhaltige Lösungen für Probleme im Wasserbereich zu finden, wobei sich die Aktivitäten des Unternehmens insbesondere auf Curacao in Westafrika, die indischen Bundesstaaten Gujarat and Rajasthan sowie das indonesische Archipel konzentrieren.

Wichtigstes Produkt ist die hybride Wasserpyramide, deren erstes Exemplar in der wasserarmen Kutch, in Gujarat, und das zweite (2005?) in der Thar-Wüste im Gebiet von Rajasthan errichtet wird. Die rund 1.000 Einwohner des dortigen, abgelegenen Dorfes Roopji Raja Beri nahe Pachpadra, etwa 125 km von Jodhpur entfernt, bzw. deren Frauen mußten bislang täglich 4 km laufen, um Trinkwasser heranzuschaffen, das das Dorf nur über eine Salzwasserquelle verfügt.

Die aufblasbare Struktur aus robuster Folie nutzt die Sonnenenergie um verschmutztes oder verunreinigtes Wasser zu verdunsten und anschließend zu Trinkwasser zu kondensieren. Und während die in Indien Shiv Jal Dhara bezeichnete WaterPyramid auf der Innenseite destilliertes Wasser erzeugt, wird die Außenseite verwendet, um während der Regenzeit Regenwasser zu sammeln. Dieses wird getrennt gesammelt, gereinigt und in einem großen Erdtank gespeichert. Mit einer Höhe von 9 m, einem Durchmesser von 30 m und einer Grundfläche von rund 650 m2 produziert die Pyramide täglich bis zu 1.250 Liter destilliertes Wasser, was dem lokalen Verbrauch mehrerer Hundert Menschen entspricht. Die Menge des gesammelten Regenwassers ist abhängig von den Niederschlagseigenschaften des Standortes. Im Durchschnitt kann man mit 600 m3 pro Saison rechnen.

Ocean Rescue Grafik

Ocean Rescue (Grafik)

Die Energie, die für den Überdruck innerhalb der WaterPyramid benötigt wird, stammt von Solarzellen in Kombination mit einem Batterie-Backup-System. Sporadisch auftretender Spitzenbedarf, z.B. bei Löchern oder Wartungsarbeiten, werden mit einen kleinen Generator-System abgedeckt. Unterstützt wird das Projekt vom dem niederländischen Jacob Soetendorp Institute for Human Values, der indischen Jal Bhagirathi Foundation (JCF) und dem US-amerikanischen Acumen Fund. 2006 zeichnet die Weltbank das Projekt mit dem Development Marketplace Award aus.

Seol-Hee Sohn, Seung-Hyun Yoon und Cheol-Yeon Cho sind die Designer eines Ocean Rescue genannten solaren Wasser-Entsalzers, der ebenfalls eine konische Form aufweist und speziell für Schiffbrüchige entwickelt worden ist. Das erstmals im November 2008 gezeigte mehrteilige System soll von Rettungsinseln aus auf der Meeresoberfläche plaziert werden, um für Trinkwasser zu sorgen. Zusätzlich hat das Rettungsgerät ein Licht, um auch nachts Rettern seine Position zu signalisieren, während es tagsüber bunten Rauch ausstößt, um über seinen Standort zu informieren.

Eine Rettungsinsel, bei der die solare Wasserentsalzung gleich mit eingebaut ist, heißt SeaKettle und stammt von der Design-Absolventin Kim Hoffman von der Academy of Art University in San Francisco. Sie gelangt damit in die Endrunde des James Dyson Award 2010.

Reborn Grafik

Reborn (Grafik)

Mit einer kleinen Pumpe wird Meerwasser in ein Reservoir im oberen Bereich der Insel gepumpt, wo der solare Verdunstungsvorgang und die anschließende Kondensation stattfinden, bei der pro Tag 3 Liter Trinkwasser entstehen.

Ein wahres Multitalent, das es bislang leider nur als Entwurf gibt, ist das Reborn Survival Kit des Designer Xue Zhichao, das im April 2009 in den Blogs präsentiert wird. So unglaublich es klingt, aber das zusammengepackt leicht transportable, zylinderförmige Gerät kann wie ein ‚Transformer’ in einen Regenwasser-Sammler, eine solare Wasserdestille, einen Solarkocher, einen Dreifuß für Feuerstellen, einen Suchscheinwerfer oder in eine Satellitenschüssel verwandelt werden! Man kann diesem genialen Design nur die baldige Umsetzung wünschen.

Wie eine Ziehharmonika zusammen zu packen ist das sehr einfache C-Water System von Chao Gao, der sich im November 2010 mit diesem Entwurf am Incheon International Design Awards beteiligt. Das schlanke und kompakte Objekt kann auf jeder beliebigen ruhigen Wasseroberfläche schwimmen und die Sonne zur Entsalzung nutzen, wobei das frische Wasser in einem eigenen Behälter gesammelt wird.

Auch der Designer Joseph R. Kasper aus Kendall Park, New Jersey, zeigt Ende 2010 den Entwurf eines innovativen Solar-Destillateurs, der in südlichen Ländern salziges oder verschmutztes Wasser reinigen kann.

Kasper-Design Grafik

Kasper-Design (Grafik)

Die Benutzer müssen das vorhandene Wasser in einen großen Behälter am Boden einfüllen, und es dann der Solarenergie überlassen, dieses durch Verdampfung und Kondensation zu reinigen. Das gefilterte Wasser wird in einen kleinen Behälter gespeichert, der abnehmbar ist, wenn man seinen Durst stillen möchte.

Mitte 2011 taucht das Design unter dem Namen Haitian Desal-A-Nation erneut in den Fachblogs auf, da es sich besonders für Katastrophenopfer auf Inseln hervorragend eignen würde, um diesen eine Grundversorgung mit sauberem und desinfiziertem Trinkwasser zu garantieren.

An dieser Stelle möchte ich explizit noch auf eine interessante Entwicklung hinweisen, bei der Salzwasser durch Ausfrieren in Süßwasser verwandelt wird. Dazu hat Ernst J. Minhorst - der Sohn des ursprünglichen Erfinders - im Jahr 2007, und speziell für das Buch der Synergie, einen Einführungsartikel geschrieben, der im Archiv deponiert ist (s.d.).


Als nächstes werden solare Wasseraufbereitungsgeräte und -methoden präsentiert, die ebenfalls für den Einsatz in Ländern der 3. Welt gedacht sind. Ich behandle sie separat, das es hier explizit um verschmutztes oder verseuchtes Wasser geht, und nicht um ‚sauberes’ Salzwasser.


Weiter mit den Systemen und Projekten in der 3. Welt...