Monatsthema März: Wasser und Klimawandel
Der internationale Weltwassertag der Vereinten Nationen am 22. März steht in diesem Jahr unter dem Motto „Wasser und Klimawandel“. Welche Lösungen und Konzepte zur Anpassung an den Klimawandel liefert die Wasserforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)?
Wasser ist die am stärksten vom Klimawandel bedrohte Ressource. Bereits heute leiden nach Schätzungen der Vereinten Nationen 3,6 Milliarden Menschen weltweit – also fast die Hälfte der Weltbevölkerung – mindestens einen Monat im Jahr unter schwerer Wasserknappheit. Wenn wir so weitermachen wie bisher, wird die globale Nachfrage nach Wasser Prognosen zufolge bis zum Jahr 2050 um voraussichtlich 55 Prozent steigen und bis zu 5,7 Milliarden Menschen werden von Wassermangel betroffen sein. Selbst in Deutschland haben starke Trockenperioden in den vergangenen Jahren regional zu massiven Ernteausfällen geführt. Der Klimawandel wird in vielen Regionen der Welt bestehende Wasserknappheit verschärfen, die Wasserqualität beeinträchtigen oder die Häufigkeit, Dauer und Intensität von Hochwasserereignissen und Dürreperioden erhöhen. Der Anstieg des Meeresspiegels und die damit verbundene Zunahme von Überschwemmungen und Sturmfluten bedrohen Siedlungen und Städte in Küstengebieten. Einerseits muss der Wassersektor diese Auswirkungen des Klimawandels bewältigen. Andererseits trägt die Nutzung der Ressource Wasser aber auch selbst zum Ausstoß von Treibhausgasen bei: Die Aufbereitung von und Versorgung mit Trinkwasser sowie die Abwasserreinigung benötigen viel Energie. Somit gehört Wasser zu den zentralen Bereichen, wenn es um Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel geht. Der Weltwassertag der Vereinten Nationen am 22. März rückt diesen Zusammenhang mit dem Motto „Wasser und Klimawandel" in diesem Jahr in den Mittelpunkt.
Die Potenziale des Wassersektors für die Klimaziele noch stärker zu nutzen und klimabedingte Wasserrisiken zu reduzieren, gehört auch zu den Schwerpunkten der Wasserforschung, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert. Aktuell wurde dazu am 29. Januar 2020 die Bekanntmachung Wasser-Extremereignisse veröffentlicht. Sie soll Städte und Gemeinden besser auf Dürren, Starkregen und Hochwasser vorbereiten. Mit 25 Millionen Euro werden beispielsweise innovative Monitoring-, Vorhersage- und Kommunikationskonzepte, klimaangepasste Wasserinfrastrukturen sowie Betriebs- und Risikomanagementstrategien finanziert.
Warum Klimaaspekte in der Wasserforschung wichtig sind
Innovative Technologien zur Wasserwiederverwendung tragen dazu bei, die verfügbare Menge des Wassers in Regionen mit Wassermangel zu erhöhen und den steigenden Wasserbedarf weltweit nachhaltig zu decken. Die Ergebnisse der laufenden Fördermaßnahme WavE zeigen, wie mehr Wasser durch Recycling und Entsalzung gewonnen werden kann. So haben Forschende neue Technologien entwickelt, um kommunale Abwässer sicher und wirtschaftlich wiederzuverwenden. Diese können anschließend in der Landwirtschaft zur Bewässerung genutzt werden. Zudem ermöglichen verbesserte Membranfilter, Salzwasser effizienter und nachhaltiger für die Trinkwasserversorgung, Landwirtschaft und industrielle Produktion aufzubereiten. Das spart Frischwasser. Darüber hinaus können Rückstände aus dem gereinigten Wasser, zum Beispiel Salze, als Rohstoffe weiterverwendet werden. Technologien für die Wiederverwendung von Wasser in der Industrie in möglichst geschlossenen Kreisläufen vermindern neben dem Wasserbedarf auch den Abwasseranfall bis hin zur abwasserfreien Produktion. Dies eröffnet wasserarmen Standorten weltweit die Perspektive einer wirtschaftlichen industriellen Produktion. Die in WavE erzielten Ergebnisse tragen auch dazu bei, Standards für eine sichere Wiederverwendung behandelter kommunaler Abwässer auf europäischer Ebene aufzubauen. Aktuell beschäftigt sich eine EU-Gesetzesinitiative mit Mindestanforderungen für den Einsatz dieser Wässer in der Landwirtschaft.
Das BMBF hat für die in WavE geförderten 14 Verbundprojekte mittlerweile rund 35 Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Um die großen Potenziale des Wasserrecyclings weiter zu erforschen, hat das Ministerium im Juli 2019 die Bekanntmachung Wassertechnologien: Wiederverwendung veröffentlicht.
Einen umfassenden Blick auf die vielfältigen Beziehungen und wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen Klima und den Sektoren Wasser, Energie und Landwirtschaft von der lokalen bis zur globalen Ebene wirft die Fördermaßnahme Globale Ressource Wasser (GRoW). Grundlage für klimaangepasste Maßnahmen sind digitale Monitoring- und Informationssysteme, die globale Prognosen zu Wasserressourcen und Wasserbedarf liefern. Sie ermöglichen es, Dürrefrühwarnsysteme und Modelle für die Grundwasserbewirtschaftung zu entwickeln, Wasser in der Landwirtschaft effizienter zu nutzen und auch den Wasserfußabdruck von global agierenden Unternehmen und des Energiesektors zu untersuchen. Dies erfordert ein sektorübergreifendes Zusammenspiel aller verantwortlichen Akteure und Institutionen. An GRoW sind daher mehr als 90 Institutionen aus Wissenschaft, Wirtschaft und Praxis in 12 Verbundprojekten beteilig. Die Ergebnisse aus drei Jahren angewandter Wasserforschung, die das BMBF mit ca. 29 Millionen Euro fördert, werden auf der GRoW-Abschlusskonferenz am 23. und 24. Juni 2020 in Berlin vorgestellt
Das GRoW-Projekt SaWaM: Saisonales Wasserressourcenmanagement in Trockenregionen
Ziel des Verbundprojektes SaWaM ist die Nutzung von globalen Satelliten- und Klimamodelldaten für das saisonale, lokale Wasserressourcenmanagement in Trockenregionen. Gerade für wasserarme Regionen spielen saisonale Daten, d. h. der nächsten sechs bis zwölf Monate, zur Wasserverfügbarkeit eine entscheidende Rolle. Denn durch ein frühzeitig angepasstes Wasserressourcenmanagement können z. B. durch Wasserknappheit bedingte Ernteeinbußen abmildert werden. Als zentrales Produkt haben die Projektbeteiligten in enger Kooperation mit deutschen Wirtschaftspartnern und lokalen Stakeholdern den Prototyp eines Online-Tools zur Entscheidungsunterstützung für das regionale Wassermanagement entwickelt. Dadurch erfolgt ein direkter Praxistransfer in die untersuchten Regionen im Iran, Brasilien, Sudan, Ecuador und westlichen Afrika. SaWaM wird nach dreijähriger Laufzeit Ende 2020 abgeschlossen.
Beispiele weiterer Wasserforschungsprojekte mit Klimabezug
Im Verbundprojekt TRUST arbeiten Experten verschiedener Fachrichtungen zusammen, um ganzheitliche Planungswerkzeuge sowie neuartige Konzepte zur Wasserver- und Abwasserentsorgung am Beispiel der wasserarmen Region Lima in Peru zu entwickeln. So wird ein neu entwickeltes softwaregestütztes Entscheidungsunterstützungssystem lokalen Versorgungsunternehmen dabei helfen, Gebiete mit hohem Risiko für Wasserverunreinigungen zu identifizieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um trotzdem eine sichere Trinkwasserversorgung zu gewähr-leisten. Weiterhin trainieren Forscherinnen und Forscher eine Künstliche Intelligenz (KI), mit deren Hilfe aus Luftbildern Aussagen über Bodeneigenschaften – zum Bei-spiel zur Bodenfeuchte, zur Art der Vegetation oder zur Bodenzusammensetzung – getroffen werden können. Der Einsatz einer KI birgt langfristig das Potenzial, aufwendige und teure Messkampagnen zur Ermittlung detaillierter Informationen über den Zustand des Grundwassers zu reduzieren. Ein Video gibt einen Einblick in die Funktionsweise und praktische Anwendung der Methode.
Das Verbundprojekt ViWA verwendet aktuelle Satellitendaten und Hochleistungsrechner, um den Wasserverbrauch für die Herstellung wichtiger Agrargüter wie Mais oder Weizen global hochaufgelöst zu bestimmen. Hierdurch sind Verbesserungen in der landwirtschaftlichen Praxis auf lokaler Ebene möglich, aber auch Simulationen zu den Wassermengen, die mit dem Weltagrarhandel bewegt werden.
Im Verbundprojekt GlobeDrought wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Dürreereignisse und ihre Risiken weltweit untersuchen. Ziel ist es, mit den gewonnenen Erkenntnissen ein Informationssystem aufzubauen. Es soll auch die Beobachtung des Dürrezustands in Fast-Echtzeit ermöglichen.
Das Projekt TrinkWave hat ein energieeffizientes und naturnahes Reinigungsverfahren entwickelt, das aus gebrauchtem Wasser hochwertiges und damit zusätzliches Wasser für die Trinkwasserversorgung insbesondere in städtischen Gebieten bereitstellt. Wie das sogenannte „SMART"-Verfahren funktioniert, erklärt ein Video.
Im Projekt HypoWave konnte erstmals gezeigt werden, dass mit aufbereitetem kommunalem Abwasser eine effiziente Pflanzenproduktion in einem hydroponischen System möglich ist. Hydroponisch heißt: Die Pflanzen werden über eine Nährlösung in Pflanzsystemen ohne Erde versorgt. Ein solches hydroponische Anbauverfahren leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft und ist insbesondere attraktiv für Regionen, die unter zunehmendem Wassermangel leiden oder aufgrund von klimatischen Veränderungen verstärkt auf Bewässerungssysteme angewiesen sind.
Das Verbundprojekt EPoNa im Norden Namibias geht der Frage nach: Wie lassen sich Abwasser-Teichanlagen in Afrika mit einfachen Mitteln so sanieren und ertüchtigen, dass anschließend ganzjährig Bewässerungswasser für Futterpflanzen zur Verfügung steht? Das entwickelte Konzept basiert auf dem Einsatz neuer, aber einfacher und praxisnaher Techniken. Sie erhöhen die Kapazität der vorhandenen überlasteten Teichanlagen, verringern die Methangas-Emissionen, verbessern die Ablaufqualität und ermöglichen eine Nutzung der im Wasser und Schlamm enthaltenen Nährstoffe als Pflanzendünger. Filmbeitrag zum Verbundprojekt EPoNa in der ZDF-Sensung nano vom 29.10.2019 (Minute 03:42 bis 10:40).
Am Beispiel der Stahlindustrie arbeiten Partner aus Wissenschaft, Forschung und Industrie im Verbundprojekt WEISS an neuen Verfahren und Konzepten, um die Effizienz der Kühlwasserkreisläufe zu erhöhen. Dadurch kann der Frischwasserbedarf eines Stahlstandortes mit großem Warmwalzwerk um ca. 20 Prozent gesenkt werden. Dies entspricht dem Wasserverbrauch einer Siedlung mit knapp 20.000 Einwohnern. Die entwickelten Verfahren sind weltweit und branchenübergreifend auf Kühlwasserkreisläufe übertragbar.
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