Fraunhofer-Gesellschaft | Morgenstadt Initiative
Integrated Water Systems
Welche Themen umfasst das Innovationsfeld?
Eine flächendeckende Trinkwasserversorgung ist eine wichtige Dienstleistung in jeder Stadt und jeder Region. Dabei kommt es neben einer konstanten Wasserqualität auch auf einen nachhaltigen Wasserverbrauch an. Um den Energiebedarf sowie die Wasserverschwendung und den Wasserverlust zu reduzieren, ist ein effizientes Wassermanagement notwendig. Neben semi- dezentralen Wasserversorgungssystemen, können auch beispielsweise Sensoren sowie intelligente Pumpsysteme genutzt werden. In Regionen mit wenig Wasservorkommen können Frühwarnsysteme potenzielle Versorgungsengpässe frühzeitig kommunizieren und damit den Verbrauch reduzieren, um Wasser für lebenswichtige Verwendungen einzusparen. Zudem kann eine effiziente Wasseraufbereitung zu einer nachhaltigen Trinkwasserversorgung beitragen.
Für wen ist dieses Innovationsfeld relevant?
Zur Smart and Integrated Water Systems Zielgruppe gehören Versorgungsunternehmen, Stadtverwaltungen- und planer, Gemeinden, Sensorlieferanten und Pumpenhersteller sowie Geoökologen.
Sauberes Trinkwasser ist ein Menschenrecht
Sauberes Wasser ist ein lebenswichtiges Gut und laut der UN zusammen mit der sanitären Grundversorgung ein Menschenrecht. Deshalb gehört die öffentliche und flächendeckende Trinkwasserversorgung zu den wichtigsten Infrastrukturen einer urbanen oder ländlichen Region. Schlechte, veraltete sowie undichte Leitungsrohre führen signifikant zu einem unnötigen Wasserverlust während des Transportwegs. Ein effizientes Wassermanagement und -monitoring zur verlustarmen und damit nachhaltigen Trinkwasserversorgung ist daher von großer Relevanz.
In EU-Staaten gelten gesetzliche Grundlage zur Sicherung und Überwachung der Trinkwasserqualität, welche von den einzelnen Ländern und Regionen bei der Trinkwasserversorgung eingehalten und umgesetzt werden müssen. Dies ist nicht nur in Bezug auf die Trinkwasseraufbereitung sehr wichtig, sondern auch hinsichtlich der Garantie intakter und sauberer Leitungssysteme.
Neben dem Ziel eines generell geringen Wasserverbrauchs, muss für eine nachhaltige Wassernutzung und effiziente Trinkwasserversorgung auch das Abwasser in den Energiekreislauf miteinbezogen werden. Die Herausforderung der Trinkwasserversorgung besteht darin, eine hohe Wasserqualität zu garantieren und gleichzeitig eine umweltschonende und effiziente Wasserreinigung bzw. Wasseraufbereitung bereitzustellen.
Sensoren und Intelligente Netzwerke (Smart Grid)
Fernwasserversorgung gewährleistet die flächendeckende Trinkwasserversorgung in wasserarmen Gegenden. Um Wasser effizienter zu nutzen, muss garantiert sein, dass es während des Transportwegs zu keinem Wasserverlust kommt. Neue Software zur Leckerkennung oder Prozessbegleitenden Simulationen im Bereich des Wassersystemmanagements helfen bei der Optimierung der Trinkwasserversorgung. Zudem können ständig weiterentwickelte Technologien zu einer umweltschonenderen Wasseraufbereitung beitragen.
Der Einsatz von Sensoren bzw. Sensorennetzwerke können die Arbeit herkömmlicher Wasserzähler ersetzen, indem sie nicht nur die Daten des Wasserverbrauchs, des Wasserdrucks sowie der Systemleistung erfassen, sondern diese auch direkt in ein intelligentes Netzwerk (Smart Grid) einspeisen. Damit können langfristig Aussagen und Prognosen über den Wasserverbrauch gemacht werden. Weitere Sensoren können zudem mögliche Schäden an Rohrleitungen entdecken, sodass diese frühzeitig behoben werden können.
Referenzprojekte
Verbundforschungsprojekt TWIST++
Im Rahmen des Forschungsverbundprojekts TWIST++ (Transitionswege WasserInfraSTruktur-systeme) werden von einem großen Projektverbund unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI neue Konzepte, ein Planungsunterstützungssystem sowie ein Serious Game zur Simulation möglicher Szenarien entwickelt.
Es sollen dabei integrierte und zukunftsweisende technische Lösungen gefunden werden, die auf intelligente Weise Entsorgungsaufgaben für Abwasser mit Versorgungsaufgaben für Trinkwasser vereinen und die Flexibilität des Gesamtsystems, sich an künftige Veränderungen anzupassen, erhöhen.
Hier finden Sie weitere Informationen zu TWIST++
WasserEnergieTransitionskonzept - i.WET
Das integrierte WasserEnergieTransitionskonzept i.WET zeigt anhand realer Szenarien, wie eine moderne und intelligente Wasserversorgung und Abwasserentsorgung im städtischen Raum Schritt für Schritt im Bestand umgesetzt werden kann. Es berücksichtigt Sanierungszyklen bestehender Systeme, kann flexibel modular umgesetzt werden und kombiniert neue Wasser- und Abwassertechnologien auf intelligente Weise.
i.WET enthält Lösungen für die drei großen Herausforderungen der Wasserinfrastruktur in Deutschland: den demographischen Wandel, den Klimawandel und die Energiewende. In Lünen, Stadt und Einzugsgebiet von 90.000 Menschen im westlichen Westfalen, sollen die Ergebnisse von i.WET in den nächsten Jahren in einem Pilotprojekt umgesetzt werden.
i.WET sieht einzelne Maßnahmen für Gebäude, Kanalsystem und Kläranlage vor. Entscheidender Punkt dabei ist die Trennung von weniger und stark belastetem Abwasser bereits im Haushalt (Grau-/Schwarzwasser). Die Forscher wollen dafür eigene Leitungen für das Wasser aus Dusche und Waschbecken einerseits, und den Rest des Abwassers aus Toilette, Wasch- und Spülmaschine andererseits, in Gebäude einbauen.
Das Wasser, das nicht im Haushalt wiederverwertet wird, fließt in die »Energieallee« – einem Grünstreifen mit feuchtigkeitsliebenden Pflanzen. Sie stehen mit den Wurzeln im Wasser, nehmen restliche Nährstoffe auf und haben optimale Wachstumsbedingungen. Dadurch entsteht Biomasse, welche die Städte grüner werden lässt und die Überflutungsgefahr reduziert.