Sind Entsalzungsanlagen am Meeresboden die Antwort auf die Dürre in Kalifornien?

Ein Wasserbezirk, der vor allem für die Versorgung der prominenten Enklaven Calabasas und Hidden Hills bekannt ist, könnte bald aus einem ganz anderen Grund berühmt werden.

Der Las Virgenes Municipal Water District hat sich kürzlich mit dem kalifornischen Unternehmen OceanWell zusammengetan, um die Machbarkeit der Gewinnung von Trinkwasser aus Entsalzungsbehältern zu untersuchen, die mehrere Meilen vor der Küste Kaliforniens auf dem Meeresboden platziert sind.

Das Pilotprojekt, das im Stausee von Las Virgenes in der Nähe von Westlake Village beginnen wird, soll die erste „Blauwasserfarm“ des Landes errichten.

Das Unternehmen sagt, dass es durch die Kombination von Entsalzung mit Offshore-Energietechnologie viele der Herausforderungen lösen kann, die mit der herkömmlichen Entsalzung an Land verbunden sind, darunter hohe Energiekosten und salzige Nebenprodukte, die das Leben im Meer bedrohen. Der Prozess könnte bis zu 10 Millionen Gallonen Süßwasser pro Tag produzieren – ein erheblicher Gewinn für einen Binnenbezirk, der fast vollständig auf importierte Vorräte angewiesen ist.

„Es gibt uns ein Gefühl für die langfristige Wasserzuverlässigkeit, aber es gibt uns auch die Idee, dass wir, wenn man so will, wirklich beginnen können, die Stürme zu überstehen, wenn es um die Auswirkungen des Klimawandels und insbesondere um Dürren geht“, sagte Mike McNutt, ein Sprecher von Las Virgenes. „Dies kann für Las Virgenes von entscheidender Bedeutung sein, aber es könnte auch für jede Wasserbehörde weltweit von entscheidender Bedeutung sein.“

Lokale Umweltverbände sagten, das Konzept sei vielversprechend, aber nicht ohne Nachteile.

„Unser Grundsatz ist, dass die Meerentsalzung immer der letzte Ausweg sein sollte“, sagte Charming Evelyn, Vorsitzende des Wasserausschusses des Sierra Clubs in Südkalifornien. „Wasser ist keine unendliche Ressource. Es ist extrem endlich und der Ozean ist nicht etwas, in das wir einfach einen großen Strohhalm stecken und herausholen können, was wir wollen, denn selbst der Ozean muss ein Gleichgewicht aufrechterhalten.“

Der traditionelle Entsalzungsprozess pumpt Meerwasser aus Küstengebieten in Anlagen an Land, wo das Wasser durch feine Membranen und Filter gedrückt wird, um Salz und andere Materialien zu entfernen. Der Prozess ist energieintensiv – wird oft durch fossile Brennstoffe angetrieben, die Treibhausgase ausstoßen – und erzeugt am Ende einen dicken, salzigen Schlamm, der normalerweise wieder in den Ozean entlassen wird. Studien haben gezeigt, dass die konzentrierte Sole schädlich für Meereslebewesen sein kann.

OceanWell sagt jedoch, dass seine Technologie bis zu 40 % weniger Energie verbrauchen kann, indem das Wasser in Tiefen von etwa 1.400 Fuß geerntet wird, wo natürlicherweise ein enormer Wasserdruck dazu beitragen kann, den Prozess anzutreiben.

„Im Grunde trägt das Gewicht des Ozeans dazu bei, den Umkehrosmoseprozess voranzutreiben“, sagte Kalyn Simon, Director of Engagement bei OceanWell. „Indem man das nimmt [reverse-osmosis] Um den Prozess an einen Ort in der Natur zu bringen, an dem dieser Druck natürlicherweise herrscht, müssen wir an Land kein künstliches Druckmessgerät erstellen, wie wir es traditionell bei der Entsalzung tun.“

Die Tiefe wird als aphotische Zone bezeichnet – ein Teil des Ozeans, in dem es wenig bis gar kein Sonnenlicht gibt und in dem es weniger Meereslebewesen gibt als in den Schichten darüber, sagte sie. Solche Tiefen liegen je nach Standort typischerweise zwischen drei und sieben Meilen vor der Küste Kaliforniens, was bedeutet, dass das Projekt durch staatliche und bundesstaatliche Gewässer verlaufen würde.

Der Prozess produziert auch keine Sole, sagte Simon.

Landbasierte Anlagen versuchen, so viel Süßwasser wie möglich herauszupressen, um die hohen Energiekosten auszugleichen. Typische Ziele sind 50 % Süßwasser und 50 % Sole aus jeder verarbeiteten Gallone. Da OceanWell jedoch den „freien“ Druck des Ozeans nutzt, kann es mit einer geringeren Rückgewinnungsrate von 10 bis 15 % arbeiten und ein viel weniger salziges Nebenprodukt erzeugen, das innerhalb von Sekunden wieder in die Umgebungsbedingungen aufgelöst werden kann, sagte sie.

„Die Lösung hat nie Zeit, sich auf dem Meeresboden niederzulassen – sie gelangt in die Strömung“, sagte Simon. „Bei dieser geringen Konzentration sind keine Auswirkungen auf den Ozean bekannt, und wir werden weiterhin Studien und Umwelttests durchführen, um dies weiterhin zu beweisen.“

Die Technologie sei faszinierend, sagte Mark Donovan, Vorsitzender der Interessenvertretung CalDesal, der auch für die Wasseraufbereitung und Entsalzung in Nordamerika bei GHD, einem Ingenieur- und Beratungsunternehmen, verantwortlich ist.

„Das Konzept, es auf dem Meeresboden abzulegen, tief genug, wo der hydrostatische Druck den Umkehrosmoseprozess antreiben kann – das hat sicherlich seine Vorteile“, sagte Donovan. Und da sie mit einer sehr niedrigen Rückgewinnungsrate arbeiten, „erzeugen sie tatsächlich nicht so salzige Sole wie das herkömmliche System an Land.“

Die Entsalzung gehörte zu den Technologien, die in der Wasserversorgungsstrategie von Gouverneur Gavin Newsom dargelegt wurden, die 2022 inmitten der trockensten drei Jahre des Staates seit Beginn der Aufzeichnungen veröffentlicht wurde. Es wird erwartet, dass Kalifornien bis 2040 aufgrund höherer Temperaturen und geringerem Abfluss einen Rückgang seiner Wasserversorgung um 10 % verzeichnen wird, heißt es in dem Plan des Gouverneurs.

Donovan sagte, seiner Ansicht nach spiele die Entsalzung eine entscheidende Rolle bei der Reaktion des Staates auf die schrumpfende Wasserversorgung. Er freute sich, dass OceanWell bei einem örtlichen Wasserbezirk an Bedeutung gewann.

„Ich denke, es ist sehr gut für die Branche und für Kalifornien insgesamt“, sagte er.

Der Bezirk Las Virgenes, der etwa 75.000 Menschen versorgt, ist fast ausschließlich auf importiertes Wasser aus dem State Water Project angewiesen, einem riesigen Netzwerk aus Stauseen, Kanälen und Pipelines, das Dutzende von Behörden im ganzen Staat versorgt. Doch in Zeiten der Dürre steht der Bezirk vor routinemäßigen Herausforderungen, insbesondere wenn Staatsbeamte gezwungen sind, ihre Zuweisungen zu kürzen.

Zusätzlich zum OceanWell-Pilotprojekt treibt Las Virgenes auch die Pläne für das Pure Water Project voran, eine Abwasserreinigungsanlage, die bis zu 6 Millionen Gallonen pro Tag behandeln und die Versorgung der Region verbessern soll.

Laut McNutt, dem Sprecher von Las Virgenes, könnte die Kombination die Abhängigkeit des Bezirks von importiertem Wasser halbieren.

„Wir werden jetzt zu den Ersten gehören, die diese neue Technologie vorantreiben, die große Auswirkungen auf die langfristige Wasserzuverlässigkeit bei minimalen Auswirkungen auf die Umwelt im gesamten Bundesstaat Kalifornien haben könnte“, sagte er. „Darüber hinaus haben wir unseren Gemeinden nach der letzten Dürre versprochen, dass wir die Entsalzung als eine mögliche praktikable Option zur Wasserversorgung des Versorgungsgebiets prüfen würden, damit wir nicht das tun müssen, was wir zuvor getan haben.“

Die Finanzierung des Pilotprojekts erfolgt durch OceanWell, wobei Las Virgenes Sachleistungen erbringt, darunter die Nutzung seines 120 Fuß tiefen Reservoirs zum Testen der Technologie.

Las Virgenes sei stolz auf sein zukunftsorientiertes Ethos, sagte McNutt. Es war einer der ersten Bezirke, der in den 1970er Jahren Recyclingsysteme für violette Rohre installierte, und einer der ersten, der feste Abfälle aus seiner Wasseraufbereitungsanlage in Tapia wiederverwendete. Während der jüngsten Dürre hat der Bezirk maßgeschneiderte Durchflussbegrenzer entwickelt, um den Wasserverbrauch an verschwenderische Kunden zu reduzieren.

Das OceanWell-System „könnte die Nutzung von Mutter Natur zu unserem Nutzen wirklich revolutionieren, ohne Stromkosten und die entsprechenden Treibhausgasemissionen verursachen zu müssen“, sagte er.

Es wird jedoch eine erhebliche Hürde sein, das Entsalzungsprojekt an den Aufsichtsbehörden vorbeizubringen. Die California Coastal Commission, die State Lands Commission, das State Water Resources Control Board, die Division of Drinking Water, die Environmental Protection Agency und das US Army Corps. von Ingenieuren sind nur einige der Behörden, die beteiligt sein könnten – ebenso wie die breite Öffentlichkeit, die der Entsalzung in der Vergangenheit skeptisch gegenüberstand.

Tom Luster, Umweltwissenschaftler bei der California Coastal Commission, sagte, das Konzept sei vielversprechend, er freue sich jedoch auf weitere Daten. Zwei andere Unternehmen, SeaWell und Oneka, testen ähnliche Ideen mit Oberflächenbojen und Wellenkraft, aber OceanWell war das einzige Unternehmen, von dem er wusste, dass sie Hülsen auf dem Meeresboden platzieren möchte.

„Es besteht die Möglichkeit, dass es weniger Auswirkungen auf das Meeresleben hat als die Anlagen an Land, aber wir wissen nur noch nicht, in welchem ​​Ausmaß“, sagte Luster. „Und wenn es dann Auswirkungen gibt, wie kann man so etwas abmildern? Wie kompensiert man den Verlust an Meereslebewesen in der Tiefsee? Das wird eine Frage sein, die wir möglicherweise beantworten müssen.“

Evelyn vom Sierra Club äußerte ähnliche Vorbehalte hinsichtlich der Auswirkungen auf das Leben im Meer. In der dunklen aphotischen Zone leben Plankton und andere Organismen, die möglicherweise in Filtern gefangen werden oder langfristige Auswirkungen der Sole haben könnten. „Ich muss die Zahlen sehen und ich muss die Wissenschaft sehen“, sagte sie.

Sie wies darauf hin, dass der Prozess zwar weniger energieintensiv ist als der von Anlagen an Land, es aber dennoch eine gewisse Energiemenge erfordert, um das Süßwasser aus der Tiefsee zurück an die Küste zu drücken und an seinen endgültigen Bestimmungsort zu transportieren. Sie sagte, Umweltschutz, Wasserrecycling und Regenwasserauffang seien Strategien, die zuerst ausprobiert werden sollten.

Evelyn lobte das Unternehmen jedoch dafür, dass es sich im letzten Jahr an den Sierra Club und andere Umweltgruppen gewandt hat und deren Feedback und Bedenken bei der Entwicklung der Technologie berücksichtigt hat.

„Ich freue mich zu sehen, dass es neue Technologien gibt und das Meeresleben weniger schädigt und dass der Energieausstoß geringer sein kann – ich freue mich über all diese Dinge“, sagte Evelyn. „Aber die andere Seite von mir denkt immer daran, dass, wenn man in der Natur an einem Strang zieht, alles miteinander verbunden ist. Und ich habe Bedenken, wie sich das in 50, 60, 100 Jahren auf uns auswirken wird.“

Donovan von GHD fügte hinzu, dass es in der aphotischen Zone zwar möglicherweise weniger Meereslebewesen gebe, das Wasser dort jedoch kälter sei, sodass möglicherweise etwas mehr Energie erforderlich sei, um es durch die Membran zu treiben, als in wärmeren Gewässern. „Aber ich denke, alles in allem erzielen sie einige Nettovorteile, wenn sie tief und draußen in dieser aphotischen Zone bleiben“, sagte er.

Es könnte mehrere Jahre dauern, bis das Projekt den Meeresboden erreicht. Die Partnerschaft mit Las Virgenes wird es OceanWell ermöglichen, die Fähigkeiten der Technologie im Reservoir einem „Stresstest“ zu unterziehen und mehr Daten zu sammeln, sagte Simon. Das aktuelle Ziel besteht darin, bis 2028 voll betriebsbereit zu sein und schätzungsweise 10 Millionen Gallonen Süßwasser pro Tag zu produzieren.

Im Vergleich dazu produziert die Entsalzungsanlage Carlsbad im San Diego County 50 Millionen Gallonen pro Tag oder etwa 10 % der Wasserversorgung des Landkreises. Die Doheny-Entsalzungsanlage, die letztes Jahr von der Küstenkommission genehmigt wurde, wird nach ihrer Fertigstellung etwa 2027 in Orange County etwa 5 Millionen Gallonen pro Tag produzieren.

Lustre von der Küstenkommission sagte, dass groß angelegte, offene Meereseinlassprojekte aufgrund ihrer hohen Energiekosten und der Umweltschäden, die sie verursachen können, weiterhin Schwierigkeiten haben werden, eine staatliche Genehmigung zu erhalten. Aufgrund dieser und anderer Bedenken lehnte die Kommission im vergangenen Jahr Pläne für die geplante Poseidon-Entsalzungsanlage in Huntington Beach ab.

Kleinere Offshore-Systeme wie das von OceanWell könnten möglicherweise von einem effizienteren Genehmigungsprozess profitieren, wenn ihre Funktionsfähigkeit nachgewiesen wird, sagte Lustre. Und obwohl er die Entsalzung nicht als Allheilmittel für alle Wasserprobleme des Staates ansieht, sagte er, dass sie in der Zukunft Kaliforniens eine kleine Rolle spielen könnte.

„Wenn sie in Küstengebieten Wasser bereitstellen können, wird dadurch Wasser für Binnengebiete frei“, sagte er. „Und das allein wird schon ein guter Beitrag für den Staat sein.“