Technik: Wassermacher - Diese Systeme gibt es

Vor etwa zwei Jahrzehnten waren Watermaker noch ein Luxus, den sich nur wenige Bootsbesitzer leisten konnten. Die Systeme galten als Stromfresser und als sehr anfällig. Heute hin­gegen sind viele Yachten vor allem im Mittelmeer mit Wassermachern ausgerüstet. Die Systeme sind günstig und verlässlich geworden – und die Ansprüche sind gestiegen. Was gibt es Schöneres, als in sal­ziger Umgebung reichlich Süßwasser zur Verfügung zu haben? Und außerdem, so rechnen viele Eigner bei der Anschaffung eines Watermakers, spart das System ja Geld, denn das Süßwasser am Dock ist in süd­lichen Gefilden häufig teuer.

Die Anschaffung eines Watermakers als wirtschaftlichen Vorteil aufzufassen, ist allerdings eine Milchmädchenrechnung, denn für den Preis eines Produkts der Mittelklasse (gut 6000 Euro) ließen sich selbst in der Karibik bei Wasserkosten von etwa zehn Cent/Liter ganze 60 000 Liter Wasser bunkern. Bei einem durchschnittlichen Boot wären das etwa 150 Tankfüllungen. Unumstrittener Vorteil dagegen: Der Watermaker schafft Unabhängigkeit und den Luxus, nicht ständig bei der Routen­planung auf den Füllstand des Wassertanks schauen zu müssen.

Funktionsweise

Das Prinzip ist bei allen Wassermachern ähnlich: Wasser aus dem Ozean wird über ein Seeventil angesaugt und durchläuft mehrere stets feiner werdende Vorfiltersysteme. Zunächst einen Grobfilter, der größere Schwebeteile, Seegras und sonstige Partikel aus­filtert, damit sie nicht in die Pumpe gelangen. Anschließend einen Sedimentfilter mit fünf Mikrometern. Manche Eigner setzen vor den Filter auch noch einen gröberen Filter mit 20 Mikrometern, damit sich der feinere Filter nicht zu schnell zusetzt. Nach erfolgter Vorfil­te­rung wird das Seewasser dann über eine Hochdruckpumpe in eine Membran gedrückt, die das Salz nach dem Prinzip der Umkehrosmose aus dem Wasser filtert.

Die Osmose selbst ist aus dem Biologie­unterricht und aus dem Bootsbau bekannt, sie beschreibt den gerichteten Fluss molekularer Teilchen durch eine meist semipermeable Membran. Osmose ist in der Natur wichtig für die Regulation des Wasserhaushalts von Lebewesen und deren Zellen. Für die Entsalzung von Seewasser ist folgendes chemisches Gesetz ausschlag­gebend: Befinden sich in einem Behältnis zwei gleiche Flüssigkeiten, etwa beide reines Wasser, getrennt von einer Membran, dann ist der osmotische Druck auf die Membran von beiden Seiten gleich. Befindet sich auf der einen Seite bei gleichem Füllstand jedoch Salzwasser, dann übt das reine Wasser einen höheren osmotischen Druck auf die Membran aus. Denn da sich auf der Seite mit Salzwasser nicht nur Wasser-, sondern auch Salzmoleküle befinden, will das reine Wasser den Nachteil an Wassermolekülen ausgleichen. Mit der Zeit steigt der Pegel auf der Seite mit Salzwasser, während das reine Wasser optisch immer weniger wird. Es wirkt, als würde das Süßwasser in das Salzwasser fließen.

In Wirklichkeit gleichen sich die Mengen an Wassermolekülen jedoch auf beiden Seiten der Membran an, bis die Zahl beiderseits gleich ist. Da die Salzmoleküle für die Poren der halbdurchlässigen Membran zu groß sind, verbleiben sie weiterhin auf der Salzwasserseite, und der Pegel ist dort höher. Beim Testen des Salzgehalts lässt sich tatsächlich feststellen, dass das Salzwasser durch das reine Wasser verdünnt wurde.

Osmose befördert im Versuch also reines Wasser in eine Salzlösung, hält aber das Salz zurück. Zur Entsalzung von Seewasser wird das Verfahren deshalb umgedreht genutzt, als Umkehrosmose. Hierfür wird das Salz­wasser auf der einen Seite der Membran einem Druck ausgesetzt, der höher ist als der Druck, der durch das osmotische Bestreben nach Konzentrationsausgleich entsteht. Dadurch können die Moleküle des Lösungsmittels gegen ihre übliche osmotische Ausbreitungsrichtung wandern. Die Wasser­moleküle werden durch die Poren der Membran auf die andere Seite gedrückt und abgeführt, während das Salz zurückbleibt.

Die Membranfolie für das Prinzip der Entsalzungsmembranen, die heute zur Anwendung kommt, wurde in den frühen Sechzigerjahren ent­wickelt. Im Kern der runden Membran befindet sich ein stabiles Wasserrohr mit vielen Poren, über das das entsalzte Wasser abgeführt wird. Von diesem Rohr ausgehend ist eine Membran (etwa zwei Quadratmeter Fläche) spiral­förmig nach außen gewickelt. Die Membran befindet sich in einer stabilen Röhre, die dem Druck standhält, der nötig ist, um das Salzwasser entgegen dem osmotischen Druck durch die Membran zu pressen. Das Salzwasser wird außen entlang der Membran durch die Röhre gedrückt. Die Wassermoleküle bewegen sich durch die Membran in die zentrale Röhre und werden abgeführt, während Salzmoleküle und Verunreinigungen auf der Außenseite der Membran bleiben.

Damit sich die Poren der Membran jedoch nicht mit der Zeit zusetzen oder aus­gefilterte Kleinstlebewesen (die die Vor­filter passieren konnten) darauf verwesen, wird ein Großteil des Salzwassers aus der Membran hinaus zurück ins Meer geleitet und genutzt, um diese Verunreinigungen abzuführen. Allein die Wassermoleküle gelangen durch die Membran. Auch Schmutz, Bakterien (E. coli) und sonstige Verunreinigungen werden ausgefiltert, denn die Poren in der Membran haben nur einen Durchmesser von annähernd 0,0005 Mikrometern, sodass Bakterien (0,2 bis 1 Mikrometer) und Viren (0,02 bis 0,2 Mi­krometer) nicht durchpassen. Einzig Öl (beim Betrieb im Hafen) ist schädlich für den Watermaker, weil es die Poren zusetzt.

Typologie

Die genutzten Membranen sind bei sämt­lichen Watermakern gleich. Bei den Watermakern selbst gibt es drei Typen.

Erstens: die kleinen manuellen Survival- Watermaker, die nur dafür gedacht sind, im Notfall genug Wasser zu produzieren, damit die Crew überleben kann, etwa die Katadyn Survivor 06 (ca. 970 Euro bei SVB) und 35. Der Betrieb ist manuell (kleine Handpumpe) und mühselig. Eine Stunde Pumpen produziert beim Modell 06 etwa 0,9 Liter Wasser, beim größeren 35 sind es immerhin 4,5 Liter.

Zweitens: die elektrisch betriebenen Watermaker, die den Wasserstand im Tank bei normalem Gebrauch aufrechterhalten, wie der Spectra Ventura 200 oder der Schenker Smart 30. Es reicht dann, täglich das Gerät für zwei oder drei Stunden laufen zu lassen, um 100 Liter Wasser zu produzieren. Idealerweise bei Motorfahrt, wenn ohnehin Strom im Überfluss produziert wird. Es sind auch noch kleinere Produkte auf dem Markt erhältlich, wie der Katadyn Power Survivor 40E. Wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei jedoch nicht um einen komfortsteigernden Watermaker, sondern lediglich um ein Modell, das ohne Probleme (elektrische Pumpe) im Notfall die Grundbedürfnisse an Wasser stillen soll. Er produziert 5,7 Liter die Stunde bei 4 Ampere Verbrauch. Selbst mit einem einzigen Solarpaneel sollte es damit also im Notfall möglich sein, Wasser zu erzeugen.

Drittens: die großen, luxuriösen Watermaker mit hoher Leistung, gedacht, um an Bord geradezu verschwenderischen Komfort zu ermöglichen, zu duschen, eine Spülmaschine zu betreiben oder gar die Decks mit Süßwasser zu spülen. Sie liefern häufig um 160 Liter pro Stunde, benötigen dann aber 230 Volt (Generator) oder eine Keilriemenpumpe (Hauptmaschine), um betrieben zu werden. Beispiele: Echotec 1000 AML-2S (160 Liter/Stunde, 8,6 Ampere bei 230 Volt, ca. 5980 Euro), Echotec 900 BML-2 (Keilriemenpumpe, 150 Liter/Stunde, ca. 5990 Euro). Speziell ist der Echotec 780-DML-2: 120 Liter bei 80 Ampere (!) und 12 Volt (ca. 7020 Euro).

Bei der Dimensionierung des Water­makers ist es wichtig, sich vorab folgende Fragen zu beantworten: Wie viel Leistung ist nötig? Welchem Zweck soll der Watermaker dienen? Notfall, täglicher Bedarf oder Luxus? Wie viel Platz ist an Bord vorhanden? Kommt nur eine kompakte Einheit (Katadyn 40E) infrage? Ein Modularsystem (Schenker, Spectra, Ecotec) oder eine komplette Einheit? Wie betreibe ich das System? Autark über eine eigene Stromproduktion mit Solar und Wind, über den Dieselmotor oder einen Generator?

Dimensionierung

Im Normalfall wird der Watermaker lediglich die Unabhängigkeit sicherstellen sowie eine tägliche Dusche ermöglichen, also wird ein Mittelklasse-Modell ausreichen. Als Faustformel für die Dimensionierung eines Wassermachers für den üb­lichen Gebrauch als Buchtenbummler gilt folgender Anhaltswert: für zwei Personen die Erzeugung von 30 Litern pro Stunde.

Natürlich ist es möglich, mit einem 160-Liter-Modell ein Schiff für zwei Personen zu versorgen; der Water­maker wird dann nur alle paar Tage angeworfen. Aber zu lang dürfen die Abstände zwischen den Inbetriebnahmen auch nicht sein. Wenn das System länger als drei Tage nicht läuft, sollte es mit Süßwasser gespült werden, damit sich durch das Salzwasser in der Membran keine Bakterien bilden. Dabei ist es wichtig, dass kein Chlor (häufig dem Süßwasser in den Yachthäfen beigemischt) in die Membran gelangt, da es diese schnell zerstören würde. Kommt der Watermaker mehr als drei Wochen nicht zum Einsatz, muss das ganze System mit einer chemischen Lösung gespült und konserviert werden. Deshalb ist es gut, den Wassermacher nicht zu groß zu wählen und ihn lieber regelmäßig zu benutzen.

Montage

Die meisten Systeme sind heute in modularer Bauweise entwickelt, damit die Elemente (Pumpe, Filter, Membranen) einzeln montiert in jede kleinste Umgebung an Bord passen. Als Montageort bietet sich die
Bilge zwar an (vor allem für lange Membranen), aber es ist kein sicheres Gefühl, wenn Seeventil und Module leckageanfällig unter der Wasserlinie liegen. Der Ansaugpunkt sollte so weit unter der Wasserlinie liegen, dass das Seeventil auch bei rauer See nicht aus dem Wasser kommt und Luft zieht, denn dann muss das System entlüftet werden, und die Pumpen sind meist auch nicht trockenlauffähig.

Antrieb

Die Pumpen der Mittelklasse-Modelle werden entweder per Gleichstrom aus der 12-Volt-Batteriebank gespeist, mit 230 Volt Wechselstrom aus einem Generator oder Inverter oder alternativ per Keilriemen vom Motor angetrieben. Ist das Schiff bereits mit einem Generator ausgerüstet, um für Batterieladung zu sorgen oder sogar eine Klimaanlage zu betreiben, dann macht es Sinn, ein 110- oder 230-Volt-System zu installieren. Denn wenn der Generator ohnehin läuft, um die Batterien zu laden, kann nebenbei Wasser erzeugt werden. Oder aber der bei Motorfahrt vom Dieselmotor produzierte Strom wird per Inverter hochgeregelt.

Auf Yachten ohne Generator sind hingegen 12-Volt-Systeme beliebter, denn sie können häufig direkt über den Bordstrom und Solarpaneele betrieben werden und sind nicht abhängig von der Hauptmaschine oder einem Inverter. Auch ist es im absoluten Notfall möglich, alle Verbraucher ab­zuschalten und allein durch die Solarpaneele noch Wasser zu erzeugen.

Der Unterschied zwischen den Systemen liegt eigentlich aber nur darin, wie der nötige Druck aufgebaut wird, um das Wasser durch die Membran zu drücken. Bei einfachen 12-Volt-Systemen wird der Stromfluss natürlich weit größer sein (80 Am­pere, Echotec) und dickere Kabeldurchschnitte erfordern als bei einem 230-Volt-System mit ähnlicher Leistung (8,6 Ampere, Echotec)

Energie-Rückgewinnung

Um den osmotischen Druck des Salzwassers zu überwinden und es in Süßwasser zu verwandeln, sind etwa 55 Bar Druck auf der Membran nötig. Pumpen benötigen zum Aufbau solch eines hohen Drucks sehr viel Strom (80 Ampere/12 Volt). 12-Volt-Druckwasserpumpen (wie ein Modell von Shurflo, das im Schenker- und Spectra-Watermaker Verwendung findet) sind zwar deutlich stromsparender, können aber auch nur einen Druck von maximal 8,6 Bar aufbauen. Aus diesem Grund statten die Hersteller ihre Water­maker mit einem energiesparenden Energierückgewinnungssystem aus, das Spectra auch "Clark Pump" nennt, das aber dasselbe Prinzip zur Grundlage hat.

Das Konzept ist einfach, aber genial: Die 12-Volt-Pumpe baut zunächst Druck auf einen Kolben auf. Sobald der nötige Druck erreicht ist, wird der Kolben in Bewegung versetzt. Er schnellt in seinem Zylinder vor und bewegt dabei zugleich auf der anderen Zylinderseite einen zweiten Kolben, der Wasser mit dem nötigen Druck in die Membran presst. Das Energierückgewinnungssystem nutzt zugleich das immer noch mit hohem Druck aus der Membran austretende Salz­wasser, um die Kraft ein zweites Mal zu nutzen. Statt den Restdruck einfach wieder in die See entweichen zu lassen, wird das Wasser zurück in ein parallel montiertes, kleineres Kolbensystem geleitet. So werden 90 Prozent des Arbeitsdrucks erneut genutzt, den Hauptkolben zu bewegen. Auf diese Weise spart das System eine Menge Energie und ermöglicht einen Betrieb mit nur etwa 8 bis 10 Ampere.

Vor- und Nachteile

Die wasserproduzierende Leistung ist bei beiden Systemen (mit und ohne Energierückgewinnung) sehr ähnlich, der Energieverbrauch bei Systemen ohne aber natürlich deutlich höher. Der Schenker Smart 100 beispielsweise benötigt bis zu 60 Prozent weniger Energie, um eine ähnliche Menge Wasser zu produzieren wie der Echotec 780-DML-2. Kleine Systeme wie der Schenker Smart 30 brauchen gar nur 8 bis 10 Ampere Strom und können bei Sonne im Zenit von zwei 100-Watt-Solarpaneelen versorgt werden.

Der Vorteil einfacherer 12-Volt-Systeme ohne Energierückgewinnung liegt in der viel günstigeren und schlichteren Ausführung, die vor allem bei längerer Zeit an Bord mit einer geringeren Störanfälligkeit einhergeht. Wenn die Energierückgewinnungspumpe mit ihren komplexen Druck- und Stellsensoren viele Jahre von Salzwasser durchflossen wird und Korrosion entsteht, können immer wieder Probleme auftauchen. In abgelegenen Revieren ohne Händlernetz muss solch eine Pumpe dann häufig zum nächsten Händler geschickt werden, und es können Monate vergehen, bis das Gerät repariert zurückkommt.

Die simpleren Systeme, die lediglich aus einer Pumpe und einer Membran bestehen, können dagegen häufig vor Ort mit Klempnerutensilien repariert werden. Wird der Wassermacher nur während der Motorfahrten betrieben, ist der höhere Stromverbrauch ohnehin passé. Simpler ist auf Langfahrt häufig auch besser. Denn außer dass die Filter verstopfen oder ein Schlauch leckt oder gar platzt, kann solch eine Anlage bei funktionierender Hochdruckpumpe und einer intakten Membran kaum sonstige Fehler haben. Das ist auch der Grund dafür, dass Langfahrer lieber auf einfache Lösungen setzen oder sich ihren Watermaker gar selbst bauen. Die Einzelteile wie Manometer, Ventile und Filter sind günstig im Industriebedarf erhältlich, und als Pumpe nutzen Bootseigner einen simplen Kärcher-Hochdruckreiniger. Der ist kostengünstig (für weniger als 100 Euro) zu bekommen und im Notfall einfach auszutauschen.

An die Maschine montierte und per Keilriemen betriebene Hochdruckpumpen stellen eine weitere gute und problemarme Lösung dar. Der Umbau der Maschine kann allerdings meist nicht in Eigenarbeit erfolgen, denn ähnlich der Montage einer zweiten Lichtmaschine ist es nötig, eine passende Halterung für die Pumpe zu fertigen und die Maschine mit einer zusätzlichen Riemenscheibe für den Keilriemen nachzurüsten.

"Fliegende" Lösung

Ein viertes Prinzip des Wassermachens sind mobile Watermaker. Sie werden aber bislang nur von dem australischen Hersteller Rainman (Vertrieb über shipshop.de) angeboten. Der Nutzer hat hier die Wahl zwischen verschiedenen Modulen, die in handlichen Kästen und Gehäusen montiert sind und für die Zeit des Wassermachens an Deck aus­gebreitet werden – praktisch ein Provisorium für gelegentlichen Gebrauch.

Für den Betrieb sind immer eine Pumpeneinheit (samt Filter) und eine Membraneinheit nötig. Der Watermaker kann entweder über die Pumpeneinheit RainMan Electric AC (ca. 5290 Euro) an den 230-Volt-Bordstrom, Landstrom oder einen vorhandenen Generator angeschlossen werden oder über die Einheit RainMan Electric DC (ca. 4990 Euro) ans 12-Volt-Netz des Schiffs. Alternativ enthält das Modell RainMan Power (ca. 6190 Euro) einen eigenen kleinen Honda-Generator und läuft mit Benzin.

Das Pumpenelement saugt Salzwasser über einen an Deck ver­legten Schlauch an und presst es unter Hochdruck in eine Membran­einheit. Hiervon gibt es drei Modelle: Die RainMan High Output (je nach Modell ca. 200 bis 300 Euro Aufpreis) verfügt über zwei Membranen und liefert 100 bis 140 Liter Süßwasser pro Stunde, die Box RainMan Compact produziert 50 bis 70 Liter Süßwasser stündlich. RainMan Economy (500 bis 600 Euro weniger) liefert genauso viel Wasser, wird aber unverpackt geliefert.

Die richtige Wahl

Wichtig ist, dass beim Wassermachen die Energiebilanz stimmt. Ein 12-Volt-Water­maker mit Energierückgewinnungskonzept kann beispielsweise eine gute Wahl sein, wenn der Bootseigner gern mehrere Wochen am Stück vor Anker und völlig autark in den Buchten des Mittelmeeres verbringt. Ist sein ganzes Deck ohnehin mit Solarpaneelen belegt, dann lässt sich damit auch gut nebenbei Wasser produzieren. Wenn aber ein Generator für die Stromversorgung zuständig ist, dann kann ein über 230 Volt betriebenes System sinnvoller sein. Werden die Batterien während der Fahrt durch die Hauptmaschine geladen, dann macht eine an der Maschine montierte Keilriemen-Hochdruckpumpe am meisten Sinn. Wassermachen ist dann nur während der täglichen Motorfahrten möglich. Im Notfall geht das natürlich auch vor Anker mit laufender Maschine – doch es wäre nicht sehr ökonomisch, die große Maschine im Stand laufen zu lassen, um Wasser zu erzeugen. Denn dann kosten 100 Liter Wasser schnell mal 20 Euro – und das wäre deutlich teurer als am Steg.

Es gibt viele Pros und Kontras. Für einen zeitlich begrenzten Ausstieg kann beispielsweise ein neuer Watermaker mit Energierückgewinnung eine gute Entscheidung sein – denn in den ersten drei Jahren wird selbst ein anfälliges System wenige Fehler produzieren. Wer jedoch als Rentner sein Traumschiff gefunden hat und fortan einen Großteil seiner Zeit auf dem Schiff wohnen möchte, der wird an einem robusteren und einfacheren System auf Dauer mehr Freude haben – sich aber auch mit mehr Stromverbrauch abfinden müssen. Unter dem Strich ist die Wahl des Watermakers – wie bei so vielen Dingen auf Booten – eher schon eine Glaubensfrage.

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