Sole

Sole ist eine hochkonzentrierte Lösung von Salz (NaCl) in Wasser (H₂O). In verschiedenen Zusammenhängen kann sich Sole auf Salzlösungen beziehen, die von etwa 3,5 % (eine typische Konzentration von Meerwasser, am unteren Ende der Konzentration von Lösungen, die zum Pökeln von Lebensmitteln verwendet werden) bis zu etwa 26 % (eine typische gesättigte Lösung, abhängig von der Temperatur) reichen. Sole entsteht auf natürliche Weise durch die Verdunstung von salzhaltigem Grundwasser, wird aber auch bei der Gewinnung von Natriumchlorid erzeugt. Sole wird in der Lebensmittelverarbeitung und beim Kochen (Beizen und Pökeln), zum Enteisen von Straßen und anderen Bauwerken sowie in einer Reihe von technologischen Prozessen verwendet. Sie ist auch ein Nebenprodukt vieler industrieller Prozesse, wie z. B. der Entsalzung, und muss daher zur ordnungsgemäßen Entsorgung oder Weiterverwendung (Süßwasserrückgewinnung) behandelt werden. ⓘ

Wasser mit Salz ⓘ

Sole (aus spätmittelhochdeutsch sul, sol für „Salzbrühe“) ist eine wässrige Lösung von Salzen, die mindestens 14 g gelöster Stoffe pro 1 kg Wasser enthält. Ursprünglich bezeichnete der Ausdruck nur die Kochsalz-Lösungen, aus denen aus natürlichen Solequellen in Salinen, Gradierwerken, Salzbergwerken oder am Meer Salz gewonnen wurde. Durch Eindampfen an der Sonne (Evaporation) oder Sieden der Sole wird dann Kochsalz gewonnen. ⓘ

In der Natur

Ein NASA-Techniker misst mit einem Aräometer in einem Salzverdunstungsteich in San Francisco den Konzentrationsgrad von Salzsole. ⓘ

Solen werden in der Natur auf verschiedene Weise erzeugt. Die Veränderung von Meerwasser durch Verdunstung führt zur Konzentration von Salzen in der verbleibenden Flüssigkeit. Eine charakteristische geologische Ablagerung, ein so genannter Evaporit, bildet sich, wenn verschiedene gelöste Ionen den Sättigungszustand von Mineralien erreichen, typischerweise Gips und Halit. Ein ähnlicher Prozess findet in hohen Breitengraden statt, wenn Meerwasser gefriert und eine Flüssigkeit entsteht, die als kryogene Sole bezeichnet wird. Zum Zeitpunkt der Bildung sind diese kryogenen Solen definitionsgemäß kälter als die Gefriertemperatur des Meerwassers und können eine Besonderheit hervorrufen, die als Brinicle bezeichnet wird, bei der kühle Solen absteigen und das umgebende Meerwasser gefrieren. ⓘ

Die Sole, die als Salzwasserquellen an der Oberfläche auftaucht, wird als "Licks" oder "Salinen" bezeichnet. Der Gehalt an gelösten Feststoffen im Grundwasser ist von einem Ort zum anderen auf der Erde sehr unterschiedlich, sowohl hinsichtlich der spezifischen Bestandteile (z. B. Halit, Anhydrit, Karbonate, Gips, Fluorid-Salze, organische Halogenide und Sulfat-Salze) als auch hinsichtlich der Konzentration. Nach einer von mehreren Klassifizierungen des Grundwassers auf der Grundlage des Gesamtgehalts an gelösten Feststoffen (TDS) ist Sole Wasser mit einem TDS-Gehalt von mehr als 100.000 mg/L. Sole fällt häufig bei der Fertigstellung von Bohrlöchern an, insbesondere nach dem Hydraulic Fracturing eines Bohrlochs. ⓘ

Verwendungen

Kulinarisch

Sole ist ein gängiges Mittel in der Lebensmittelverarbeitung und beim Kochen. Salzlake dient der Konservierung oder dem Würzen von Lebensmitteln. Das Pökeln kann bei Gemüse, Käse und Obst in einem Prozess angewendet werden, der als Beizen bekannt ist. Fleisch und Fisch werden in der Regel für kürzere Zeit in Salzlake eingelegt, um sie zu marinieren, ihre Zartheit und ihren Geschmack zu verbessern oder ihre Haltbarkeit zu verlängern. ⓘ

Herstellung von Chlor

Elementares Chlor kann durch Elektrolyse von Salzlake (NaCl-Lösung) hergestellt werden. Bei diesem Verfahren entstehen auch Natriumhydroxid (NaOH) und Wasserstoffgas (H₂). Die Reaktionsgleichungen lauten wie folgt:

• Kathode: ${\ce {2 H+ + 2 e- -> H2 (^)}}$
• Anode: ${\ce {2 Cl- -> Cl2 (^) + 2 e-}}$
• Gesamtprozess: Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \ce{2 NaCl + 2 H2O -> Cl2 + H2 + 2 NaOH <span title="Aus: Englische Wikipedia, Abschnitt &quot;Chlorine production&quot;" class="plainlinks">[https://en.wikipedia.org/wiki/Brine#Chlorine_production <span style="color:#dddddd">ⓘ</span>]</span>}}

Kühlflüssigkeit

Sole wird als Sekundärflüssigkeit in großen Kälteanlagen für den Transport von Wärmeenergie verwendet. Die am häufigsten verwendeten Solen basieren auf preiswertem Calciumchlorid und Natriumchlorid. Sie werden verwendet, weil die Zugabe von Salz zu Wasser die Gefriertemperatur der Lösung senkt und die Effizienz des Wärmetransports für die vergleichsweise geringen Kosten des Materials erheblich gesteigert werden kann. Der niedrigste Gefrierpunkt von NaCl-Sole liegt bei -21,1 °C (-6,0 °F) bei einer Konzentration von 23,3 Gew.-% NaCl. Dieser Punkt wird als eutektischer Punkt bezeichnet. ⓘ

Aufgrund ihrer korrosiven Eigenschaften sind Salzsole durch organische Flüssigkeiten wie Polyethylenglykol ersetzt worden. ⓘ

Natriumchlorid-Sole wird auf einigen Fischereifahrzeugen zum Einfrieren von Fisch verwendet. Die Temperatur der Sole beträgt im Allgemeinen -5 °F (-21 °C). Die Gefriertemperaturen beim Gebläse liegen bei -31 °F (-35 °C) oder darunter. Aufgrund der höheren Temperatur der Salzlake kann der Wirkungsgrad des Systems höher sein als beim Gefrieren mit Luftstrom. Hochwertige Fische werden in der Regel bei viel niedrigeren Temperaturen gefroren, die unter der praktischen Temperaturgrenze für Salzlake liegen. ⓘ

Wasserenthärtung und -aufbereitung

Sole ist ein Hilfsmittel in Wasserenthärtungs- und Wasserreinigungssystemen mit Ionenaustauschtechnologie. Das häufigste Beispiel sind Haushaltsgeschirrspüler, die Natriumchlorid in Form von Geschirrspülersalz verwenden. Die Sole ist nicht am eigentlichen Reinigungsprozess beteiligt, sondern wird zur zyklischen Regeneration des Ionenaustauscherharzes verwendet. Das zu behandelnde Wasser fließt durch den Harzbehälter, bis das Harz als erschöpft gilt und das Wasser bis zu einem gewünschten Grad gereinigt ist. Das Harz wird dann regeneriert, indem das Harzbett nacheinander rückgespült wird, um angesammelte Feststoffe zu entfernen, die entfernten Ionen mit einer konzentrierten Lösung von Ersatzionen aus dem Harz gespült werden und die Spüllösung vom Harz abgespült wird. Nach der Behandlung werden die mit Kalzium- und Magnesiumionen aus dem behandelten Wasser gesättigten Ionenaustauscherharzkügelchen durch Einweichen in einer 6-12%igen NaCl-haltigen Salzlösung regeneriert. Die Natriumionen aus der Salzlake ersetzen die Kalzium- und Magnesiumionen auf den Perlen. ⓘ

Enteisung

Bei niedrigeren Temperaturen kann eine Salzlösung zum Enteisen oder zur Verringerung der Gefriertemperaturen auf Straßen verwendet werden. ⓘ

Abwässer

Sole fällt bei vielen industriellen Prozessen als Nebenprodukt an, z. B. bei der Entsalzung, in Kühltürmen von Kraftwerken, bei der Gewinnung von Erdöl und Erdgas, bei der Entwässerung von sauren Minen oder saurem Gestein, bei der Umkehrosmose, bei der Aufbereitung von Chlor-Alkali-Abwasser, im Abwasser von Zellstoff- und Papierfabriken und bei Abfallströmen aus der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Neben verdünnten Salzen kann sie auch Rückstände von Vorbehandlungs- und Reinigungschemikalien, deren Reaktionsnebenprodukte und korrosionsbedingte Schwermetalle enthalten. ⓘ

Abwassersole kann eine erhebliche Gefahr für die Umwelt darstellen, sowohl aufgrund der korrosiven und sedimentbildenden Wirkung von Salzen als auch aufgrund der Toxizität anderer darin gelöster Chemikalien. ⓘ

Unverschmutzte Sole aus Entsalzungsanlagen und Kühltürmen kann in den Ozean zurückgeführt werden. Um die Auswirkungen auf die Umwelt zu begrenzen, kann sie mit einem anderen Wasserstrom verdünnt werden, z. B. mit dem Abfluss einer Kläranlage oder eines Kraftwerks. Da die Sole schwerer ist als Meerwasser und sich am Meeresboden ansammeln würde, sind Methoden erforderlich, die eine gute Diffusion gewährleisten, z. B. die Installation von Unterwasserdiffusoren in der Kanalisation. Andere Methoden umfassen die Trocknung in Verdunstungsteichen, die Einspeisung in Tiefbrunnen und die Lagerung und Wiederverwendung der Sole zur Bewässerung, Enteisung oder Staubbekämpfung. ⓘ

Zu den Technologien für die Aufbereitung von verunreinigter Sole gehören: Membranfiltrationsverfahren wie Umkehrosmose und Vorwärtsosmose, Ionenaustauschverfahren wie Elektrodialyse oder Kationenaustausch mit schwacher Säure oder Verdampfungsverfahren wie thermische Solekonzentratoren und Kristallisatoren mit mechanischer Brüdenkompression und Dampf. Neue Methoden zur Konzentration von Membransole, bei denen osmotisch unterstützte Umkehrosmose und verwandte Verfahren zum Einsatz kommen, beginnen sich im Rahmen von Zero-Liquid-Discharge-Systemen (ZLD) durchzusetzen. ⓘ

Zusammensetzung und Reinigung

Sole besteht aus einer konzentrierten Lösung von Na⁺- und Cl- Ionen. Natriumchlorid als solches kommt in Wasser nicht vor: Es ist vollständig ionisiert. Andere Kationen, die in verschiedenen Solen vorkommen, sind K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ und Sr²⁺. Die drei letztgenannten sind problematisch, weil sie Kesselstein bilden und mit Seifen reagieren. Neben Chlorid enthalten Solen manchmal auch Br- und I- und, besonders problematisch, SO2-
₄. Zu den Reinigungsschritten gehört häufig die Zugabe von Calciumoxid, um festes Magnesiumhydroxid zusammen mit Gips (CaSO₄) auszufällen, der durch Filtration entfernt werden kann. Eine weitere Reinigung wird durch fraktionierte Kristallisation erreicht. Das gereinigte Salz wird Siedesalz oder Siedesalz genannt. ⓘ

Aussolung

Für den einfacheren industriellen Salzabbau bzw. Transport wird auch das Salz mit Hilfe von Wasser aus dem Berg gewonnen (Aussolen bzw. Aussolung). Die früher – und auch heute noch vereinzelt – angewandte Technik besteht in der Schaffung von Laugenkammern (circa 2–3 m hohe Räume) im Berg, die mit Wasser gefüllt werden. Das Salz geht langsam im Wasser in Lösung. Nach Erreichen der natürlichen Sättigung (circa 26 % Salzgehalt) wird die Sole abgepumpt. ⓘ

Modernes Solverfahren

Heute erfolgt die Gewinnung meist über Bohrlochsonden. Dabei wird eine Tiefbohrung durch das Salzvorkommen getrieben. In das Bohrloch werden zwei konzentrische Spülrohre gehängt. In der ersten Phase der Aussolung wird durch das tiefer hängende Zentralrohr Süßwasser eingeleitet. Die entstehende Sole wird über das äußere Spülrohr nach über Tage verdrängt (direktes Solverfahren). ⓘ

Im Laufe des Abbaus wird der Spülkreislauf umgekehrt (indirektes Solverfahren). Dabei gelangt das Süßwasser über den Ringraum der Spülrohre in die Kaverne, sättigt sich auf dem Weg nach unten mit Salz langsam auf und verlässt die Kaverne über das tiefer hängende Zentralrohr als Sole. Zur Sicherung des Firstes der entstehenden Kaverne wird eine Schutzflüssigkeit oder ein Schutzgas (Blanket) über das äußere Spülrohr eingebracht. Durch eine geringere Dichte schichtet es sich über dem Wasser und verhindert eine vertikale Aussolung. ⓘ

Die durch Aussolung über Bohrsonden geschaffenen Hohlräume haben oft beachtliche Ausmaße (Durchmesser bis 80 m, Höhe bis 500 m, Volumen bis über 1 Mio. m³). Sie werden heute wegen der natürlichen Dichtheit oft als Untergrundspeicher für Erdgas und Erdöl verwendet, wobei die Sole bei der Einlagerung von Erdöl als Ausgleichsflüssigkeit dient. Wenn Erdöl in den Speicher gepumpt wird, wird die Sole verdrängt. Das Auslagern von Erdöl erfolgt wiederum durch Einpumpen von Sole. ⓘ

Soleverarbeitung

Die weitere Verarbeitung der Sole erfolgt in einer Saline. Die Saline Conow, gelegen in Südwestmecklenburg im Ortsteil Conow der Gemeinde Malliß im Landkreis Ludwigslust-Parchim, wurde erstmals am 28. August 1307 urkundlich erwähnt. Rudolf I. von Sachsen-Wittenberg hatte sie – kurz nach der Inbesitznahme des Landes Dömitz – den Nonnen des Klosters Eldena geschenkt, auf dessen Besitzungen die Salzquelle entdeckt worden war. ⓘ

Eine weitere von vielen Salinen (siehe die Liste der Salinen Deutschlands) existierte seit 1607 in Ebensee am Traunsee im Salzkammergut. In Bad Reichenhall, wo bereits seit der Römerzeit eine Saline besteht, wurde im Hochmittelalter das bedeutendste natürliche Solevorkommen entdeckt. Bis heute wird in Bad Reichenhall aus Sole, auch aus dem mit der Neuen Saline durch eine Pipeline verbundenen Salzbergwerk Berchtesgaden Salz hergestellt. Im Tourismusbereich wird die Soleleitung Reichenhall-Traunstein gerne als „älteste Pipeline der Welt“ beschrieben. ⓘ

Anwendung

Im Weiteren wird die Sole in der Lebensmittelindustrie zum Schockgefrieren von Fleisch und Fisch eingesetzt. Hierzu wird die Sole auf −35 °C heruntergekühlt und das Produkt hineingetaucht. ⓘ

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Winterdienst. Zum einen wird sie zur Anfeuchtung von Streusalz genutzt; die Winterdienstfahrzeuge haben einen Tank mit Sole, die dem Streusalz während der Ausbringung zugesetzt wird, um ein schnelleres Auftauergebnis zu erreichen und einer Verwehung vorzubeugen (Feuchtsalzstreuung). Zum anderen kommt sie alleine (d. h. ohne Trockensalz) in Taumittelsprühanlagen sowie speziellen Winterdienstfahrzeugen mit Flüssigstreumaschinen zum Einsatz. ⓘ

Auch in Wärmepumpen finden technisch hergestellte Solen Anwendung als Kühlmittel. Obwohl Produkte für tiefere Temperaturen als −35 °C ebenfalls als Kühlsole bezeichnet werden, basieren diese nicht zwangsläufig auf Salz. In Fachkreisen hat sich daher der Begriff Sole oder Kühlsole ebenfalls auf Produkte, die auf Glykol basieren eingebürgert. Diese Glykol-basierten Kühlsolen besitzen Gefrierpunkte bis −58 °C und werden heute bevorzugt in Tiefkühlprozessen eingesetzt. Neben signifikant tieferen Gefrierpunkten, besitzen Produkte dieser Art eine deutlich geringere Korrosivität gegenüber Metallen beziehungsweise sind dahingehend mit speziellen Korrosionsschutzmitteln ausgerüstet. ⓘ

Medizinische Anwendung

Kaiser-Karl-Quelle, Soletrinkbrunnen in Bad Reichenhall ⓘ

In der Medizin werden Kochsalz-Lösungen mit einem Salzgehalt von 1,5 bis 6 % als Sole bezeichnet. Die medizinische Wirksamkeit von Sole-Anwendungen bei einigen Hautkrankheiten ist unbestritten, bei anderen Anwendungsgebieten wird die Wirksamkeit in Frage gestellt. Es gibt Sole-Trinkkuren, Solespülungen, Solebäder, Sole-Einreibungen, Soleumschläge und Sole-Inhalationen. ⓘ

Sole wird in den touristisch oft gut erschlossenen Solebädern u. a. bei Hauterkrankungen, Allergien, Erkältungskrankheiten, Verdauungsbeschwerden, Stoffwechselstörungen, Nieren- und Harnblasenerkrankungen, „nervösen Störungen“, Konzentrationsschwäche und Schlafstörungen angewendet. ⓘ

Von Befürwortern angepriesene Behandlungserfolge bei Krebs, Menstruationsbeschwerden, Augenerkrankungen oder Schwermetallbelastungen sind wissenschaftlich nicht belegt. Seriöse Anbieter betonen eher den Effekt von Spaß, Erholung und Unterhaltung im Gesamtkontext eines Badeaufenthaltes, schränken die Indikationen wesentlich ein und erwähnen die Kontraindikationen. ⓘ