Wassermacher / Seewasserentsalzung für Yachten: Komponenten, Funktion, Installation und Tipps (Teil 1 von 3)

Wassermacher auf Blauwasseryachten

Auf Blauwasseryachten sind Wassermacher ein beliebter Ausrüstungsgegenstand. An nahezu jedem Ort der Erde sein eigenes Trinkwasser produzieren zu können, bedeutet für viele Weltumsegler Freiheit und Unabhängigkeit. Allerdings ist der Wassermacher auf den ersten Blick ein komplexer Ausrüstungsgegenstand. Wer genauer hinschaut, wird jedoch schnell feststellen, dass das System gar nicht so kompliziert ist. Welche Komponenten ein Wassermacher hat und wie sie miteinander funktionieren, zeigt dieser erste Beitrag einer dreiteiligen Serie, die der Reihe nach auf BLAUWASSER.DE erscheint.

Übersicht zur Serie auf BLAUWASSER.DE

Teil 1: Komponenten, Funktion, Installation und Tipps
Teil 2: Dimensionierung, Stromverbrauch und Energierückgewinnung
Teil 3: Service, Wartung und Konservierung

Die Komponenten eines Wassermachers

Der Aufbau einer Seewasserentsalzungsanlage

Der Wassermacher besteht aus den folgenden Komponenten: Durch den Borddurchlass mit Seeventil und Grobfilter (Nr. 1 im nachfolgenden Schema) gelangt das Wasser in die Anlage. Dabei wird das Wasser mittels einer Förderpumpe (Nr. 2) zu den Sedimentfiltern (Nr. 3) gepumpt. Über ein Manometer, das den Vordruck anzeigt (Nr. 4), gelangt das Wasser zur Hochdruckpumpe (Nr. 5), die es mit Hochdruck durch eine Röhre mit einer Membran (Nr. 6) drückt.

Flussdiagramm des Wassers in der Anlage

Entlang der Membran wird das Wasser, vereinfacht gesagt, in zwei Teile gespalten: zum einen den Trinkwasseranteil und zum anderen den Wasserausschuss. Während das Trinkwasser über einen Dreiwegehahn in den Tank (Nr. 7 und blaue Linie im Bild) oder zu einem Test-Outlet (Nr. 8 und gestrichelte blaue Linie im Bild) geleitet wird, geht das überschüssige Wasser logischerweise außenbords (Nr. 9). Außerdem gibt es eine Bedieneinheit (Nr. 10) zur Steuerung der Anlage.

Der Grobfilter (Nr. 1)

Hinter dem Borddurchlass kommt der Grobfilter. Die Aufgabe dieses Filters ist der Schutz der Förderpumpe vor grober Verschmutzung. Daher besteht er auch nur aus einem sehr groben Netz und die Maschen sind mit bloßem Auge gut zu erkennen. Hier werden beispielsweise Seegras, kleine Tiere und andere grobe Verschmutzungen aus dem Meerwasser abgehalten, die zu einer Blockade/Verstopfung des Schaufelrades oder des Impellers der Förderpumpe führen könnten.

Dies ist insbesondere bei 12- und 24-Volt-Anlagen ein wichtiger Punkt, da dort oft Förderpumpen mit einem geringen Spaltmaß verwendet werden, die leicht zusetzen können. Bei 230-Volt-Anlagen ist dies seltener ein Thema, da hier oft größer dimensionierte Förderpumpen zum Einsatz kommen.

Ein mit Seegras verdreckter Grobfilter

Die Förderpumpe (Nr. 2)

Die Aufgabe der Förderpumpe ist es, das Seewasser zur Hochdruckpumpe zu pumpen, da die Hochdruckpumpe in der Regel nicht selbstansaugend ist. Dem könnte man natürlich entgegenhalten, dass bei einem Ansaugstutzen unterhalb der Wasseroberfläche ja ohnehin ein gewisser Wasserdruck vorhanden und dieser Schritt damit überflüssig ist. Das stimmt so nicht.

Dazu ein Beispiel: In einer Wassertiefe von einem Meter Tiefe liegt der Wasserdruck bei etwa 0,1 bar. Das ist zu wenig, um die Hochdruckpumpe effektiv zu betreiben. Insbesondere auch deshalb, weil der der Förderpumpe im System nachgelagerte Sedimentfilter diesen Druck bereits wieder aufhebt.

Vor dem Sedimentfilter (blauer Kopf) sitzt die Förderpumpe.

Die Hersteller von Wassermachern gehen hier sehr unterschiedlich vor und die Bandbreite der Förderpumpe liegt zwischen circa 0,2 und 1,2 bar. Dazu sei angemerkt, dass ein hoher Vordruck besser ist, weil sich dadurch die Nutzzeit des Sedimentfilters verlängert. Eine Pumpe, die einen höheren Druck aufbaut, ist länger in der Lage, Wasser durch einen bereits verschmutzten Filter hindurch zu drücken. Im Umkehrschluss muss dann seltener der Filter gewechselt werden.

Der Sedimentfilter (Nr. 3)

Die Hochdruckpumpe und insbesondere die Röhre mit der Membran brauchen sauberes Wasser. Daher wird der Pumpe ein Sedimentfilter vorgeschaltet. Dieser Filter ist deutlich feiner als der Grobfilter. Die Membranhersteller schreiben normalerweise 5 µm als Maschenweite vor.

Der Sedimentfilter

Tipp: In der Praxis hat es sich bewährt, an dieser Stelle zwei Filter (bei kleinen 12-/24V-Anlagen nicht notwendig) mit verschiedenen Stärken hintereinander einzusetzen. Den ersten mit 20 µm und den zweiten mit den vorgeschriebenen 5 µm. Andernfalls setzt der Filter mit den 5 µm viel zu schnell zu und muss in der Folge zu oft gewechselt werden.

Rechts im Bild sitzen zwei Sedimentfilter mit verschiedenen Stärken in Reihe.

Und noch ein Tipp: Einen verdreckten Filter erkennt man daran, dass er schwarz ist.

Im Vergleich gut zu sehen: ein dreckiger (schwarz) und ein sauberer Filtereinsatz (weiß).

Das Manometer für den Vordruck (Nr. 4)

Hinter dem Sedimentfilter kann ein Manometer sitzen, das den Vordruck anzeigt. So kann jederzeit überprüft werden, mit welchem Druck das Wasser die Hochdruckpumpe erreicht. Zeigt das Manometer im laufenden Betrieb 0 bar, sollte der Sedimentfilter gewechselt werden.

Dieses Manometer zeigt einen Vordruck von 0,6 bar.

Die Hochdruckpumpe (Nr. 5)

Um vom Seewasser das Trinkwasser abzuspalten, ist ein sehr hoher Druck erforderlich. Die Aufgabe der Hochdruckpumpe ist es, wie der Name schon sagt, eben diesen Druck zu erzeugen. Dabei arbeitet die Pumpe nach dem Prinzip einer Plungerpumpe. Vereinfacht gesagt, ist das wie bei einem Motor. Über einen Kolben, der in eine mit dem Seewasser gefüllte, geschlossene Kammer fährt, wird das Volumen verringert und in der Folge der Druck erhöht bzw. das Wasser zusammengedrückt. Dieses verdichtete Wasser wird dann in die Röhre zur Membran geleitet.

Die Hochdruckpumpe wird von einem Motor angetrieben. Dies geschieht entweder über einen Riemen oder direkt. Ich persönlich würde immer einen Direktantrieb vorziehen, da dies eine Fehlerkomponente weniger im System mit sich bringt und zudem laufruhiger ist und in der Folge auch keine Riemen als Ersatzteile mitgeführt werden müssen.

Die Hochdruckpumpe

Die Membran in der Röhre (Nr. 6)

Die Membran ist etwa 2 Millimeter dick und befindet sich in spiralförmig gewickelter Form in einer Röhre. Entlang der Membran findet das eigentliche Wassermachen statt, während das Seewasser in Längsrichtung von einem Ende der Röhre zum anderen an ihr vorbeifließt (roter Bereich im nachfolgenden Schema). Der Clou dabei ist, dass die Membran innen hohl ist. Dieser Hohlraum (blau im nachfolgenden Schema) wird zu beiden Seiten von der Membranschicht verdeckt, die unter bestimmten Bedingungen die guten Teile des Wassers durchlässt (gelbe Pfeile im nachfolgenden Schema). Gute Wasserteilchen, die durch die Außenschicht der Membran in den inneren Hohlraum gelangen, werden durch die nachfolgenden Wasserteilchen aufgrund der spiralförmigen Wicklung langsam immer weiter zum Kern der Spirale geschoben (weiße Pfeile im nachfolgenden Schema). Dort gelangen sie durch winzige Öffnungen am Ende des Hohlraumes in ein Längsrohr im Inneren der Röhre. Das Trinkwasser sammelt sich so im Längsrohr und kann abgezapft werden.

Schematische Innenansicht der Röhre mit der gewickelten Membran

Soweit so gut. Doch wie gelingt die Abspaltung der guten Wasserteilchen? Das passiert mittels eines chemischen Prozesses, der Umkehrosmose heißt. Bei der Umkehrosmose wird die Trägerflüssigkeit – also das „reine“ Wasser – von allem, was es so mit sich „trägt“, getrennt – beispielsweise von Verunreinigungen wie Salz oder Bakterien. Um zu verstehen, wie das gelingt, muss man wissen, dass jede Flüssigkeit einen sogenannten osmotischen Druck hat. Bei Trinkwasser liegt er bei etwa 2 bar. Bei Salzwasser hingegen ist er deutlich höher. Dieser Wert sagt aus, ab welchem Druck es gelingt, die Trägerflüssigkeit vom Rest zu trennen.

Eine durchgesägte spiralförmig gewickelte Membran im Querschnitt

Wichtig: Je höher der Salzgehalt ist, desto höher ist der osmotische Druck des Seewassers. Folglich muss bei Seewasser mit einem hohen Salzgehalt mehr Druck aufgebracht werden, um die Trägerflüssigkeit abzuspalten, als bei Seewasser mit niedrigem Salzgehalt. Auf der Ostsee liegt der Salzgehalt je nach Standort bei 1-2 % und dann reicht normalerweise ein Druck von 30-35 bar. Auf dem Atlantik hingegen liegt der Salzgehalt bei 3,5 % und für das gleiche Ergebnis wird ein Druck von 50-60 bar benötigt.

Salinität weltweit in PSU (Practical Salinity Units) – Quelle: CATDS Ocean Salinity Expert Center

Bildlich gesehen, passiert dann folgendes: Ist der Druck, den die Hochdruckpumpe aufbaut, größer als der osmotische Druck des Seewassers, können die Moleküle der Trägerflüssigkeit durch die Außenwand der Membran hindurch diffundieren – sie landen im Hohlraum der Membran. Alle anderen Moleküle hingegen schaffen dies nicht und verbleiben somit auf der Außenseite der Membran.

Damit sich die zurückgebliebenen Moleküle nicht dauerhaft an der Außenseite der Membran ablagern und die Röhre verstopfen, müssen sie herausbefördert werden. Dies gelingt, indem der Feed-Flow – so nennen Fachleute das angelieferte Seewasser – möglichst hoch geregelt wird. Dadurch wird der „Dreck“ quasi herausgespült. Man kann sagen: Je größer der Feed-Flow ist, desto länger lebt die Membran. Steigt der Feed-Flow an, steigt mit ihm die Durchflussgeschwindigkeit in der Membran und der „Dreck“ hat es, bildlich gesprochen, schwerer, sich an der Membran festzuhalten. Zudem verbessert ein hoher Feed-Flow die Wasserqualität (geringerer Restsalzgehalt).

Ein hoher Feed-Flow bringt aber auch einen Nachteil mit sich: Die der Hochdruckpumpe vorgelagerten Sedimentfilter setzen schneller zu, weil mehr Wasser durch sie hindurch muss. Allerdings kostet so ein Filter nur einen Bruchteil einer Membran. Insofern kann dieser Punkt vernachlässigt werden. Allerdings verlangt ein höherer Feed-Flow zwangsläufig eine höhere Pumpenleistung mit höherer Energieaufnahme.

Nichtsdestotrotz bleiben auch bei einer hohen Durchflussmenge immer ein paar Ablagerungen in der Membran zurück. Dies führt dazu, dass die Membran über die Zeit langsam zusetzt. Die Menge des Feed-Flows hat somit einen Einfluss auf die Lebensdauer der Membran, kann eine dauerhafte Verblockung jedoch nicht verhindern.

Wie oben beschrieben, fließt das Wasser in Längsrichtung an der Außenseite der Membran entlang, daher beginnt die Verblockung immer am Auslass der Röhre. Bakterien und Salzkristalle bleiben hier haften und stauen sich über die Zeit langsam zurück zum Einlass der Röhre. Dies führt dazu, dass das Gewicht der Röhre über die Zeit zunimmt.

Wassermacher-Installation in der Bilge einer Langfahrtyacht

Vor dem Hintergrund wird nachvollziehbar, dass ein Wassermacher zwei limitierende Komponenten hat. Zum einen den maximal zulässigen Druck an der Membran. Und zum anderen die maximal mögliche Trinkwasser-Menge, die aus der Membran kommt. Je nach Salzgehalt des Wassers greift die eine oder die andere Limitierung zuerst.

Druckregelung an der Bedieneinheit eines Wassermachers

Zum Druck: Dieser ist bei den meisten handelsüblichen Membranen bei 60 bar erreicht. Auch wenn die Hochdruckpumpe gegebenenfalls einen höheren Druck erzeugen kann, ist es nicht ratsam, die Membran damit zu belasten – es würde sie zerstören und entsprechend schnell altern lassen.

Zur Output-Menge: Jeder Wassermacher hat eine maximal mögliche Output-Menge, die von der Membran abhängt. Je höher der Feed-Flow ist, desto höher ist die Output-Menge bzw. die Menge des gebildeten Trinkwassers. Ist die maximale Output-Menge erreicht, sollte der Druck nicht weiter erhöht werden, da andernfalls die Membran durch den zu hohen Durchsatz perforiert und ebenfalls zerstört werden würde.

Übrigens hat auch die Temperatur des Seewassers einen Einfluss auf die Output-Menge. Je wärmer das Seewasser ist, desto geringer ist sein osmotischer Druck und die Output-Menge steigt entsprechend. Über den groben Daumen gepeilt lässt sich sagen, dass ein Temperaturanstieg um 10 Grad die Output-Menge des Wassermachers um 10 % erhöht.

Gerade das Thema „Output-Menge“ ist interessant, wenn es um den Vergleich verschiedener Hersteller und Modelle geht. Wenn ein Anbieter einen Output von 60 Litern in der Stunde verspricht, lohnt es sich, darauf zu achten, auf welche Bedingungen sich das bezieht. Für welche Temperatur und für welchen Salzgehalt gilt diese Angabe eigentlich? Gilt sie beispielsweise für die Ostsee mit 2% Salzgehalt bei 20 Grad, wird der Wert auf dem Atlantik bei 4% und 25 Grad auf jeden Fall nicht annähernd erreicht werden können.

Wer in kalte Gefilde, wie die Antarktis, segeln möchte, könnte nun zu dem Schluss gelangen, dass ein Wassermacher dort keinen Nutzen bringt, da die Wassertemperatur sehr niedrig ist. Das ist falsch. Gerade in diesen Regionen ist es oft so, dass an der Wasseroberfläche Schmelzwasser mit einem sehr geringen Salzgehalt auf dem Salzwasser schwimmt. Es hat einen geringen osmotischen Druck und somit hebt sich das sehr oft wieder auf.

In arktischen Regionen schwimmt Schmelzwasser auf dem Salzwasser.

Dreiwegehahn für Tank (Nr. 7) und Test-Outlet (Nr. 8)

Hinter der Membran sollte die Anlage einen Dreiwegehahn haben, damit gesteuert werden kann, was mit dem frisch produzierten Trinkwasser passieren soll. Dies ist wichtig, da das Wasser insbesondere am Anfang der Produktion nach dem Einschalten der Anlage zunächst noch einen recht hohen Salzgehalt hat und nicht schmeckt. Es dauert für gewöhnlich ein bis zwei Minuten, bis die Anlage einjustiert ist und schmackhaftes Trinkwasser produziert. Bis dahin soll das Wasser natürlich nicht in den Tank gelangen und muss außenbords befördert werden. Dies erlaubt mir der Dreiwegehahn.

Bedieneinheit mit Dreiwegehahn

Es gibt Anlagen, die diese Entscheidung automatisch fällen, indem sie den Salzgehalt im Wasser messen. Ich persönlich halte das aus drei Gründen nicht für ratsam. Erstens: Dafür muss eine eventuell störanfällige Elektronik verbaut werden. Zweitens: Die Automatik erkennt keine Konservierungschemie, die in der Anlage nach Stilllegung erst einmal ausgespült werden muss. Und drittens: Ich habe bei einer Automatik keinen Einfluss auf die Umschaltung, aber genau das ist mir persönlich wichtig.

Dazu ein Beispiel: Je länger die Anlage läuft, desto besser wird das Wasser. Wer das Wassermacher-Wasser trinken möchte (Teeexperten schwören auf die Reinheit und Qualität), ist am besten beraten, am Ende der Produktion das Wasser am Test-Outlet in Trinkflaschen zu füllen. Das Wasser direkt aus dem Tank zu trinken, ist nur bedingt ratsam, weil es im Tank zwangsweise durch Bakterien und andere Organismen verunreinigt wird und – wie herkömmliches Trinkwasser auch – dann umkippt. Das beste Wasser kommt direkt aus der Membran. Hat der Wassermacher einen Dreiwegehahn, kann ich jederzeit qualitativ hochwertiges Wasser abzapfen, wenn die Anlage läuft, und bin nicht darauf angewiesen, das deutlich schlechter schmeckende Tankwasser zu trinken.

Test-Outlet an der Spüle an Bord einer Blauwasseryacht

Ich empfehle, das Test-Outlet an der Spüle in der Pantry zu installieren. Logischerweise darf, wenn das Test-Outlet offen ist, der Auslass der Spüle nach draußen nicht durch ein Seeventil verschlossen sein. Und es ist ratsam, den Hahn so zu positionieren, dass an ihm auch die Flaschen gefüllt werden können – sie sollten unter den Hahn passen.

Bedieneinheit (Nr. 10)

Hierzu gibt es nicht viel zu sagen. Jeder Hersteller baut sie anders auf. Wichtig ist allerdings, dass ich hier regeln kann, welchen Druck die Hochdruckpumpe erzeugen soll, und dass ich sehen kann, welche Wassermenge produziert wird. Wie oben erläutert, sind das die beiden Parameter, die die Anlage limitieren und bei Fehlbedienung auch zerstören können.

Ein Wassermacher braucht theoretisch keine Elektronik. Von daher würde ich bei der Bedieneinheit auf jeglichen „Schnickschnack“ verzichten wollen. Blauwasserschiffe sind ohnehin schon technisch komplex genug. Keep it simple 🙂

Bedieneinheit an der Spüle an Bord einer Fahrtenyacht

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Fazit

Unterm Strich ist der Wassermacher nur auf den ersten Blick ein komplexer Gegenstand. Dass der Aufbau der Anlage eigentlich ganz einfach ist, ist hoffentlich anhand der vorstehenden Zeilen nachvollziehbar geworden. Nichtsdestotrotz sollte man bei der Anschaffung auf eine sehr gute Beratung hinsichtlich der einzelnen Komponenten achten.

Nicht selten spielt bei der Anschaffung auch das Budget eine Rolle. Dazu ein Hinweis: Selbstverständlich kann man einen Wassermacher auch sehr preiswert zusammenstellen, aber dann wird es wahrscheinlich wenig Freude mit dem Gerät geben. Die Kunst beim Wassermacher liegt darin, die richtigen qualitativ relevanten Komponenten miteinander zu kombinieren. Schließlich soll er zuverlässig funktionieren. Nur dann bringt er eine große Unabhängigkeit mit sich.

Übersicht zur Serie auf BLAUWASSER.DE

Teil 1: Komponenten, Funktion, Installation und Tipps
Teil 2: Dimensionierung, Stromverbrauch und Energierückgewinnung
Teil 3: Service, Wartung und Konservierung