Klimawandel

Das Projekt zielt darauf ab, einen anwenderorientierten, auf andere Gebiete übertragbaren Leitfaden zur Vorbereitung eines konsensorientierten wasserrechtlichen Bewilligungsverfahrens zu erarbeiten. Dabei werden unterschiedliche Gebietswassermanagementszenarien verglichen und anhand von Ökosystemdienstleistungen bewertet. Zudem sollen Akzeptanzhemmnisse unter den Stakeholdern abgebaut werden, indem sie das geplante Gebietsmanagement konsensual mitgestalten können.

Wasser gerät als begrenzte Ressource in ausgewählten Regionen Deutschlands zunehmend unter Druck. Ursachen dafür sind u.a. Bevölkerungswachstum, industrielle Einflüsse und klimawandelbedingte Auswirkungen, wie z.B. erhöhter Bewässerungsbedarf in der Landwirtschaft, Dürren oder Überschwemmungen. Gleichzeitig belasten anthropogene Spurenstoffeinträge die verfügbaren Wasserressourcen. Um die klimawandelbedingte, nachhaltige Schädigung wassersensibler Ökosysteme vorzubeugen, kann ein aktives Gebietswassermanagement ein geeignetes Steuerungsinstrument darstellen.
Ökologisch orientiertes Wasserressourcenmanagement in Engpassregionen akzeptanzorientiert gestalten – DBU
An diesem Punkt knüpft das Projekt „ÖkoWasEng“ („Ökologisch orientiertes Wasserressourcenmanagement in Engpassregionen akzeptanzorientiert gestalten“) an, welches von der IWW Institut für Wasserforschung gGmbH, gemeinsam mit dem DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. und der Wasserversorgung Rheinhessen-Pfalz GmbH bearbeitet wird. Das Projekt zielt darauf ab, einen anwenderorientierten, auf andere Gebiete übertragbaren Leitfaden zur Vorbereitung eines konsensorientierten wasserrechtlichen Bewilligungsverfahrens zu erarbeiten.
Die Methodenentwicklung und -validierung erfolgt anhand einer Fallstudie im Untersuchungsgebiet der wvr, welches in einer der trockensten und klimawandelsensitivsten Regionen Deutschlands liegt. Die steigenden Trinkwasserbedarfe können über die eingeschränkten Grundwasservorkommen in der Region nicht nachhaltig gedeckt werden. Aus diesem Grund plant die wvr eine weitere, redundante Uferfiltratgalerie nördlich einer bereits bestehenden Anlage. Das Areal der geplanten Anlage liegt in der Rheinaue und umfasst ein Natura 2000-Gebiet. Zur Stützung des Wasserhaushalts wird ein Aquifer Storage Transfer and Recovery System vorgesehen, welches das Kernelement des angestrebten Gebietswassermanagements ist.

Auswirkungen des Klimawandels auf das Grundwasserdargebot in Deutschland

Die heißen und trockenen Sommer der letzten Jahre haben den Klimawandel in das Bewusstsein der deutschen Wasserwirtschaft und Gesellschaft gebracht. Studien zeigen, dass sich der natürliche Wasserkreislauf in Zukunft weiter verändern wird und die Wasserwirtschaft vor großen Herausforderungen steht. Laut einer Klimastudie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) ist in Deutschland mit einer leichten Zunahme der Jahresniederschläge zu rechnen, was zu einem leichten Anstieg des mittleren Jahresabflusses und der Grundwasserneubildung führt. Allerdings werden Trockenperioden an Dauer und Intensität zunehmen und die Periode der Grundwasserneubildung abnehmen.

Um die zukünftig zunehmende räumlich-zeitliche Variabilität der Grundwasserneubildung lokal und regional und ihre konkreten Auswirkungen auf das Grundwasserdargebot in Deutschland zu untersuchen, werden lokale numerische Grundwassermodelle aus verschiedenen Regionen Deutschlands eingesetzt und mit unterschiedlichen Klimaprojektionen und den damit verbundenen Änderungen der Grundwasserneubildung gerechnet. Die Modellergebnisse werden anschließend harmonisiert und hinsichtlich der Ableitbarkeit allgemeingültiger Aussagen in Abhängigkeit von z.B. Grundwasserleitertyp, Region und Klima analysiert.
Diese Ergebnisse stellen zum einen eine Entscheidungsgrundlage zur Anpassung an den Klimawandel für die beteiligten deutschen Wasserversorgungsunternehmen dar, zum anderen geben sie Hinweise auf die zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels in Deutschland insgesamt.

Voraussetzung für die Einbindung der Pilotstandorte in das Projekt GW_Impact ist ein vorhandenes räumliches, stationär oder instationär kalibriertes Strömungsmodell ausreichender Größe (>10 km²), das entweder einen Poren-, Kluft- oder Karstgrundwasserleiter repräsentiert.

Wasserversorgung in Engpassregionen: Infrastrukturlandkarte Deutschland und Optionen zur Resilienzsteigerung und Anpassung an den Klimawandel

Bereits die DVGW-Forschungsprojekte Wasserdargebot  und WATDemand brachten Erkenntnisse darüber, wie sich Wasserbedarf und Wasserdargebot unter den klimatischen Rahmenbedingungen in der nahen und fernen Zukunft voraussichtlich entwickeln werden.

Mit dem Forschungsprojekt RESILJetzt! wurde der Status Quo identifiziert, Resilienzoptionen und -potenziale im Hinblick auf wasserwirtschaftliche Infrastrukturen analysiert sowie  sonstige Maßnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit gebündelt untersucht. Die Ergebnisse zielten darauf ab, örtliche Akteure, Wasserversorgungsunternehmen, Verbände, Kommunen und Behörden zu sensibilisieren, in ihren Planungen zu unterstützen sowie Entscheidungshilfen für Resilienzoptionen in den künftigen Wasser-Engpassregionen anzubieten.

Das Vorhaben zielt darauf ab, den Energieeinsatz einer Grundwasserförderung so zu optimieren, dass keine Qualitätseinbußen beim Rohwasser hingenommen werden müssen.

Energieeinsparpotentiale bei der Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung sind von großer Bedeutung für eine energieeffiziente öffentliche Wasserversorgung. Nur wenige Forschungsprojekte haben sich an einer gekoppelten Betrachtung von Brunnenförderleistung und Rohwasserqualität versucht. Das ist bei Grundwasserförderung wichtig, denn die verfügbaren Wassermengen und -qualitäten haben maßgeblich Einfluss auf den Energiebedarf der Wassergewinnung sowie auch der nachfolgenden Wasseraufbereitung. Sie sind in zweierlei Hinsicht für die Identifizierung und Realisierung von Energieeinsparpotentialen relevant: (i) als limitierender Faktor, da eine Energieoptimierung nicht zu einer Qualitätseinschränkung des geförderten Rohwassers führen darf (DVGW-Information Wasser Nr. 77) und (ii) als ungenutztes Potential, da ein an den Qualitätsparametern orientiertes, energieoptimales Brunnenmanagement in der Wasserversorgung derzeit mangels fachlich anerkannter und praxistauglicher Lösungen noch nicht umgesetzt wird.

Das Vorhaben SmartWaterOpt zielt daher darauf ab, diese Lücke bestehender Optimierungsansätze zu schließen, indem es intelligente, praxisorientierte Analysewerkzeuge zur integrierten qualitäts- und energieoptimierten Steuerung von Brunnengalerien für Anlagenbetreiber entwickelt und deren praktischen Nutzen unter ökonomisch-ökologischen Aspekten demonstriert. Hierbei kommen innovative Analysemethoden zur Anwendung, um die bereits in der Praxis angewendete Methoden zur energetischen Optimierung von Pump- und Verteilungssystemen in der Wassergewinnung und die durch Grundwasserdargebot und -qualität vorgegebenen Limitierungen bzw. Optimierungspotentiale zu verbinden. Aufbauend auf den praktischen Erkenntnissen wird eine fachlich anerkannte Optimierungsmethodik, bestehend aus praxisorientierten Leitfäden und Tools, entwickelt, welche die wasserwirtschaftliche Nutzung von Einzelbrunnen und Brunnengalerien fokussiert und somit sowohl Wasserversorgungsunternehmen als auch an Industriebetriebe mit eigener Wassergewinnung adressiert.

Das CIRSEAU Projekt hat zum Hauptziel, ein kollaboratives Wasserökosystem aufzubauen, das starke Synergien zwischen verschiedenen Akteuren der Kreislaufwasserwirtschaft erzeugt. Die Initiative zur Steigerung der Wassernutzungseffizienz und -wiederverwendung basiert auf dem CIRSEAU-Cluster – bestehend aus den Projekten B-WaterSmart, REWAISE, ULTIMATE, WIDER UPTAKE and WATER-MINING – das sich bereits im Jahr 2020 etablierte.

Die Arbeitsgruppen des CIRSEAU-Clusters bereiteten die Ergebnisse von 35 Demonstrationsstandorten auf, um Synergien in den verschiedenen Untersuchungsgebieten zu fördern. Das Cluster trug so zur Kreislauffähigkeit des europäischen Wasserökosystems bei, indem es alternative Wasserquellen identifizierte, den Wasserverbrauch reduzierte, die Nutzungseffizienz erhöhte, wertvolle Materialien aus dem Wasser zurückgewann, treibhausgasarme Wasserkreisläufe erzeugte und deren Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel stärkte. Außerdem wurden gemeinsame Kurzdossiers veröffentlicht und Öffentlichkeitsarbeit betrieben.

CIRSEAU wird nun von der European Research Executive Agency als 36-monatige Coordination and Support Action (CSA) finanziert, um die Marktakzeptanz, die Zusammenarbeit und den Wissensaustausch weiter zu verbessern. Mit gezielter beruflicher Qualifizierung, Aus- und Weiterbildung soll CIRSEAU die Wahrnehmung und das Verhalten der Wassernutzer verändern und zirkuläre Lösungen fördern. Durch proaktive Stakeholder-Konsultation und gemeinschaftliche Zusammenarbeit adressiert das Projekt relevante soziale Barrieren und entwickelt eine Roadmap für ein effizientes Management von Ressourcen und Energien in einem nachhaltigen Wasserkreislauf. Durch die Integration relevanter Gremien in die Entwicklung von Kriterien zur Festlegung des Endes der Abfalleigenschaft (EoW) und zur Weiterentwicklung von Standards für innovative Lösungen wird CIRSEAU den Übergang zu einer zirkulären Wasserwirtschaft im Einklang mit der EU-Politik der Null-Schadstoff-Politik beschleunigen, um bis 2050 klimaneutral zu werden.

Das CIRSEAU-Projekt plant außerdem die Zusammenarbeit mit seinem Schwesterprojekt BOOST-IN, das sich mit Herausforderungen im Zusammenhang mit Wasserressourcen befasst, sowie anderen EU-Projekten und -Initiativen, um zu einem wasserbewussten und kreislauforientierten Europa beizutragen.

Unter dem Titel „Ein revolutionärer Ansatz zur Maximierung der Wiederverwendung von Prozesswasser und der Rückgewinnung von Ressourcen durch eine intelligente, zirkuläre und integrierte Lösung“ revolutioniert das Projekt R3VOLUTION die industrielle Wasserwirtschaft in der EU.

Die Wassernutzung in der Industrie hat verschiedene Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und die Gesellschaft in Europa. Eines der Hauptprobleme in diesem Bereich ist die Wasserknappheit, da 40 % des entnommenen Wassers in Europa von der Industrie genutzt wird. Dies ist insbesondere ein Problem in Gebieten mit begrenzten Wasserressourcen, Verschmutzung der Wasserressourcen, allgemeiner Verschlechterung der Wasserqualität und erheblichem Energieverbrauch im Zusammenhang mit der Wassernutzung und -aufbereitung. Trotz dieser Tatsache und der zusätzlichen Auswirkungen des Klimawandels sind Lösungen und Initiativen zur Rückgewinnung von Industrieabwasser selten, vor allem weil der Preis für Wasser nicht seinen wahren Wert oder seine Verfügbarkeit widerspiegelt. Dies hält die Industrie oft davon ab, in dringend benötigte Technologien zur Wasserrückgewinnung zu investieren.

Um den Weg für einen nachhaltigen und effizienten Wasser- und Ressourcenverbrauch zu ebnen, entwickelt das R3VOLUTION Projekt Schlüsselinnovationen, die eine wirtschaftliche, ökologische und betriebliche Wasserrückgewinnung ermöglichen und die Herausforderungen der Lösungsmittel- und Energierückgewinnung angehen.

Im Laufe von vier Jahren demonstrieren die Projektpartner nachhaltige Lösungen für die Ressourcenrückgewinnung und entwickeln maßgeschneiderte membranbasierte Aufbereitungsanlagen, die mit Abwärme gekoppelt sind, sowie einen digitalen Prozessassistenten, um eine optimale Konfiguration für verschiedene industrielle Umgebungen zu erreichen. Hierbei werden Risiken bei der Umsetzung minimiert und der Betrieb entscheidend unterstützt. Um das industrielle Wassermanagement zu revolutionieren, umfasst das R3VOLUTION-Projekt vier Demonstrationsstandorte im Pilotmaßstab, die die Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit von Lösungen in der petrochemischen Industrie, der biobasierten Chemie, der Stahlindustrie sowie der Zellstoff- und Papierindustrie zeigen. Das IWW Zentrum Wasser leitet die Öffentlichkeitsarbeit im Projekt und arbeitet an den technischen Lösungen mit.

Im Rahmen des Projekts WRAP-GH2 geht es um die Frage, ob die lokale Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff in Jordanien eine sinnvolle Option darstellt.

Länder der MENA-Region wie Jordanien sind daran interessiert, Wasserstoff (H2) zu erzeugen. In der Diskussion überwiegt dabei häufig die Rolle von H2 als Exportprodukt durch Entwicklung großindustrieller Erzeugungsanlagen, obwohl auch dezentrale Wasserstoffsysteme mit vergleichsweise klein skalierter Produktion und Nutzung von Wasserstoff vor Ort eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung spielen können. Die Ressourcenausstattung Jordaniens für die elektrolysebasierte Erzeugung von grünem Wasserstoff ist jedoch von Ambivalenz geprägt: Während Sonnenenergie für den Betrieb von Elektrolyseuren nahezu unbegrenzt vorhanden ist, steht Wasser als Rohstoff für die Wasserspaltung nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Unkonventionelle Wasserressourcen, wie entsalztes Meerwasser oder recyceltes Abwasser, könnten eine Alternative darstellen, genau wie Maßnahmen für einen bewussteren Umgang mit Wasser.

Im Rahmen des Projekts WRAP-GH2 analysiert das Projektteam, ob die lokale Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff in Jordanien eine sinnvolle Option darstellt. In einem konzeptionellen Ansatz werden alternative Wasserressourcen (beispielsweise Abwasser) identifiziert, um die Wasserknappheit in Jordanien nicht weiter zu verschärfen. Strom für die Elektrolyse soll über eine Agri-PV-Anlage generiert werden. Mit Blick auf dieses Gesamtsystem sollen Geschäftsmodelle identifiziert und gemeinsam mit Stakeholdern aus Jordanien und Deutschland diskutiert werden.

Für das Projekt im Rahmen der Exportinitiative Umweltschutz kooperiert die IWW Forschung mit dem Wuppertal Institut. Während das IWW seine Expertise im Wasserbereich einbringt, konzentriert sich das Wuppertal Institut auf sozioökonomische Fragestellungen rund um Wasserstoff und Agri-PV.

https://www.now-gmbh.de/projektfinder/wrap_gh2/

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Mittels Simulation des Bodenwasserhaushalts konnte gezeigt werden, dass die Grundwasserneubildung, trotz Klimawandel, im 21. Jahrhundert in Westdeutschland nahezu konstant bleibt.

Ein nachhaltiges Grundwassermanagement erfordert Kenntnisse über den gesamten Wasserhaushalt des Grundwasserleiters. In diesem Projekt wurde daher der gesamte Prozess der Grundwasserneubildung inklusive Pflanze, Boden und Grundwasserleiter untersucht. Fokus wurde dabei auf die Vegetation gelegt, deren Wasserbedarf sich aufgrund der klimatischen Veränderungen anpassen wird.

Die Ergebnisse wurden hier veröffentlicht: https://doi.org/10.1002/hyp.14805

Entwickelt werden soll ein Webtool, das stets aktuelle automatisierte Wasserbedarfsprognosen auf einer geschützten Online-Plattform anbietet.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein unterstützendes Web-Tool zur Erstellung von Wasserbedarfsprognosen zu entwickeln. Basis sind etablierte Methoden und Werkzeuge in Kombination mit neuartigen Analysemethoden (Machine Learning, neuronale Netze etc.) sowie weiteren verfügbaren Werkzeugen (Software-Artefakten).

Die angestrebte Verbreiterung und verbesserte Analyse der üblicherweise zur Verfügung stehenden Datenbasis soll die Genauigkeit von Wasserbedarfsprognosen erhöhen. Die Nutzung bereitgestellter Algorithmen und externer Datenquellen kann in Verbindung mit einer anwenderfreundlichen und möglichst intuitiven Benutzeroberfläche den Arbeitsaufwand für die Erstellung von Wasserbedarfsprognosen dabei deutlich reduzieren.

Ziel dieses Projekts ist es, die Grundwasserverschmutzung zu verstehen, um die Wasserqualität zu schützen und zu verbessern.

Das Hauptziel des Projekts besteht darin, das Wissen über Verschmutzungsquellen und -wege, die sich auf die Grundwasserqualität auswirken, zu verbessern, um wirksame vorbeugende Maßnahmen an der Quelle zu entwickeln und so die Grundwasserkörper in der EU zu schützen. Ein zweites Ziel besteht darin, das Eindringen von Schadstoffen in den Grundwasserleiter durch den Einsatz neuartiger, biobasierter Lösungen zu verringern. Um dies zu erreichen, werden Zwischenziele festgelegt, um Überwachungs- und Analysemethoden, Quellenzuordnung und hydrogeologische Modellierung, Risikobewertung und schließlich eine kooperative Entscheidungsfindung für die künftige Grundwasserbewirtschaftung zu entwickeln und zu validieren.

Das Projekt erarbeitet multi-sektorale Wasserbedarfsszenarien für Deutschland sowie eine Abschätzung zukünftiger Regionen mit steigender Wasserknappheit.

Die trockenen und heißen Sommer der Jahre 2018 bis 2020 haben gezeigt, dass die deutsche Wasserversorgung bereits heute regional-temporale Engpässe erreichen kann. Klimawandelprojektionen zeigen, dass sich derartige klimatische Rahmenbedingungen in der nahen und fernen Zukunft noch verschärfen könnten.

Im DVGW-Forschungsprogramm „Zukunft Wasser“ wird deshalb anhand zweier miteinander verschnittener Forschungsprojekte untersucht, wie sich zukünftig das Wasserdargebot und der Wasserbedarf entwickeln könnten.
Speziell in WatDEMAND wird der Wasserbedarf in den Sektoren Haushalte, Industrie und Landwirtschaft bis zum Jahr 2100 räumlich aufgelöst für Deutschland prognostiziert und mit Änderungen des Wasserdargebots verschnitten. Damit lassen sich orientierend so genannte Hot-Spot-Regionen identifizieren, in denen es zukünftig vermehrt Wasserengpässe geben könnte.

Mit dem Forschungsprojekt sollen die Chancen und Risiken dargestellt werden, die durch den globalen klimatischen und demographisch-technologischen Wandel für die Wasserversorgung in Deutschland entstehen können. Ziel von WatDEMAND ist es, den multi-sektoralen Wasserbedarf der Haushalte, Industrie und Landwirtschaft bis zum Jahr 2100 räumlich aufgelöst für Deutschland zu prognostizieren.

Weitere Informationen

Kernpunkte einer konfliktarmen bzw. konfliktfreien Bewirtschaftung der Ressource Grundwasser sind (1) eine robuste Planungsgrundlage mit quantitativen Informationen über den lokalen Wasserhaushalt, inklusive aller Entnahmen von Grundwasser und deren Nutzung, (2) partizipative Planungsprozesse, (3) die Verfügbarkeit und Finanzierbarkeit alternativer Wasserquellen, sowie (4) der Zusammenschluss von Landwirten in einem Verband, durch den die Bewässerung organisiert und mit den Genehmigungsbehörden abgestimmt wird.

Das Projekt TrinkExtrem beschäftigt sich mit Anpassungsstrategien der öffentlichen Trinkwasserversorgung an Extremereignisse (Dürren, Überflutungen) und deren Auswirkungen auf die Wasserressourcen.

Obwohl Deutschland im langjährigen Mittel über ausreichende Wasserressourcen verfügt, wird in einigen Regionen vermehrt Wasserknappheit in den Sommermonaten beobachtet. Klimaprojektionen zeigen auf, dass steigende Temperaturen und die Zunahme von Trockenphasen und Dürren in Zukunft verstärkt einen direkten Einfluss auf den Wasserhaushalt und das verfügbare Wasserdargebot haben werden. Gleichzeitig zeigt sich ein steigender Bedarf beim Trinkwasser, in der Industrie und in der Landwirtschaft. Probleme bei der Verteilung des verfügbaren Wassers sind daher zu bestimmten Zeiten im Jahr vorprogrammiert. In dem Forschungsprojekt TrinkXtrem werden Konzepte zur Anpassung an Wetterextreme wie Starkregen, Hitze und Dürre für die Wasserwirtschaft entwickelt. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Betrachtung des Konfliktpotenzials mit Land-/Forstwirtschaft, Hochwasserschutz, Naturschutz und der Stadtplanung.

Projektteil IWW

Von Seiten des IWW wird eine Analyse des natürlichen Wasserdargebots bei sich ändernden klimatischen Bedingungen durchgeführt. Ziel ist es, die Notwendigkeit von Anpassungsmaßnahmen zu ermitteln und mögliche Potenziale zur Erhöhung der Resilienz des Gesamtsystems zu identifizieren. Aufbauend darauf sind nutzungsübergreifende Methoden und Indikatoren zu entwickeln, um die zu prognostizierenden Auswirkungen des Klimawandels auf eine nachhaltige Wasserversorgung zu erfassen, allgemeinverständlich darzustellen und davon potenzielle Maßnahmen abzuleiten. Ein mit den wichtigsten Stakeholdern (Wasserversorger, Landwirtschaft u. a.) abzustimmendes Entscheidungsunterstützungssystem soll unterschiedliche zukünftige Szenarien des Wasserdargebots mit passenden Handlungsoptionen verknüpfen. Für das IWW ergeben sich daraus folgende wesentlichen Beiträge zur Erreichung der Zielsetzungen im Projekt:

1. Zusammenstellung und Auswertung von regionalen und überregionalen Klimaszenarien als Grundlage für die szenarienbasierte Risikobetrachtung im Betrieb
2. Konzeptionierung innovativer Monitoringkonzepte zur Erfassung klimatischer Veränderungen und Identifikation von Schlüsselparametern
3. Entwicklung modellbasierter Managementwerkzeuge zur Konzeptionierung und Kommunikation klimaangepasster Bewirtschaftungsmaßnahmen

Weitere Informationen

Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserbeschaffenheit werden in einer Studie ermittelt.

Zielsetzung des Vorhabens ist es, neue hochflexible und bedarfsgerechte Managementstrategien für eine Wasserwiederverwendung zur urbanen und landwirtschaftlichen Bewässerung praxisnah zu entwickeln.