Simulation by CORMIX of the dispersion at sea of brine discharges from the CORSO desalination plant - Algeria

Das Mittelmeer ist ein Ort, an dem menschlicher Einfallsreichtum und natürliche Grenzen oft aufeinandertreffen. Während die Küstenstädte wachsen und Süßwasser knapper wird, haben viele Nationen auf die Entsalzung gesetzt – ein Verfahren, bei dem dem Meerwasser das Salz entzogen wird, um Trinkwasser zu gewinnen. Während diese Technologie einen kritischen Mangel behebt, erzeugt sie ein Nebenprodukt: Sole. Dies ist das Restwasser aus dem Prozess, das wesentlich salzhaltiger und dichter ist als das Meerwasser, aus dem es stammt. Wenn diese schwere, salzhaltige Flüssigkeit zurück ins Meer geleitet wird, vermischt sie sich nicht einfach und verschwindet. Da sie schwerer ist, sinkt sie ab und breitet sich am Boden aus, was potenziell eine Wasserschicht schafft, die zu salzig für die dort lebenden Pflanzen und Tiere ist. Die Herausforderung für Ingenieure besteht darin, einen Weg zu finden, diese Sole so freizusetzen, dass sie sich schnell genug mit dem Ozean vermischt, um harmlos zu sein, bevor sie sich absetzt.

In der Küstenstadt Corso, Algerien, nahm 2023 eine große Entsalzungsanlage den Betrieb auf, um die Region mit Süßwasser zu versorgen. Um sicherzustellen, dass diese Anlage das lokale marine Leben nicht schädigt, nutzte ein Forscherteam ein spezialisiertes Computerprogramm, um zu simulieren, wie sich die Sole der Anlage im Ozean verhalten würde. Sie raten nicht einfach nur; sie bauten ein digitales Modell der Unterwasserumgebung, einschließlich der Einleitungsrohre der Anlage, der lokalen Strömungen und des Windes, um zu beobachten, wie sich die salzhaltige Fahne bewegen würde. Das Ziel war es zu sehen, ob das aktuelle Design der Unterwasserrohre, bekannt als Diffusor, seine Aufgabe erfüllt, die Sole sicher zu verteilen.

Die Forscher konzentrierten sich auf drei verschiedene Wetterszenarien, um zu prüfen, wie das System unter jeweiligen Bedingungen abschneidet. Sie testeten ein Szenario mit starkem Wind und starken Strömungen, eines mit moderaten Bedingungen und eines mit sehr ruhigem, stillem Wasser. Im Best-Case-Szenario, in dem Wind und Wasser sich schnell bewegten, bewegte sich die Solefahne vom Ufer weg und berührte nicht die Rohre, die Meerwasser zur Aufbereitung in die Anlage führen. Doch selbst in dieser günstigen Situation zeigte die Simulation, dass sich die Sole nicht ausreichend von selbst vermischte. Das Wasser hätte fünfzehnfach verdünnt werden müssen, um für die Umwelt sicher zu sein, aber die aktuellen Rohre schafften es nur, es etwa neunfach zu verdünnen, bevor die Fahne weit genug gereist war, um ein sicheres Niveau zu erreichen. Dies bedeutete, dass der Ozean selbst den Großteil der Arbeit erledigen musste, um die Einleitung zu bereinigen, anstatt dass die Rohre dies unmittelbar bei der Freisetzung taten.

Die Situation wurde besorgniserregender, als die Forscher ruhigere Bedingungen simulierten. Im mittleren Szenario, mit schwächerem Wind und schwächeren Strömungen, begann die salzhaltige Fahne zum Ufer zurückzuwandern. Sie begann mit den Einlassrohren zu interagieren, die die Anlage mit Wasser speisen, was potenziell dazu führen könnte, dass das überschüssige Salz wieder in das System zurückgesaugt wird, das eigentlich Frischwasser herstellen soll. Im Worst-Case-Szenario, in dem das Wasser fast still war, bewegte sich die Fahne sehr langsam und drehte sogar zurück in Richtung Küste, was ein erhebliches Risiko darstellte, wieder in das Einlasssystem zu gelangen. Unter diesen ruhigen Bedingungen blieb die Sole über eine lange Distanz konzentriert, und die Rohre der Anlage versäumten es, die notwendige Vermischung zu gewährleisten, um das lokale Ökosystem zu schützen.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das aktuelle Design des Einleitungssystems der Anlage in Corso nicht gut genug arbeitet, um unter allen Bedingungen Sicherheit zu garantieren. Die Forscher fanden heraus, dass die Rohre die Sole einfach nicht mit genügend Kraft ausstoßen, um sie schnell zu vermischen. Um dies zu beheben, empfehlen sie, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Sole aus den Rohren geschossen wird, was ihr mehr Energie zur Vermischung mit dem umgebenden Wasser geben würde. Sie schlagen außerdem vor, den Punkt der Einleitung weiter weg von der Wasserentnahme zu verlegen, um zu verhindern, dass die salzhaltige Fahne zurückschwenkt. Als weiteren Schritt schlägt das Team vor, ein System hinzuzufügen, das frisches Meerwasser mit der Sole vermischt, noch bevor diese freigesetzt wird, um sicherzustellen, dass sie weniger dicht und leichter zu verteilen ist. Diese Erkenntnisse verdeutlichen, dass der Bau einer Entsalzungsanlage nur der erste Schritt ist; die sichere Entsorgung ihrer Abfälle erfordert eine sorgfältige Ingenieursleistung, die sich an die wechselnden Stimmungen des Meeres anpasst.