Infrastruktur

Trinkwasserversorgung in Maricá (RJ) – Mängelanalyse und Lösungsansätze

2. März 2025 /

1 Einleitung

1.1 Problemstellung: Die Trinkwasserkrise in Maricá

Maricá, eine Stadt im brasilianischen Bundesstaat Rio de Janeiro, steht trotz seiner geografischen Nähe zur Lagune von Maricá und jährlichen Niederschlägen von 1.200 Millimetern vor einer schweren Trinkwasserkrise. Nur 34,84 % der Bevölkerung sind an das zentrale Verteilnetz angeschlossen, während 55,68 % auf zum Teil unsichere artesische Brunnen mit Anlieferung des Wassers über Tankwagen und 4 % auf kontaminierte flache Grundwasserbrunnen angewiesen sind (SNIS, 2020). Die unzureichende Abwasserentsorgung – lediglich 12,72 % der Abwässer werden gesammelt – führt zur Versickerung von Schadstoffen ins Grundwasser. Die gesundheitlichen Folgen sind gravierend: Durchfallerkrankungen, Hepatitis A und chronische Nierenschäden sind in unterversorgten Gebieten weit verbreitet. Gemäß dem Atlas der Wasserversorgung der Nationalen Wasserbehörde ANA besteht das Trinkwasserversorgungssystem aus einer Wasserfassung in einem Stausee am Ubatiba-Fluss mit einer Durchflussmenge von Q=80,0 L/s, gefolgt von einem Rohwasserpumpwerk und zwei gusseisernen Wasserleitungen, eine mit einem Durchmesser von 150 mm und die andere mit 250 mm und einer Länge von 6.100 Metern. (Stand 2010) Neben diesem System verfügt die Gemeinde auch über 4 Brunnen, die zusammen eine Durchflussmenge von 8,0 l/s liefern.

1.2 Ziel des Berichts

Dieser Bericht analysiert die Ursachen der Mängel und entwickelt Lösungsstrategien unter Einbezug von:

  • Dezentralen Tiefbrunnen zur Grundwassererschließung
  • Meerwasserentsalzung als nachhaltige Alternative
  • Finanzierungsmodellen basierend auf Erdöl-Royalties.

1.3 Methodik

  • Datenanalyse: Offizielle Statistiken des SNIS (Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento) und IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística)
  • Hydrogeologische Studien: Anwendung des Darcy-Gesetzes und der Ghyben-Herzberg-Linse zur Modellierung der Grundwasserströmung.
  • Fallstudien: Erfolgsmodelle aus Israel, darunter Entsalzungsanlagen und Hydroponik

2 Aktuelle Versorgungslage in Maricá

2.1 Stadtteile mit bekanntem Infrastrukturrückstand

In Maricá (RJ) gibt es historisch bedingt Stadtteile oder ländliche Regionen, die noch nicht vollständig an das zentrale Leitungswassernetz angeschlossen sind, insbesondere in Gebieten mit schnellem Bevölkerungswachstum oder abgelegenen Zonen. Folgende Schlüsselaussagen lassen sich ableiten:

  • Es existiert eine städtisch-ländliche Disparität (Zentrum ca. 85 % Anschlussquote vs. Ponta Negra: 12 %).
  • Eine Bevölkerungsdichte von < 50 Einw./km² ist in der Regel ein mit Leitungswasser unterversorgtes Gebiete (IBGE, 2023).

Hier sind einige Hintergründe und bekannte Problembereiche:

Inoã und Itaipuaçu:
Diese stark wachsenden Gebiete im Westen Maricás hatten in der Vergangenheit Versorgungslücken, da die Infrastruktur mit dem raschen Bevölkerungszuwachs (u. a. durch Neubausiedlungen) nicht Schritt hielt. Teile dieser Regionen sind noch immer auf Brunnen oder Wassertransporte angewiesen.

Ponta Negra und Bambuí:
Ländlichere oder küstenferne Zonen dieser Gebiete sind teilweise nicht an das Netz angeschlossen, da die Erschließungskosten hoch und die Besiedlung fragmentiert sind.

Spar und Ubatiba:
Einige ländliche Gegenden hier nutzen traditionell dezentrale Lösungen (Zisternen, Brunnen). Initiativen wie Movimento Baía Viva oder Associações de Moradores in den betroffenen Vierteln dokumentieren oft infrastrukturelle Missstände.

2.2 Gründe für fehlende Versorgung

  • Historische Vernachlässigung: Vor der Gründung des SAMAE (2020) war die Wasserversorgung in Maricá privatisiert und litt unter Investitionsstau. Seit den 1990er-Jahren wurden nur 10 % der erforderlichen Mittel in die Wasserinfrastruktur investiert (Agua e Saneamento, 2021).
  • Urbanisierungsschub: Durch den wirtschaftlichen Aufschwung (u. a. durch Ölförderung) entstehen neue Wohngebiete, die erst nachträglich erschlossen werden. Die Einwohnerzahl stieg von 150.000 (2010) auf 200.000+ (2023) – das Leitungsnetz wurde jedoch nicht angepasst (IBGE).
  • Topografische Herausforderungen: Hügelige oder schwer zugängliche Gebiete machen Leitungsbau teuer und komplex.
  • Águas do Rio als Betreiber des Leitungsnetzes hat bisher nur 40 % des geplanten Ausbaus realisiert. Als Gründe für Verzögerungen werden bürokratische Hindernisse genannt, da Genehmigungsverfahren im Schnitt 18 Monate dauern und da es Finanzierungslücken in Höhe von ca 30 Mio. R$ für den Anschluss ländlicher Gebiete gibt.

2.3 Mängel des Leitungsnetzes

  • Technische Defizite: 40 % der Rohre sind älter als 30 Jahre, Leckagen verursachen Wasserverluste von 35 % (Aguas do Rio, 2022).
  • Ungleichverteilung: Das Netz konzentriert sich auf städtische Gebiete, während ländliche Regionen unterversorgt bleiben.

Folgende Quellen können für die Beurteilung der Situation herangezogen werden:

2.4 Statistische Übersicht

Die Wasserversorgung Maricás basiert auf drei Säulen, die alle strukturelle Defizite aufweisen:

a) Zentrales Leitungsnetz (34,84 %):
Das Leitungsnetz ist veraltet und weist hohe Verluste auf. Laut Angaben der Firma Águas do Rio gehen 35 % des geförderten Wassers durch Lecks und Korrosion verloren. Zudem konzentriert sich die Infrastruktur auf städtische Gebiete wie Centro und Itaipuaçu, während ländliche Regionen wie Ponta Negra unterversorgt bleiben.

b) Artesische Brunnen einschl. Wasserlieferungen mit Tankwagen (55,68 %):
Obwohl artesische Brunnen tiefere Grundwasserschichten erschließen, führt die gewerbliche Übernutzung zum Absinken des Grundwasserspiegels um 1,2 Meter pro Jahr (CPRM, 2021). Zudem treiben gewerbliche Brunnenbesitzer die Preise auf bis zu 30 R$/m³, was für einkommensschwache Haushalte unerschwinglich ist. Das Wasser dieser privaten Gewerbebrunnen wird mit Tankwagen an Haushalte ausgeliefert. Allerdings gibt es aus unserer Erfahrung etliche artesische Brunnen, die von privaten Grundstückseigentümern allein betrieben werden. Die exakte Verteilung innerhalb der 53,68 % ist leider nicht öffentlich dokumentiert.

c) Flache Grundwasserbrunnen (4 %):
Diese Brunnen sind besonders anfällig für Kontaminationen. 87,28 % der Abwässer versickern ungeklärt im Boden, wodurch Nitratwerte von bis zu 45 mg/l (nahe dem WHO-Grenzwert von 50 mg/l) und E. coli-Konzentrationen von 120 KBE/100 ml gemessen wurden (Infosanbas, 2023).

Parameter
Marica (Mittelwert)
WHO Grenzwert
Risiko
E. coli (Kolibakterium)
120 KBE/100 ml
0 KBE/100 ml
Durchfall, Cholera
Nitrat (NO₃⁻)
45 mg/l
50 mg/l
Methemoglobinämie („Blue-Baby-Syndrom“)
Leitfähigkeit
1.200 µS/cm
500 µS/cm
Versalzung, Korrosion
Quelle: Infosanbas /2023), WHO (2017)

Tabelle 1: Schadstoffbelastung in Brunnen vs. WHO-Grenzwerte

3    Hydrogeologische Grundlagen

3.1 Hydrografische Becken

Maricá liegt im Einzugsgebiet der Lagune von Maricá, einem brackigen Küstengewässer, das durch den Zufluss kleiner Flüsse und Grundwasser gespeist wird. Die wichtigsten hydrografischen Einheiten sind:

a) Lagune von Maricá:

  • Fläche: 22,5 km² (INEA, 2021).
  • Hydrologie: Gespeist durch Grundwasserzuflüsse und episodische Regenereignisse.
  • Hydrogeologischer Kontext: Die Lagune fungiert als Grundwassersenke, in die Süßwasser aus dem Serra do Mar-Gebirge fließt (CPRM, 2019).

b) Serra do Mar-Grundwasserleiter:

Quellen:

3.2. Flüsse und Schichtungen

Maricás Flusssystem ist geprägt von intermittierenden Flüssen (Trockenflüssen), die nur während der Regenzeit Wasser führen:

a) Rio Ubatiba

  • Länge: 12 km.
  • Charakteristik: Sandiger Untergrund mit geringer Wasserhaltekapazität.
  • Bedeutung: Wichtigster Oberflächenwasserzufluss zur Lagune.

b) Rio Bambuí

  • Länge: 8 km.
  • Hydrodynamik: Führt nur nach Starkregen Wasser, versickert aber schnell in den sandigen Sedimenten.

c) Sedimentäre Schichten:

  • Barreiras-Formation: Sandige Schichten mit hoher Permeabilität (k = 10⁻³ m/s).
  • Cristalino-Gestein: Granitische Felsen in Berglagen mit Kluftgrundwasserleitern.

Quellen:

3.3 Wasserreservoirs in Berglagen und Hydrogeologie

a) Die Serra do Mar bildet als Kluftgrundwasserleiter das hydrostrategische Rückgrat der Region.

  • Tiefe: 50–200 m.
  • Produktivität: 10–30 m³/h (CPRM, 2019).
  • Beispiel: Der artesische Brunnen in Fazenda São Bento da Lagoa fördert 25 m³/h aus 150 m Tiefe.

b) Vulkanische Gesteinsformationen

  • Basaltische Lavaschichten: Speichern Wasser in Hohlräumen.
  • nachgewiesen durch Bohrungen in Serra de Mato Grosso mit 15 m³/h bei 80 m Tiefe (SIGEO-RJ, 2020).

c) Hydrogeologie Rio de Janeiro

Der östliche und nordösliche Teil von Maricá wird nach der Hydrogeologischen Karte Rio de Janeiro der Klasse 4(FR) zugeordnet. Westlich und nordwestlich der Klasse 6(FR).

FR ist eine Klassifizierung aus 3 hydrolithologischen Zonen (Granular, Karst, Frakturiert). Das FR-Gebiet in Rio de Janeiro mit einer Fläche von 184.302 km2 erstreckt sich von Norden nach Süden und im Westen bis zum Paraná-Becken. Lithologische Merkmale sind undifferenzierte, zerklüftete Formationen (Grundgebirge), die eine Reihe von Gesteinen wie Graniten, vulkanischen Gesteinen, Metavulkanen, Gneisen, Migmatiten, Granuliten, Schiefer und Quarziten umfassen. Hydrogeologische Merkmale sind in seiner regionalen Ausdehnung, seinem überwiegend freien Charakter und seiner großen Heterogenität zu suchen. Es bildet es eine einzige hydrogeologische Einheit, da seine Produktivität durch das Vorhandensein von Klüften bedingt ist. Die Fließgeschwindigkeit ist gering und liegt im Allgemeinen unter 10 m 3/h, obwohl lokal höhere Werte auftreten können. Die heterogene Zusammensetzung spiegelt die variable Produktivität wider, wobei diese eher niedrig bis mäßig anzusehen ist (Klasse 4). Generell werden die Klassen wie folgt definiert:

Klasse 1: Sehr hoch: Wasserversorgung von regionaler Bedeutung – Versorgung von Städten und größere Bewässerungsanlagen. Grundwasserleiter auf nationaler Ebene.
Klasse 2: Hoch – Ähnliche Merkmale wie in der vorherigen Klasse, aber innerhalb des nationalen Durchschnitts der guten Grundwasserleiter.
Klasse 3: Mäßig – Bereitstellung von Wasser für die lokale Versorgung in kleinen Gemeinden, Bewässerung in begrenzten Gebieten.
Klasse 4: generell gering, aber lokal moderat – Wasserversorgung für die lokale Versorgung oder den privaten Verbrauch.
Klasse 5: generell sehr gering, aber lokal gering – Die kontinuierliche Versorgung ist kaum gewährleistet.
Klasse 6: Wenig ergiebig oder nicht wasserführend – Unbedeutende Wasservorräte – die Versorgung beschränkt sich auf den Einsatz von Handpumpen.

Quellen:

3.4 Wasserqualität und Risiken

Das Wasser aus den Bergregionen ist im Allgemeinen gut trinkbar und hat eine niedrige elektrische Leitfähigkeit von durchschnittlich 107 μS/cm. Dennoch kann die Leitfähigkeit durch Salz- und Brackwassereinbrüche stark ansteigen. Folgende Kriterien und Risiken sind bei der Qualitätsberwertung zu berücksichtigen.

a) Natürliche Kontamination:

  • Eisen (Fe²⁺): Bis zu 1,2 mg/l in Grundwasserleitern der Barreiras-Formation (WHO-Grenzwert: 0,3 mg/l).
  • Salzintrusion: Leitfähigkeit von 2.500 µS/cm in Küstennähe (INEA, 2021).

b) Anthropogene Belastung:

  • Nitrate: 45 mg/l in flachen Brunnen (Agua e Saneamento, 2022). Dieser Wert kann in Trockenperioden deutlich höher ausfallen! Ca. 80% der Bevölkerung versickert das Abwasser über offene Schächte (Sumidouros) lokal.
Parameter
Serra do Mar (Kluftgrundwasserleiter)
Barreiras-Formation (Sedimente)
Hydraul. Leitfähigkeit
1×10⁻⁵ m/s
5×10⁻⁴ m/s
Speicherkoeffizient
0,001
0,15
Tiefenbereich
50 - 200 m
10 - 50 m
Quelle: CPRM (2019), SIGEO-RJ (2020).

Tabelle 2: Hydrogeologische Parameter.

Quellen:
• INEA (2021): Relatório de Qualidade das Águas Subterrâneas.
• IGEO „Fatores hidrogeológicos no estudo da intrusão salina em aqüíferos costeiros da região litorânea do município de Maricá – RJ“

3.5  Wissenswertes zum Darcy Gesetz (1856) und zur Ghyben-Herzberg-Linse

3.5.1 Das Darcy-Gesetz als Grundlage der Grundwasserströmung

Dieses Gesetz beschreibt, wie schnell das Wasser durch durchlässige Medien wie einen Sandfilter oder durch einen porösen Stein fließt. Es hilft z. B. zu berechnen, wie viel Wasser ein Brunnen liefern kann oder wie Schadstoffe sich im Grundwasser ausbreiten. Je durchlässiger der Boden, je stärker der Druck und je kürzer der Weg, desto schneller fließt das Wasser. Die Fließgeschwindigkeit ist dabei abhängig von drei Dingen:

  • Durchlässigkeit des Materials (z. B. Sand lässt Wasser leicht durch, Ton kaum).
  • Druck auf das Wasser (z. B. durch Gefälle oder Pumpen).
  • Fließlänge des Wassers (je länger der Weg, desto langsamer).

Mathematisch beschreibt das von Henry Darcy formulierte Gesetz den Volumenstrom Q [m³/s] durch poröse Medien wie folgt:

                        Q = −K * A * (dh/dl)

wobei:

  • K: Hydraulische Leitfähigkeit (Maricás Küstenboden: 10⁻⁴  m/s).
  • A: vertikale Querschnittsfläche des Grundwasserleiters quer zur Fließrichtung
  • (dh/dl): Hydraulischer Gradient (Gefälle des Grundwasserspiegels).

Anwendung in Maricá:
In Küstennähe führt ein steiler Gradient (dh/dl=0,01) zu rascher Salzwasserintrusion. Beispielrechnung für eine durchströmte Querschnittsfläche von A=100 m² (10m x 10m vertikal zur Fließrichtung):

Q=−10⁻⁴ m/s ⋅ 100 m² ⋅ 0,01 = −0,0001 m³/s   ==>  (≈ −8,64 m³/Tag) ==> Näherungsweise würden also auf einen 10 Meter tiefen Brunnen mit einem Durchmesser von 1 Meter ca. 900 l Salzwasser horizontal auftreffen. Was letztlich davon in den Brunnen gelangt, hängt von der Permeabilität und Beschaffenheit des Brunnens ab.

Negatives Vorzeichen: Die Strömungsrichtung verläuft entgegen des Gradienten – Salzwasser dringt landeinwärts. Der berechnete Wert stellt demzufolge den Sog des Brunnens gegen das natürliche Gefälle dar, wobei Pumpen den natürlichen Sog verstärken können.

Die Berechnung der Entfernung des Brunnens zur Küstenlinie basiert auf dem hydraulischen Gefälle von (dh/dl) = 0,01 (1%). Das entspricht 1 Meter Höhenunterschied auf 100 Meter Abstand. Oder anders: Bei der angenommenen Höhe des Süßwasserspiegels von h = 1 Meter über dem Meeresspiegel ergibt sich der Abstand des Brunnens zur Küstenlinie von 100 Metern.

L = h / (dh/dl) = 1m/0,01=100m

s.a. Lexikon Geothermie

Visualisierung 2:

Abbildung 2: Prinzip des Darcy-Gesetzes. Quelle: Wikimedia Commons.

3.5.2 Die Ghyben-Herzberg-Linse: Süßwasser vs. Salzwasser

Die Ghyben-Herzberg-Linse erklärt, wie Süßwasser auf Inseln und in nahen Küstengebieten als „schwimmende“ Schicht über dem Salzwasser liegt.
Der Hintergrund liegt darin, dass Süßwasser leichter ist als Salzwasser. Wenn der Wasserspiegel der Süßwasserlinse 1 Meter über dem Meeresspiegel liegt, erstreckt sich die Linse etwa 40 Meter unter den Meeresspiegel, i A. also pro Meter Süßwassersäule (x) über dem Meeresspiegel ist die Süßwasserlinse ca. x*40 Meter tief. Süßwasserlinsen kann man eventuell an Tümpeln, als auch an durch Sand und Kies verschlossene Mündungen erkennen, die durch das Meerwasser nach oben gedrückt sein könnten. Fraglich und zu untersuchen wäre, ob küstennahe Bereiche rund um Marica Bestandteile von Süßwasserlinsen sind und wie groß deren Mächtigkeit (Tiefe) ist.
Brunnen auf Süßwasserlinsen in Küstennähe sollten nicht tiefer als die Dicke der Süßwasserlinse sein, eher flacher. Eine Übernutzung lässt Salzwasser nach oben sickern (Salzwasserintrusion) und verdirbt das Trinkwasser.

💡 Kurz: Süßwasser „schwimmt“ auf Salzwasser – je mehr man entnimmt, desto eher kommt Salz nach!

Dieser Effekt bedeutet in Küstenaquiferen die Bildung einer linienförmigen Schicht von Süßwasser über dem salzhaltigen Grundwasser. Das Verhältnis der Süßwassermächtigkeit h zur Höhe der Süßwassersäule über dem Meeresspiegel z beträgt:

            h = (ρs / (ρf−ρs)) * z

wobei:

  • ρs: Dichte von Salzwasser (1.025 kg/m³).
  • ρf: Dichte von Süßwasser (1.000 kg/m³).
  • z: Höhe des Süßwasserspiegels über dem Meeresspiegel
  • h: Dicke der Süßwasserlinse

Beispielrechnung für Maricá:
Bei z = 1m über dem Meeresspiegel ergibt sich:

h = (1.025 / (1.000−1.025)) * 1 = −41 m

Interpretation: Pro 1 m Süßwassersäule über dem Meeresspiegel erstreckt sich die Süßwasserlinse 41 m unter den Meeresspiegel. Ein Brunnen über einer Süßwasserlinse mit 1 Meter Wassersäule sollte daher nicht tiefer als 20-30 Meter sein, um Brack- und Salzwasserintrusion zu vermeiden.

Visualisierung 3:

Abbildung 3: Süß-Salzwasser-Grenze in Küstenaquiferen. Quelle: ResearchGate.

3.6 Schlussfolgerungen für die Wasserversorgung in Maricá

Für die Berglagen (Serra do Mar) könnten mit Bohrungen in den Kluftgrundwasserleiter ab 100 Meter Tiefe (je nach Höhenlage) 20-30 m³/h pro Brunnen gefördert werden.
Für das küstennahe Flachland sind Bohrungen in Süßwasserlinsen deren Wasserspiegel bei 1 Meter über dem Meeresspiegel liegt, von maximal 20-30 Meter Tiefe durchzuführen, jedoch mit dem Risiko der Salzintrusion bei Überpumpung (max. 15 m³/Tag pro Brunnen in Abhängigkeit von der Ausdehnung und Mächtigkeit der Linse). Sind keine Süßwasserlinsen vorhanden, sollten Probebohrungen zur Findung unterirdischer Süßwasserreservoirs ausgeführt werden. Der Volumenstrom von salzhaltigem Wasser in diese Probebrunnen kann durch die Anwendung des Darcy-Gesetzes in Abhängigkeit der vorliegenden Bodenverhältnisse und des hydraulischen Gefälles abgeschätzt werden. In Anbetracht der Nähe zum bergigen Hinterland wo es Tiefbrunnen mit ausreichend Wasser in 100 – 200 Meter Tiefe gibt könnte man vermuten, im Abstand von ca. 1-2 Kilometern zur Küstenline in ca. 100 Meter Tiefe Süßwasser zu finden. Diese Tiefe sollte dann auch keine Salzwasserintrusion von oben (vertikal) verursachen. Genauere Untersuchungen müssen mit Hydrologen und Geologen zur exakten Lage des Kluftgrundwasserleiters durchgeführt werden.

Quellen für vertiefende Analysen:

Diese Angaben sind vollständig durch öffentliche Daten der CPRM, INEA und akademische Studien belegt. Für detaillierte Bohrprofile oder Pumpversuchsdaten wird eine direkte Anfrage beim CPRM-Serviço Geológico do Brasil empfohlen.

4     Lösungsansätze für die Verbesserung der Trinkwasserversorgung von Maricá

4.1    Lösungsansatz 1: Dezentrale Tiefbrunnen

4.1.1 Bohrtiefen und -techniken

Die Erschließung von Tiefbrunnen erfordert präzise geologische Untersuchungen und moderne Bohrtechniken:

a) Rotary-Bohrverfahren:

  • Prinzip: Ein rotierender Bohrkopf zerkleinert Gestein, während Spülflüssigkeit (Bentonit) das Bohrloch stabilisiert.
  • Eignung: Ideal für Tiefen bis 300 m in Granitgestein (Berglagen Maricás).
  • Kosten: Ca. 300.000 R$ pro Brunnen (Agua e Saneamento, 2023).

b) Percussion-Bohrung:

  • Prinzip: Ein schweres Meißelwerkzeug zertrümmert das Gestein durch Schlagkraft.
    Eignung: Kostengünstig für weiche Sedimentschichten im Flachland.
  • Risiko: Höhere Gefahr von Salzwasserintrusion bei unzureichender Tiefe.
Standort
Bohrtiefe
Investition
Betriebskosten/Jahr
Wasserkapität
Berglage (Tiefenbohrung)
200 m
300.000 R$
100.000 R$
bis zu 600 m³/Tag, empfohlen 50 m³/Tag für 100 Haushalte
Flachland (Tiefenbohrung)
100 m
150.000 R$
50.000 R$
50 m³/Tag, Untersuchungen, Probebohrungen erforderlich
Flachland (Wasserlinse)
20 m
35.000 R$
10.000 R$
30 m³/Tag, empfohlen 15 m³/pro Tag für 30 Haushalte

Tabelle 3: Kostenvergleich Bohrbrunnen

4.1.2 Technische Umsetzung dezentraler Brunnen in Maricá

In den vorangegangenen Abschnitten wurden die hydrogeologischen Voraussetzungen und daraus abgeleitete Möglichkeiten zur Wasserförderung durch Brunnen dargelegt. Es wurden Fördermengen empfohlen und Aussagen zu Errichtungs- und Betriebskosten getroffen. Folgende Standorte wurden berücksichtigt:

a) Berglagen (Serra de Maricá):

  • Vorteile: Geringe Salzkonzentration (< 500 mg/l), höhere Fördermengen, sauberes Wasser
  • Nachteile: Hohe Bohrkosten (300.000 R$/Brunnen) aufgrund von Granitgestein und der Bohrtiefe zwischen 100 und 200 Metern

b) Küstennahes Flachland:

  • Vorteile: Geringere Bohrtiefen (20-30 Meter bei Vorhandensein von Süßwasserlinsen) aber mit dem Risiko von Salzwasserintrusion bei Übernutzung.
  • Bei Bohrtiefen von 100+ Metern müssen die Standorte durch Probebohrungen ermittelt werden

Das Konzept der Errichtung von dezentral angeordneten Brunnen in Gemeindegebieten die leitungstechnisch nicht erschlossen sind könnte in folgenden Situationen Anwendung finden:

Die Brunnen werden dezentral dort gebohrt, wo der Anschluß an das Leitungsnetz nicht erfolgt ist und auch nicht absehbar ist, wann eine Erschließung erfolgt.

Ein Brunnen wird so ausgelegt, dass er maximal 100 Haushalte versorgen kann, wobei die Infrastruktur zur Verlegung von der Versorgungsleitungen berücksichtigt werden muss. Kleinere Zellen sollten demzufolge ebenfalls Berücksichtigung finden.

Die zu versorgenden Zellen sollten sich vorzugsweise in den Gebirgsregionen befinden, da hier die Wahrscheinlichkeit, den Kluftgrundwasserleiter zu erreichen höher ist als an der Küste. Für den Küstenstreifen wären Probebohrungen erforderlich. Außerdem wäre der unter 4.2.3 gezeigte Lösungsansatz für Küstenregionen besser geeignet.

Die Errichtung von Bohrbrunnen erfordert die genaue Kenntnis und Offenlegung der bereits versorgten Gebiete durch CEDAE und aktuell Agua do Rio, deren Planungen und in Bewilligung befindlichen Verfahren nebst Kostenzusammensetzung für Erschließungs- und Instandhaltungsleistungen. Ebenso muss durch Umfragen die Akzeptanz die dezentralen Wasserversorgung in der Bevölkerung geklärt werden. Dazu müssen schlüssige Finanzierungskonzepte erarbeitet werden, die die Versorgungslage und fininanzielle Belastungen der momentan nicht versorgten Bevölkerung entscheidend verbessern.

4.2 Lösungsansatz 2: Meerwasserentsalzung

💡 80 Prozent der weltweiten Entsalzungsanlagen setzen technisch gesehen auf die Umkehrosmose. 20 Prozent basieren auf thermischer Entsalzung.

4.2.1 Umkehrosmose (Reverse Osmosis, RO)

Prinzip und physikalische Grundlagen
Die Umkehrosmose nutzt semipermeable Membranen, um Salz und Verunreinigungen aus Meerwasser zu entfernen. Dabei wird Meerwasser unter Hochdruck (55–70 bar) durch eine Polymer-Membran gepresst, deren Poren eine Größe von 0,0001 µm aufweisen – klein genug, um Na⁺- und Cl⁻-Ionen zurückzuhalten. Der Energiebedarf ergibt sich aus der Überwindung des osmotischen Drucks, der für Meerwasser bei ≈ 27 bar liegt.

Energiebilanz

             E = P * Q / η

wobei:

  • P: Betriebsdruck (60 bar = 6.000 kPa)
  • Q: Durchflussmenge (z. B. 1.000 m³/Tag)
  • η: Wirkungsgrad der Pumpen (≈ 80 %)

Beispielrechnung:
Für eine Anlage mit einem erzeugtem Volumen von 1.000 m³/Tag ergibt sich ein Verbrauch von ca. 2083 kWh/Tag.

E = 6.000.000Pa * 1.000 m³/d  /  0,8 = 7.500.000.000 J = 2038 kWh (abhängig technologischer Umsetzung).

Vorteile
Nachteile
Geringe Betriebskosten
Hoher Energiebedarf
Modular skalierbar
Salzabgabe ins Meer
Geringer Platzbedarf
Membranverschleiß

Tabelle 4: Vor- und Nachteile einer RO Anlage

Referenzprojekt: Ashkelon-Anlage (Israel)

– Kapazität: 396.000 m³/Tag
– Technologie: Zweistufige RO mit Energie-Rückgewinnung
– Kosten: 0,50 USD/m³ (IDE Technologies, 2023).

s. auch: Seawater-Reverse-Osmosis-SWRO-Brochure

4.2.2 Mehrstufige Entspannungsverdampfung (Multi-Stage Flash, MSF)

Prinzip und Thermodynamik
MSF nutzt den Phasenübergang von Wasser bei reduziertem Druck. Meerwasser wird in aufeinanderfolgenden Kammern schrittweise entspannt, wobei es bei niedrigerem Siedepunkt verdampft. Der Dampf kondensiert an Kühlrohren und wird als Süßwasser gesammelt. Jede Stufe arbeitet bei einem um 2–3 °C niedrigeren Siedepunkt als die vorherige.

Energiebedarf:

  • Wärmebedarf: 10–27 kWh/m³ (Dampferzeugung aus fossilen Brennstoffen)
  • Typische Anlagengröße: 50.000–1.000.000 m³/Tag

Referenzprojekt: eine der größten Entsalzungsanlage der Welt – Ras Al-Khair (Saudi-Arabien)

  • Kapazität: 1,036 Mio. m³/Tag (entspricht dem Bedarf von 3,5 Mio. Menschen).
  • Technologie: Hybridsystem aus MSF (60 %) und RO (40 %).
  • Energieverbrauch: 10,5 kWh/m³ (dieser scheinbar geringe Wert ergibt sich aus dem Mischbetrieb von MSF und RO)
  • Kosten: 1,2 USD/m³ (SWCC, 2023).
  • Betreiber: Saline Water Conversion Corporation (SWCC).

4.2.3 Wave2O: Wellenenergie-basierte Entsalzung

Technologie und Innovation
Wave2O nutzt die kinetische Energie von Meereswellen, um Pumpen anzutreiben, die Meerwasser durch RO-Membranen pressen. Meereswellen sind eine recht konstante Energiequelle, die insbesondere an der Ozeanküsten und damit vielen Gebieten weltweit zur Verfügung steht. Mit Nutzung dieser Energiequelle ist es möglich, die Betriebskosten für Umkehrosmoseanlagen soweit zu senken, dass diese auch in abgelegenen Gebieten aufgebaut werden können, die nicht unmittelbar über enorme elektrische Energieressourcen verfügen.

Beim Wave2O Projekt wird das Meerwasser von einem Offshore Brunnen (Meerwassereinlass) einer mehrstufigen Vorbehandlungsanlage zugeführt. Der Offshorebrunnen liegt in einer Tiefe und Entfernung im Meer, der die Belastung des Wassers mit Sedimenten von vornherein einschränkt. In der Vorbehandlungsanlage wird das Wasser von mechanischen Makropartikeln in einem mehrstufugen Filterationsprozess gereinigt. Das mechanisch gereinigte Wasser gelangt über eine weitere Rohrleitung zu einem auf dem Grund des Meeresbodens installierten Wellenenergiekonverter, der ähnlich wie der Pumpschwengel einer handbetriebenen Gartenpumpe funktioniert. Dieser Schwengel (Oscillating Wave Surge Converter OWSC) nimmt die Kraft der Horizontalbewegung von Wellen auf und durch die Hin- und Herbewegungen des Schwengels wird ein mechanischer Druck erzeugt, der das zugeführte Wasser über eine weitere Rohrleitung mit diesem Druck zu einer an Land befindlichen Umkehrosmose (RO)-Filteranlage führt. Hier findet die eigentliche Entsalzung statt. In dieser Nanofilteranlage werden Membranen aus Polyamid oder PTFE mit Porengrößen von 0,6–5 nm eingesetzt, die Salzionen, Bakterien (z. B. Vibrio cholerae), Viren und Schwermetalle zurück halten. Das nun so gefilterte Wasser kann nun in Tanks gespeichert bzw. in ein Leitungsnetzt eingespeist werden. In einer vierten Rohrleitung wird schlussendlich die extrahierte Sole dem Meerwasser über einen am Grund installiertem Zerstäuber zugeführt.

Cordis Europa schreibt in seinem zusammenfassenden Bericht aus dem Förderprogramm H2020 W2O folgendes zur Stromerzeugung:

„… Strom aus dem Meer

Das Wave2O-Modul besteht aus zwei Wellengeneratoren und zwei großen 20-Fuß-Containern, von denen einer die Geräte zur Stromerzeugung enthält und der andere Frischwasser erzeugt. Die Wellengeneratoren sind über flexible Schläuche mit den Containern verbunden, durch die unter Druck stehendes Meerwasser zu und von den Wellengeneratoren strömt. „Das zu reinigende Meerwasser wird von einer Quelle aus dem offenen Meer gewonnen, weit entfernt von kontaminierenden Einflüssen. Dann durchläuft es ein mehrstufiges Filtersystem, bevor es in ein Verteilersystem gespeist wird, das die Wassermengen auf zwei Pfade aufteilt“, erklärt Ceberio.

Die mechanische Energie aus der Wellenkraft wird von den Wellengeneratoren genutzt, um zwei Drehantriebe in Bewegung zu setzen, die den Druck des eingespeisten Meerwassers auf 7 000 kPa erhöhen und es dann zum Ufer pumpen. Hier wird es von einem pneumatischen Hydrospeicher stabilisiert, um unerwünschte Druckpulsationen auszugleichen, bevor es in das Umkehrosmosesystem fließt. Der zweite Teil des Meerwassers wird in ein Energierückgewinnungssystem geleitet. Dieses System gewinnt Energie aus Sole, die unter hohem Druck steht und das Nebenprodukt des Entsalzungsprozesses ist. Die Energie wird dann genutzt, um den Druck auf das zu reinigende Meerwasser auf 7 000 kPa zu erhöhen. Energierückgewinnung sorgt für einen höheren Wirkungsgrad bei der Umwandlung, der für einen unabhängigen Betrieb notwendig ist.

Das druckstabilisierte einfließende Meerwasser wird dann gebündelt und bei einem Betriebsdruck von 6 200 kPa in eine standardmäßige Umkehrosmoseeinheit eingespeist. Etwa 35 % des Wassers werden zu Frischwasser umgewandelt. Das ist zwar eine recht niedrige Rückgewinnungsrate, bietet aber Vorteile in Verbindung mit geringerem Wartungsbedarf, verlängerter Lebensdauer der Membranen und geringerem Solesalzgehalt. Die energiereiche Sole wird dann genutzt, um den Fülldruck für das eingespeiste Wasser zu steuern.

Sauberes Wasser mit weniger CO2-Ausstoß

Wave2O könnte Millionen von Menschen, die in ländlichen und abgelegenen Orten leben, Zugang zu CO2-armer Energie bieten. „Jede Anlage erzeugt jeden Tag 4 000 Kubikmeter Frischwasser. Das ist genug, um den Bedarf von 40 000 Menschen zu decken und die CO2-Emissionen um 4 346 Tonnen pro Jahr zu senken. Das entspricht der Menge, die man einsparen würde, wenn 936 Autos weniger unterwegs wären“, so Ceberio. „Unser Angebot richtet sich an Ortschaften in Entwicklungsländern und Inselstaaten, die typischerweise keine große Netzkapazität haben und weder das Geld noch die Zeit aufbringen können, um stromnetzbasierte Systeme zu bauen und in Betrieb zu nehmen“, fügt er hinzu.

Das mittelgroße, stromnetzunabhängige und mit erneuerbarer Energie betriebene Wasseraufbereitungssystem ist für Entwicklungsländer und Inselstaaten außerhalb der EU konzipiert. Innerhalb Europas kann W2O für überseeische Länder und Gebiete von Nutzen sein, die zu EU-Mitgliedstaaten gehören, wie zum Beispiel die kanarischen Inseln oder Neukaledonien…“

Nicht unerwähnt sollen technische Risiken wie Korrosion durch Salzwasser sowie die Sturmfestigkeit der Offshore-Komponenten bleiben. Ebenso gibt es in einigen Ländern politische Hürden um z.B. Genehmigungsverfahren für Meeresbohrungen in Naturschutzgebieten zu ermöglichen. Die derzeitige Skalierbarkeit liegt bei Anlagen mit einer Kapazität von 4.000 m³/Tag begrenzt – Großstädte benötigen >100.000 m³/Tag.

Wave2O – Beispielrechnung für Maricá

Bei einem Verbrauch von 100 Liter Wasser pro Person und Tag könnten pro Tag 40.000 Personen mit einer Anlage versorgt werden. Das entspräche 400 Tankwagen pro Tag á 10 m³ Fassungsvermögen. Bei nur 4 Anlagen entlang des Küstenabschnittes der Gemeinde Maricá könnten 160.000 Menschen täglich mit Frischwasser versorgt werden. Bei derzeit ca. 200.000 Einwohnern entspräche das einer Versorgungskapazität von 80% der Gesamtbevölkerung und wäre somit auch für zukünftige Urbanisationspläne vorbereitet. Die geschätzten Kosten für 4 Anlagen betrügen dabei ca. 240 Mio R$ einschließlich Nebenkosten und zuzüglich Leitungsnetzausbau. Eine Aufteilung der Kosten bzw. der Bauabschnitte auf 4 Jahre würden die Gesamtfinanzierbarkeit überschaubar machen.

Kostenblock
Geschätzte Kosten (€)
Erklärung
Offshore-Infrastruktur
3–4 Mio. €
Installation der Wellenenergiekonverter, Offshore-Brunnen und Titanrohrleitungen.
Entsalzungsmodule
1,5–2 Mio. €
Nanofilter (Polyamid/PTFE), Pumpensysteme, Vorbehandlungsanlagen.
Logistik & Installation
1–1,5 Mio. €
Transport nach Kap Verde, Spezialschiffe, Taucherarbeiten.
Wartungsreserve
0,5–1 Mio. €
Rücklagen für Korrosionsschutz, Filterwechsel, Reparaturen.

Tabelle 5: Geschätzte Kostenaufschlüsselung für eine 4.000 m³ Wave2O Anlage

Anlagentyp
Kapitalkosten pro m³/Tag
Beispiel
Wave2O (Kap Verde)
≈1.500–2.000 €
4.000 m³/Tag für 6–8 Mio. €
Herkömmliche RO-Anlage
≈800–1.200 €
Ras Al-Khair: 1,1 Mio. m³/Tag für ~1 Mrd. USD
MSF-Anlage
≈1.500–2.500 €
Hohe Energiekosten, aber niedrige Kapitalkosten in Ölstaaten

Tabelle 6: Vergleich mit anderen Entsalzungsanlagen

Das Wave2O Projekt wurde vom US Energieministerium durch laufende Forschungsstipendien, der Afrikanischen Entwicklungsbank im Rahmen des Programms „Sustainable Energy for Africa (SEFA)“ sowie von der Europäischen Union im Rahmen der Programme „Horizon 2020“ und „Interreg Europe“ gefördert. Hinter Wave2O steht die mit ihrem Hauptsitz in Boston, Massachusetts ansässige Firma Resolute Marine Energy (RME), die 2007 von P. William Staby gegründet wurde. Die Firma verfügt über eine europäische Tochtergesellschaft „Resolute Marine Limited“ mit Sitz in Irland. Die innovativen Entwicklungen von Wave2O verfolgen unter anderem Ziele wie geringe Kapitalinvestitionen verbunden mit einfacher Handhabung und Wartung, Skalierbarkeit der Systeme, Umweltfreundlichkeit, niedrige Betriebskosten zur Erzeugung von Trinkwasser sowie einer schnellen Bereitstellung. So kann beispielsweise das gesamte System in Standardschiffscontainer verladen werden und damit in wenigen Tagen einsatzbereit sein. Die Anschaffungskosten für eine Offshore-Infrastruktur mit 4.000 m³/Tag Entsalzungskapazität (Wellenkonverter, Titanfilter) kostet geschätzt 7-9 Mio € pro Anlage.

Das Kernteam umfasst über 140 Jahre kollektive Erfahrung in Meerestechnik. Marcus Gay, Vice President of Product Development, leitet die Entwicklung von Wave2O (Quelle: YouTube-Transkript 2021). RME arbeitet neben den genannten behördlichen Institutionen mit Forschungseinrichtungen wie z.B. dem MIT zusammen.

Marcus Gay – Resolute Marine Waves to Water Application

Technologische Meilensteine von Wave2O:

  • 2013: Erster Prototyp eines Wellenenergiekonverters (Oscillating Wave Surge Converter) vor Jeannette’s Pier, North Carolina.
  • 2017: Start der Machbarkeitsstudien in Kap Verde, finanziert durch einen 1-Millionen-Dollar-SEFA-Grant.
  • 2020: EU-Förderung im Rahmen des Horizon-2020-Programms (CORDIS-ID 789695) zur Demonstration der Wirtschaftlichkeit.
  • 2024: Inbetriebnahme der ersten kommerziellen Anlage in Kap Verde (CORDIS).
Technologie
Energiebedarf (kWh/m³)
Kosten pro m³ (USD)
CO₂-Emissionen (kg CO₂/m³)
Kapazitäten (m³/Tag)
Quellen
MSF
10–27
1,5–2,5
15–25
10.000–100.000; neu 200.000 (UAE - Dschabal Ali)
[1], [2]
Herkömmliche RO
3-10
0,5–1,5
2–5
1.000–500.000
[3], [4]
Wave2O
1,5–3 (Wellenenergie)
0,8–1,5
0,5–1,5 (indirekt)
1.000–4.000
[5], [6]
solar RO (Desolinator)
2–5 (solarbetrieben)
0,7–1,5
0,1–0,5 (indirekt)
5 - 50
[7]
solar RO (Solarwatersolutions)
300
[8]

Tabelle 7: Parameter einiger Technologien

Quellen:

weitere Quellen:

💡 Warum benötigt die Wave2O für die Anlage auf den Kap Verden 1,50 USD (1,40 €)/m³, wenn die Anlage autark nur mit Wellenenergie funktioniert?

Die Kosten setzen sich nicht aus Energiekosten, sondern aus folgenden Posten zusammen:

  • Kapitalkosten ~0,70 € Offshore-Installation, Materialien (Edelstahl, Titan).
  • Filterwartung ~0,30 € Nanofilter (Polyamid/PTFE) alle 5–7 Jahre.
  • Wartung/Inspektion ~0,20 € Tauchroboter, Korrosionsschutz.
  • Finanzierung ~0,20 € Amortisation von EU-Fördergeldern.

Der Energiebedarf der reinen Entsalzung beträgt 0,00 kWh/m³ (Resolute Marine, 2022) und ist damit vollständig unabhängig von externer Stromversorgung.

💡 Die Anlage des Pilotprojektes Kap Verde, dass mit 930 TUSD für Machbarkeitsstudien von der afrikanischen Entwicklungsbank gefördert wurde, produziert täglich 4.000 Kubikmeter Frischwasser zu einem Preis von etwa 1,4 €/m³. Aus der Fallstudie des MSF Anlage Ras Al-Khair (Saudi-Arabien) sind im oberen Bereich des Berichtes Kosten von 1,2 USD/m³ angegeben worden. Dies steht scheinbar im Widerspruch zu den höheren Kosten die die Wave2O Technology verbraucht.

Der Grund ist darin zu suchen, dass Saudi-Arabien kostenloses oder stark subventioniertes Erdgas für MSF-Anlagen nutzt. Die Energiepreise liegen bei ~0,02 USD/kWh (vs. EU: ~0,30 €/kWh). Somit betragen die Energiekosten bei 30 kWh/m³ nur 0,6 USD/m³ (statt ~9 USD/m³ in Europa). Außerdem gibt es Skalierbarkeitseffekte, denn Ras Al-Khair ist eine der größten Entsalzungsanlagen der Welt mit 1,1 Mio. m³/Tag. Massenproduktion senkt Fixkosten pro m³. Weiterhin steht eine direkte staatliche Finanzierung vom saudischen Staat, die ohne Gewinnerwartung und Kreditkosten arbeitet.

Der scheinbare Widerspruch löst sich also auf, wenn man Subventionen, Skalierungseffekte und versteckte Kosten betrachtet, denn MSF in Saudi-Arabien ist nur aufgrund politisch gestützter Energiepreise und staatlicher Finanzierung so günstig. Wave2O reflektiert realistische Marktkosten ohne Subventionen – dafür mit Klimavorteilen und Zukunftsfähigkeit.

Wave2O stellt einen Paradigmenwechsel in der Entsalzungstechnik dar. Durch die direkte Nutzung von Wellenenergie und den Verzicht auf Stromnetze ist die Technologie nicht nur kostengünstiger, sondern auch ökologisch nachhaltiger als herkömmliche Methoden. Resolute Marine Energy hat mit der Anlage in Kap Verde bewiesen, dass die Skalierung möglich ist – nun liegt der Fokus auf der globalen Verbreitung. Dennoch bleiben Herausforderungen wie die politische Koordination und die Anpassung an extreme Wetterbedingungen. Mit weiteren Partnern wie dem MIT und Ocean Oasis könnte die nächste Generation von Entsalzungsanlagen noch effizienter und vielseitiger werden.

4.2.4 Solarbetriebene Entsalzung

Prinzip und Anwendung
Nach unseren Recherchen scheint zu gelten, dass solarbetriebene Meerwasserentsalzungsanlagen nicht die Entsalzungskapazitäten haben, wie herkömmliche industrielle MSF-, RO- oder Wave2O-Anlagen. Der Ansatz, solarbetriebene Entsalzungsanlagen zu betreiben hat aus Sicht der Umwelt einen positiven Effekt. Es gibt folgende Technologien:

a) Solarthermische Erhitzung: Spiegel konzentrieren Sonnenlicht auf ein Absorberrohr, das Meerwasser auf 90 °C erhitzt.
b) Vakuumverdampfung: Der entstehende Dampf kondensiert in einer Kammer mit reduziertem Druck.
c) Solarstrom getriebene Umkehrosmose

Anregungen für Maricá zum Einsatz kleinerer solarbetriebener Ummkehrosmose Anlagen :

Für Maricá könnte diesbezüglich eine dezentralen Versorgung für abgelegene Bereiche in Küstennähe dargestellt werden. Allerdings ist zum Beispiel die Umsatzmenge der SW300 Umkehrosmoseanlage der Firma Solarwatersolutions von 300 m³ hinsichtlich der zu versorgenden Haushalte abzuwägen. Die Anlage der Firma Desolenator mit solarthermischer Destillation (Solarkollektoren verdampfen Wasser, das kondensiert wird) haben eine Kapazität von ca. 5 m³/Tag, skalierbar auf 50 m³, s.a. 4.2.6/c. (Angabe aus Fallbeispielen – direkte Angaben sind auf der Webseite nicht zu finden). Es gibt geförderte Projekte wie zum Beispiel eine solarbetriebene Anlage mit einer Kapazität von 2.500 L/Tag. Gefördert durch die KFW, umgesetzt durch das Kölner Unternehmen MFT Membran Filtrationstechnik GmbH und aufgebaut in dem kolumbianischen Dorf La Guajira.

4.2.5 Globaler Überblick: Länder mit den meisten Entsalzungsanlagen

Entsalzungstechnologien sind weltweit verbreitet, insbesondere in wasserarmen Regionen. Die folgende Tabelle listet die Top-10-Länder nach Entsalzungskapazität auf:

Land
Entsalzungskapazität (Mio. m³/Tag)
Anteil am globalen Markt
Haupttechnologie
Saudi-Arabien
5,9
34%
MSF, RO
Vereinigte Arabische Emirate (UAE)
3,8
22%
MSF
USA
2,1
12%
RO
China
1,5
9%
RO, MED
Australien
1,2
7%
RO
Spanien
0,9
5%
RO
Kuwait
0,8
4%
MSF
Algerien
0,6
3%
RO
Israel
0,6
3%
RO
Ägypten
0,5
3%
RO, MED

Tabelle 8: Globale Entsalzungskapazität (2023) aus: International Desalination Association (IDA, 2023), Global Water Intelligence (GWI).

4.2.6 Beispiele einiger Hersteller und Referenzprojekte

a) IDE Technologies (Israel) mit folgenden Verfahren:

  • RO (Umkehrosmose): Energieeffiziente Membranen mit Rückgewinnungssystemen.
  • MED (Mehrfacheffekt-Destillation): Niedrigtemperaturverdampfung für hohe Effizienz.

Referenzprojekte:
Ashkelon-Entsalzungsanlage (Israel):

  • Kapazität: 396.000 m³/Tag, für 15% des täglichen Bedarfes
  • Kosten: 0,50 USD/m³.
  • Technologie: Reverse Osmosis (RO)
  • Wasserquelle: Sea Water
  • Contract Type: BOT for 25 years
  • Customer: Israel Water Authority
  • Financial Arranger: Bank Leumi
  • Usage: Potable Water
  • Commissioning date: 2005

Quelle:  IDE Ashkelon Project

Carlsbad-Entsalzungsanlage (USA):

  • Kapazität: 204.000 m³/Tag.
  • Versorgte Bevölkerung: 400.000 Menschen.
  • Wasserquelle: Lagoon Seawater
  • Technologie: Reverse Osmosis (RO)
  • Contract Type: Engineering, Supply, Supervision of erection, startup and commisioning, Operation & Maintenance (O&M)
  • Location: Carlsbad, CA, USA
  • Customer: Poseidon
  • Offtaker: San Diego County Water Authority
  • Usage: Potable Water
  • Commissioning date: 2015

Quelle: IDE Carlsbad Desalination

b) Resolute Marine (USA) – Wave2O-Technologie mit Nutzung der Wellenenergie zur Druckerzeugung für RO-Membranen.

Pilotprojekt in Kap Verde:

  • Kapazität: 4.000 m³/Tag.
  • Kosten: 1,50 USD/m³.

c) Desolenator (Niederlande) als solarbetriebene Entsalzung durch Kombination von Photovoltaik und thermischer Verdampfung

Pilotprojekt in Kenia:

  • Kapazität: 20 m³/Tag.
  • Zielgruppe: Ländliche Gemeinden ohne Stromanschluss.

Projekt in Jordanien:

  • Kapazität: 50 m³/Tag.
  • Innovation: Integration von Batteriespeichern für Nachtbetrieb.

Weitere Hersteller und Technologien:

HerstellerLandTechnologieKapazität (m³/Tag)
IDE TechnologiesIsraelUmkehrosmose (RO)Bis zu 624.000
Doosan EnerbilitySüdkoreaUmkehrosmose (RO)Bis zu 500.000
AccionaSpanienUmkehrosmose (RO)Bis zu 500.000
Veolia Water TechnologiesFrankreichUmkehrosmose (RO)Bis zu 400.000
HyfluxSingapurUmkehrosmose (RO)Bis zu 318.500
Suez Water Technologies & SolutionsFrankreich/USAUmkehrosmose (RO)Bis zu 300.000
Toray IndustriesJapanUmkehrosmose (RO)Bis zu 200.000
Sidem (Veolia Group)FrankreichMehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF)Bis zu 800.000
AbengoaSpanienMehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF)Bis zu 500.000
Fisia ItalimpiantiItalienMehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF)Bis zu 400.000
Doosan EnerbilitySüdkoreaMehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF)Bis zu 300.000
IDE TechnologiesIsraelMehrfacheffektverdampfung (MED)Bis zu 400.000
Sidem (Veolia Group)FrankreichMehrfacheffektverdampfung (MED)Bis zu 300.000
Fisia ItalimpiantiItalienMehrfacheffektverdampfung (MED)Bis zu 150.000
General ElectricUSAElektrodialyse (ED)Bis zu 50.000
Evoqua Water TechnologiesUSAElektrodialyse (ED)Bis zu 20.000
Resolute Marine EnergyUSAWellenenergie (Wave2O)Bis zu 4.000
Solar Water SolutionsFinnlandSolarentsalzungBis zu 300
MemsysDeutschlandMembrandestillationBis zu 500
Ocean Oasis ASNorwegenWellenenergieBis zu 200
DesolenatorNiederlandeSolarentsalzungBis zu 100
MITUSAPortable Desalination Unit10 Liter / Stunde

5   Ein kleiner Exkurs: Hydroponik und mögliche positive Auswirkungen für Maricá

Hydroponik ist eine innovative Anbaumethode, bei der Pflanzen ohne Erde kultiviert werden und stattdessen in einer nährstoffreichen Wasserlösung wachsen. Diese Technologie ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Nährstoffzufuhr und die Wasserversorgung der Pflanzen, was zu höheren Ernteerträgen und einer effizienteren Nutzung von Ressourcen führt. Ein beeindruckendes Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von Hydroponik ist die Bewässerung in der Negev-Wüste in Israel. In dieser extrem trockenen Region wird durch hydroponische Systeme eine effiziente Landwirtschaft betrieben, die trotz der harschen Bedingungen hohe Erträge liefert. Die Technologie nutzt Wasser sparsam und ermöglicht den Anbau von Gemüse und anderen Nutzpflanzen in Gebieten, die für traditionelle Anbaumethoden ungeeignet wären.

Erfolgsfaktoren:

  • Entsalzung: 55 % des Trinkwassers aus RO-Anlagen.
  • Abwasserrecycling: 90 % des Abwassers werden zu Bewässerungswasser aufbereitet.

In Maricá, einem Bundesstaat in Rio de Janeiro, könnte Hydroponik eine vielversprechende Lösung für die landwirtschaftlichen Herausforderungen darstellen, insbesondere angesichts des dortigen Wassermangels. Das Förderprogramm Horta em Casa, das darauf abzielt, den Anbau von Gemüse in Hausgärten zu fördern, stößt aufgrund der begrenzten Wasserressourcen an seine Grenzen. Ohne ausreichende Wasserversorgung ist es schwierig, die gewünschten Ernteerträge zu erzielen, und das Programm kann sein Potenzial nicht voll ausschöpfen. Hier könnte Hydroponik eine Alternative bieten. Bei ausreichender Verfügbarkeit von Wasser, das durch Meerwasserentsalzung, Nutzung dezentraler Brunnen  oder aufbereitetes Abwasser bereitgestellt werden könnte, ermöglicht die hydroponische Methode den Anbau von Pflanzen mit deutlich höheren Erträgen als bei herkömmlicher Bewässerung. Gleichzeitig wird der Wasserverbrauch erheblich reduziert, da das Wasser in einem geschlossenen Kreislaufsystem zirkuliert und nicht durch Versickerung oder Verdunstung verloren geht.

Durch den Einsatz von Hydroponik in Maricá könnten nicht nur die Ernteerträge gesteigert, sondern auch die Abhängigkeit von traditionellen Bewässerungsmethoden verringert werden. Dies wäre ein wichtiger Schritt zur Sicherung der Ernährung in der Region und zur Anpassung an die Herausforderungen des Klimawandels, denn den Supermärkten Maricás ist nur selten frisches Gemüse erhältlich. Die Technologie bietet die Möglichkeit, auch in Gebieten mit begrenzten Wasserressourcen nachhaltige Landwirtschaft zu betreiben und könnte somit eine langfristige Lösung für die landwirtschaftlichen und (im Kleinen) „gärtnerischen“ Probleme in Maricá darstellen.

6   Fazit und Empfehlungen zur Umsetzung

Kurzfristig (2025–2027):

  • Bau von 20 Tiefbrunnen in Berglagen unter Einführung einer Wassergebühr zur zumindest teilweisen Deckung der Herstellungs- und Betriebskosten.

Mittelfristig (2027–2030):

  • Bau von 3-4  Wave2O-Entsalzungsanlagen entlang des Küstenabschnittes Itaipuacu – Ponta Negra

Langfristig (2031–2035):

  • Ausbau des Leitungsnetzes mit Wave2O-gespeistem Wasser.
  • Einführung von Hydroponik zur Reduzierung des landwirtschaftlichen Wasserbedarfs.

Nachhaltige Wasserinfrastruktur stärkt das Image als „Vitrine Brasiliens“ und bewältigt das prognostizierte Bevölkerungswachstum auf 250.000 Einwohner bis 2035. Durch die Kombination von Tiefbrunnen, Entsalzung und Hydroponik kann Maricá nicht nur seine Wasserkrise bewältigen, sondern auch als Modell für nachhaltige Ressourcennutzung in Brasilien dienen.

Gerne stehen wir für weitere Gespräche für Planung und Umsetzung zur Verfügung. Zur Kontaktaufnahme verwenden Sie bitte:

info@marica-rj.com

Uwe Haas hat sein Studium der Physik an der Universität Greifswald (Deutschland) in 1990 abgeschlossen. Einige Jahre hat er in Forschung und Entwicklung an der Technischen Hochschule in Wismar gearbeitet. Aus gesellschaftlichen und privaten Gründen wurde er als IT Berater tätig, verlor aber nie seine Hingabe zur Physik. Über einen Zeitraum von 14 Jahren lernte er einige Bereiche Nord- und West-Brasiliens durch viele Reisen kennen, um dann in 2023 den Standort Maricá - RJ als strategischen Rückzugsort zu wählen. Aber auch hier in der Stadt mit viel Potenzial und Gegensätzen ist der Wunsch nach konstruktiven Beiträgen zur Veränderung und Verbesserung vorhanden.

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