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Neue Web-Plattform zur Planung der Hochwasservorsorge in Städten

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Mit SaferPlaces lassen sich – basierend auf Open-Data und Berechnungen in der Cloud – Gefahren abbilden und die Effekte von Schutz- und Vorsorgemaßnahmen abschätzen. So können Szenarien bereits in Planungssitzungen online durchgespielt und diskutiert werden.

Starkregen und Hochwasser machen zurzeit – wie schon im vergangenen Winter – Schlagzeilen. Überschwemmungen wie diese, aber auch steigende Meeresspiegel und Sturmfluten stellen – in Bezug auf die wirtschaftlichen Schäden – zusammen mit Stürmen die größte Naturgefahr dar und können auch Leib und Leben bedrohen. SaferPlaces, ein neuer Webservice zur Überflutungsvorsorge, soll Städte und Gemeinden künftig dabei unterstützen, gefährdete Bereiche zu identifizieren sowie Schutz- und Vorsorgemaßnahmen systematisch und effizient zu planen, etwa an Gebäuden, Deichen oder durch Schaffung von Versickerungsflächen. Das interaktive Online-Tool wird im Rahmen der EU-Initiative Climate-KIC unter Mitwirkung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ Potsdam entwickelt und ist bereits als Prototyp abrufbar. Es stützt sich auf offene Daten und basiert auf neuen klimatischen, hydrologischen und hydraulischen, topografischen und ökonomischen Modellierungstechniken.

Mit dem fortschreitenden Klimawandel nehmen extreme Wetterereignisse zu und machen die Überflutungs- und Hochwasservorsorge auch in vielen Regionen Europas zu einer Daueraufgabe. In den dicht besiedelten Städten und Gemeinden ist das Schadenspotenzial besonders hoch. Informationen über das Ausmaß, die Häufigkeit und die Folgen von Überschwemmungen werden zu einer wesentlichen Grundlage für die Stadtplanung. Damit die Kommunen gezielt und effizient Maßnahmen zum Schutz und zur Vorsorge planen können, wurde im Rahmen des dreijährigen EU-Projektes SaferPlaces ein Web-basiertes Werkzeug hierfür entwickelt. Unter Leitung des Consulting-Unternehmens GECOSistema sind daran neben dem GFZ noch drei weitere Forschungseinrichtungen bzw. Universitäten beteiligt sowie drei weitere Unternehmen und die drei Pilot-Städte Köln (D), Rimini (Italien) und Pamplona (Spanien).

Webservice zur Online-Planung zum Hochwasserschutz
„Das Besondere an unserem System ist der Plattformgedanke“, sagt Kai Schröter, der das Projekt am GFZ leitet. „Die Auswirkungen von Maßnahmen lassen sich auf unserer Plattform unmittelbar berechnen und darstellen, von der Ausbreitung des Wassers bis hin zu den entstehenden Schäden. Entsprechende Szenarien können so beispielsweise von den multi-disziplinären Teams direkt in Planungssitzungen durchgespielt und diskutiert werden.“ In Köln haben bereits Anwenderworkshops stattgefunden mit den Stadtentwässerungsbetrieben, Hochwasserschutzbehörden und Versicherern.

Damit das so schnell und unkompliziert funktioniert, finden alle Berechnungen in der Webcloud statt: Die Nutzer*innen benötigen keine extra Software sondern nur einen Browser, über den sie die verfügbaren Daten eingeben. „Damit wollen wir explizit auch kleinere Städte und Gemeinden ansprechen und unser Werkzeug in vielen Ländern und Städten nutzbar machen“, betont Schröter.

Allgemein verfügbare Daten als Basis
Die Berechnungen basieren auf Open Data, also auf allgemein verfügbaren Datensätzen wie flächendeckende Geländehöhen, Wasserständen von Flüssen und Meer, Regenmengen und deren Häufigkeit, Durchflussmengen in Flüssen sowie den kurz- wie langfristigen Prognosen, die es bereits für die nächsten zwei bis drei Jahrzehnte hierfür gibt. Dazu kommen Informationen über die Landschafts- und Infrastruktur der jeweiligen Regionen.

Abbildung von Gefahren und Planung von Maßnahmen
Zunächst lassen sich so die Gefahren abbilden: Wo entstehen die größten Schäden? Wohin breitet sich das Wasser aus, wenn Starkregen fällt, Flüsse über die Ufer treten oder der Meeresspiegel steigt? Welche Gebäude und Infrastrukturen werden wie stark betroffen? Mit welchen Schäden ist zu rechnen?
Auf dieser Basis können dann Maßnahmen geplant werden. Sie reichen von Umbauten an bestehenden Gebäuden wie erhöhte Zugangsschwellen und abgedichtete Kellerfenster und -zugänge über neue oder verbesserte Deiche und Hochwasserschutzschilde bis hin zur Schaffung von Versickerungsflächen wie tiefliegenden Parks und Grünflächen, die notfalls wochenlang überflutet bleiben können.

Nutzerfreundlichkeit Dank vereinfachter Berechnungsansätze
Damit die Auswirkungen der Maßnahmen auf der Plattform direkt durchgespielt werden können, haben die Forschenden – im Gegensatz zu bestehender Software und Modellierungssystemen – hier explizit vereinfachte Berechnungsansätze verfolgt. Um den Rechenaufwand gering zu halten, mussten sie Algrorithmen entwickeln, die möglichst wenig Rechenkapazität benötigen.

Forschende am GFZ modellieren Schäden an der Infrastruktur
Während andere Projektpartner die Überflutungsflächen unter Berücksichtigung der natürlichen Gegebenheiten wie der Topographie, also der Form der Landschaft modelliert haben, stand im Fokus der GFZ-Forschung die Schadenmodellierung an den Gebäuden. Hierfür wurden zusätzlich Informationen über die Art der Flächennutzung, Gebäudetypen wie Einfamilienhaus oder Gewerbe, aber auch über die sozioökonomischen Eigenschaften der Einwohnerschaft wie deren Einkommensniveau berücksichtigt. „Da wir probabilistische Modelle nutzen, können wir auch die Unsicherheit beschreiben, die mit den Vorhersagen verbunden ist“, betont Schröter.

Die erste Phase des Projektes ist im Juli zu Ende gegangen. „Die drei ursprünglichen Pilotanwendungen laufen und sind schon ziemlich weit ausgereift, auch hinsichtlich der Nutzerfreudlichkeit“, resümiert Schröter. Mittlerweile sind mit Fuenlabrada und Coslada (Spanien), Mailand und Ceriva (Italien), sowie Byronbay (Australien) weitere Fallstudien hinzugekommen. Auch eine globale Anwendung für die Überflutungsberechnung ist inzwischen verfügbar.

Weitere Entwicklungen
Künftig soll eine kommerzielle Nutzung etabliert werden, beispielsweise über den Erwerb von Lizenzen.
Mitte Juli wurde SaferPlaces nach erfolgreicher Projektskizze eingeladen, sich bis Oktober mit einem Vollantrag auf Förderung aus dem EIC Accelerate programme zu bewerben. Damit unterstützt die EU Projekte darin, zur Marktreife zu gelangen.

Die Projektpartner
Zum internationalenen Konsortium unter der Leitung von GECOSistema gehören das CMCC – Euro-Mediterranean Centre on Climate Change, das Helmoltz Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ (Sektion Hydrologie), die Universität Bologna, die Technische Universität Madrid und MEEO Meteorological Environmental Earth Observation.

Die Finanzierung
Das Projekt wurde bis Juli 2021 über drei Jahre vom EIT Climate-KIC gefördert, eine Wissens- und Innovationsgemeinschaft (KIC – Knowledge and Innovation Community), die daran arbeitet, den Übergang zu einer kohlenstofffreien, klimaresistenten Gesellschaft zu beschleunigen.

Weitere Informationen finden Sie auf der Projektwebsite: http://www.saferplaces.co
Der Prototyp des Web-Service ist erreichbar unter: platform.saferplaces.co
(optimiert für Chrome bzw. Chromium Browser)

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Priv. Doz. Dr.-Ing. Kai Schröter
Sektion Hydrologie
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1525
E-Mail: kai.schroeter@gfz-potsdam.de

https://idw-online.de/de/news772915

Schatzsuche im Klärschlamm

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Steinbeis-Europa-Zentrum und Universität Stuttgart beteiligen sich an EU-Projekt mit 15 Millionen Euro Förderung zur Herstellung von weißem Phosphor durch thermochemisches Recycling von Klärschlamm

Die Europäische Union ist weitgehend abhängig von Importen von weißem Phosphor (P4), einem strategischen Rohstoff für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird das vierjährige EU-finanzierte Projekt FlashPhos unter der Leitung der Universität Stuttgart hochwertigen weißen Phosphor und andere Rohstoffe unter Verwendung von Klärschlamm als Ausgangsmaterial in großem Maßstab zurückgewinnen. Diese Rohstoffe finden strategische Anwendung in der europäischen Chemie-, Metall- und Zementindustrie.

Rückholung der Produktion von weißem Phosphor nach Europa
Elementarer weißer Phosphor (P4) ist für Schlüsselindustrien wie im Lebensmittel- und Pharmasektor unverzichtbar und daher ein strategischer Rohstoff von hoher Relevanz. Derzeit ist die Europäische Union fast vollständig von Importen von weißem Phosphor aus Kasachstan, Vietnam und China abhängig. Dabei gibt es in Europa genügend Phosphorreserven, die in Klärschlamm verborgen sind, um den gesamten Bedarf der EU an weißem Phosphor plus bis zu 25% des in der EU verbrauchten Phosphats für andere Anwendungen zu decken.

Das Ziel von FlashPhos ist daher, ein thermochemisches Verfahren zur nachhaltigen Produktion von hochwertigem weißem Phosphor unter Verwendung von Klärschlamm als Ausgangsmaterial in großem Maßstab zu demonstrieren. FlashPhos wird die erste und einzige Technologie in Europa sein, die weißen Phosphor für die chemische Industrie produziert und gleichzeitig eine Lösung für die problembehaftete Klärschlammentsorgung bietet. Es wird erwartet, dass FlashPhos-Anlagen bis 2040 50% des europäischen P4-Bedarfs decken können. Dies wird durch die Verwertung von 15% des derzeit in Europa anfallenden Klärschlamms in einem ökonomisch und ökologisch sinnvollen und klimafreundlichen Kreislaufwirtschaftsprozess ermöglicht werden.

Umsetzung von Klärschlamm in reine Sekundärrohstoffe und nutzbare Wärme
Das preisgekrönte FlashPhos-Verfahren ist eine schnell reagierende Hochtemperatur-Flugstromvergasung von Klärschlamm und anderen sekundären Phosphatquellen wie Tiermehl. „Alle Output-Materialien werden in der europäischen Industrie Verwendung finden und teilweise kritische oder CO2-relevante Rohstoffe ersetzen“, sagt Matthias Rapf, einer der beiden FlashPhos-Projektkoordinatoren der Universität Stuttgart.

Die anorganischen Abfallkomponenten werden aufgeschmolzen oder eingedampft und anschließend in einem Refinerreaktor zu recyceltem P4 als Hauptprodukt aufgetrennt. Weitere Outputstoffe des Prozesses sind ein klimafreundlicher alternativer Zementrohstoff, eine Eisenlegierung sowie ein Schwermetallkonzentrat als wertvolle Rohstoffe für die Metallindustrie. Die organischen Bestandteile dienen als Brennstoff für die Vergasung, bei der sie in Wärme und ein brennbares Gas umgewandelt werden. Dieses Gas und die überschüssige Wärme können in Zementwerken genutzt werden, um fossile Brennstoffe zu ersetzen. Somit werden diverse wertvolle Rohstoffe durch das innovative und kosteneffiziente FlashPhos-Verfahren nahezu emissions- und abfallfrei erzeugt.

Markteinführung bis 2028
Während des vierjährigen Innovationsprojekts wird das industrielle FlashPhos-Verfahren in einer Pilotanlage mit bis zu 400 kg/h Klärschlammdurchsatz demonstriert. „Dies wird es uns ermöglichen, die erste FlashPhos-Pilotanlage in Europa bis 2025 im vollen Umfang zu errichten und gemeinsam mit einem Industriekonsortium mit der Produktion von weißem Phosphor im industriellen Maßstab zu beginnen“, fügt Carlos Galeano, Beyond Innovation Project Director bei Italmatch, Europas führendem Verbraucher von weißem Phosphor und Hauptverwertungspartner im FlashPhos-Projekt, hinzu.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte:
Dipl.-Ing. Matthias Rapf
Project Coordinator
matthias.rapf@iswa.uni-stuttgart.de
+49 711 685 65428
M.Sc. Max Schmid
Project Coordinator
max.schmid@ifk.uni-stuttgart.de
+49 711 685 63394

https://idw-online.de/de/news773172

Hohenheimer Zukunftsgespräch: „Was wäre, wenn Abfall und Abwasser unsere Felder düngen?“

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Mittwoch, 21. Juli 2021, 18 Uhr: die Universität Hohenheim lädt zur Online-Veranstaltung ein / Diskussionsreihe zum Wissenschaftsjahr 2021 – Bioökonomie

Im Haushalt fallen täglich große Mengen an Biomüll und Abwasser an. Für den Wandel zu einer nachhaltigeren Wirtschafts- und Lebensweise – zur Bioökonomie – braucht es neue Ideen für den Umgang mit diesen Stoffen. Das zweite Zukunftsgespräch der Universität Hohenheim in Stuttgart stellt am 21. Juli 2021 die Frage: „Was wäre, wenn Abfall und Abwasser unsere Felder düngen?“ Interessierte Bürger:innen, Blogger:innen und Journalist:innen sind herzlich eingeladen. Die Teilnahme ist kostenfrei, Anmeldung über https://www.uni-hohenheim.de/zukunftsgespraeche

Eine Recyclinganlage, in der Biomüll und häusliche Abwässer in Düngemittel, Rohstoffe für Bioplastik und Pflanzenkohle umgewandelt werden, die wiederum in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen können: Das ist die Vision, die das Forschungsprojekt „Rural Urban Nutrient Partnership“ (RUN) verfolgt. Ziel ist es, regionale Nährstoffkreisläufe zu schließen und Ressourcen nachhaltig zu nutzen. Der Bau einer Pilotanlage in einem realen Stadtquartier ist in Planung.

Wie kann ein solches Konzept in die Praxis überführt werden? Wie bewerten Landwirte, Konsumenten und Bürger einen solche Lösung? Welche Herausforderungen wären damit gelöst, wo sind noch Stolpersteine? Diese und ähnliche Fragen stehen beim zweiten Hohenheimer Zukunftsgespräch am Mittwoch, den 21. Juli 2021, von 18 bis 19:30 Uhr im Mittelpunkt.

Es diskutieren:
• Dr. Sabine Zikeli, Universität Hohenheim, Leiterin Zentrum Ökologischer Landbau und Projektpartnerin im Projekt Rural Urban Nutrient Partnership (RUN)
• Hans-Werner Külling, Landwirt, Familienbetrieb Trasadingen, Schweiz und Mitglied des Gemeinderates als Experte für Trinkwasser, Gewässer, Wald und Landwirtschaft
Moderation:
• Prof. Dr. Regina Birner, Universität Hohenheim, Leiterin Fachgebiet Sozialer und Institutioneller Wandel in der landwirtschaftlichen Entwicklung und Mitglied des Bioökonomierats
Das Publikum ist herzlich eingeladen, sich aktiv zu beteiligen und nachzufragen. Die Online-Veranstaltung findet als Zoom-Meeting statt. Die Teilnahme ist kostenfrei. Anmeldung unter https://www.uni-hohenheim.de/zukunftsgespraeche

Veranstaltungsreihe Hohenheimer Zukunftsgespräche
Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft zusammendenken ist ein Anliegen der Bioökonomie, wie sie an der Universität Hohenheim erforscht und gelehrt wird: Anlässlich des Wissenschaftsjahrs 2021 – Bioökonomie bringt die Universität interessierte Bürgerinnen und Bürger sowie Akteure aus Wissenschaft, Industrie und Politik miteinander ins Gespräch. Im Mittelpunkt stehen innovative Projekte, aktuelle Entwicklungen, Herausforderungen und Kontroversen auf dem Weg hin zu einer nachhaltigen und klimaneutralen Wirtschafts- und Lebensweise im Zeichen der Bioökonomie.

HINTERGRUND: Wissenschaftsjahr 2020|21 – Bioökonomie
Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ausgerichteten Wissenschaftsjahre stehen 2020 und 2021 ganz im Zeichen der Bioökonomie. Hinter diesem Begriff versteckt sich die Vision einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaftsweise. Es geht darum, natürliche Stoffe und Ressourcen nachhaltig und innovativ zu produzieren und zu nutzen und so fossile und mineralische Rohstoffe zu ersetzen, Produkte umweltverträglicher herzustellen und biologische Ressourcen zu schonen. Das ist in Zeiten des Klimawandels, einer wachsenden Weltbevölkerung und eines drastischen Artenrückgangs mehr denn je notwendig.

Die Bioökonomie ist das Leitthema der Universität Hohenheim in Forschung und Lehre. Sie verbindet die agrarwissenschaftliche, die naturwissenschaftliche sowie die wirtschafts- und sozialwissenschaftliche Fakultät. Im Wissenschaftsjahr Bioökonomie stellt die Universität Hohenheim Projekte und Visionen aus der akademischen Welt in den Dialog zwischen Fachwelt und Öffentlichkeit.

Weitere Informationen
Veranstaltung und Anmeldung: https://www.uni-hohenheim.de/zukunftsgespraeche
Wissenschaftsjahr 2020|21 an der Universität Hohenheim: https://www.uni-hohenheim.de/wissenschaftsjahr-2020-2021-biooekonomie
Bioökonomie an der Universität Hohenheim: https://biooekonomie.uni-hohenheim.de
Wissenschaftsjahr 2020/21 BMBF: https://www.wissenschaftsjahr.de/2020-21/
#Wissenschaftsjahr #DasistBioökonomie

Kontakt für Medien
Tina Barthelmes, Projektmanagerin Wissenschaftsjahr 2020/21 Bioökonomie
hochschulmarketing@uni-hohenheim.de
Text: Barthelmes / Elsner

Weitere Informationen:
http://www.uni-hohenheim.de/presse

https://idw-online.de/de/news772636

Inuvai, eine Geschäftseinheit von Fresenius Medical Care Deutschland GmbH

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Else-Kröner-Straße 1
61352 Bad Homburg
Deutschland

E-Mail: info@inuvai.com
Web: http://www.inuvai.com

inuvai ist eine Geschäftseinheit von Fresenius Medical Care. Als einer der globalen Marktführer im Bereich der Dialysebehandlung liegt unsere Kernkompetenz u.a. in der Herstellung von Ultrafiltrationsmembranen. inuvai’s Aufgabe ist es, diese Kernkompetenz in Anwendungsfeldern außerhalb der medizinischen Anwendung weiterzuentwickeln. Für den Bereich der Abwasser-basierten Epidemiologie (wastewater-based epidemiology, WBE) haben wir einen neuen Filter und eine Methodik zur Aufkonzentrierung entwickelt: das inuvai R180 Recovery Kit.

Das inuvai R180 Recovery Kit bietet eine einfache, anwenderfreundliche und schnelle Lösung für das Abwassermonitoring: eine hohe Widerfindungsrate für Zielorganismen, inkl. SARS-CoV-2, aus einer großvolumigen Abwasserprobe in einem reduzierten Endvolumen. Das inuvai R180 Recovery Kit wurde von einem unabhängigen Labor, dem Wasser Labor am Instituto Superior Técnico in Lissabon, Portugal, validiert. Details zum inuvai R180 Recovery Kit finden Sie auf unserer Webseite www.inuvai.com

WEHRLE-WERK AG

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Bismarckstr. 1-11
79312 Emmendingen

Telefon: 07641/585-0
E-Mail: info@wehrle-werk.de
Web: http://www.wehrle-werk.de/klärschlammverbrennung

Regionale Klärschlammmonoverbrennung mit dezentral einsetzbaren Wirbelschichtverbrennungs-Kleinanlagen: FLUIDFIRE K³sludge. Die Anlagen sind für eine besonders hohe Brennstoffbandbreite ausgelegt, d.h. der Betreiber hat eine hohe Flexibilität in der Annahmemenge von entwässertem und getrocknetem Klärschlamm bzw. dem daraus in der Anlage resultierenden Mischungsverhältnis. Durch die direkt nach der gekühlten stationären Wirbelschicht angeordneten Heißzyklone wird hochwertige Phosphorasche in einem hohen Temperaturfenster und daher besonders schadstoffarm dem Prozess entnommen. Das führt zu einer bevorzugten Verwendbarkeit der P-Asche in der Düngemittelerzeugung und damit zu geringeren Entsorgungskosten und daraus resultierenden, selbst gegenüber Großanlagen wettbewerbsfähigen Bearbeitungskosten pro Tonne Klärschlamm. Als energieautarkes System, ohne technische Abwässer, ist FLUIDFIRE K³sludge standortflexibel und lässt sich so auf der grünen Wiese sowie aufgrund der Kompaktheit auch im Umfeld bestehender Gebäudekomplexe ideal einsetzen. Die Standardanlagengröße 3,5 MWth für 30.000 bis 47.000 tOS/a hat eine besonders kurze Bauzeit für die schlüsselfertige Komplettanlage und lässt sich auf Wunsch auch als „Rucksack“ an einen bestehenden Müllverbrennungskessel andocken. Für langfristig planende Anlagenbetreiber bietet die „MultiFuel“- Eigenschaft die Möglichkeit zum einfachen Umstieg auf andere Brennstoffe, sollte der Klärschlammmarkt eines Tages nicht mehr die gewünschten Erträge erwirtschaften.

FLUIDFIRE K³sludge von WEHRLE: über 160 Jahre Erfahrung in Energietechnik, Umwelttechnik, Fertigung.

Deutsche Wasserstoffstrategie – Eine Chance für Kläranlagen?

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Ein viel diskutierter Energieträger im Rahmen der Energiewende ist Wasserstoff. Aufgrund der vielfältigen Nutzungs- und Speichermöglichkeiten kann die Wasserstoff-Technologie einen Beitrag zu einer erfolgreichen Umgestaltung der Energiewirtschaft darstellen. Auch seitens der Politik wurde dieser Energieträger durch bundes- und landesweite Wasserstoffstrategien in den Fokus gerückt, u. a. auch in Rheinland-Pfalz.

Durch seine Vielseitigkeit kann Wasserstoff in den Sektoren Strom, Wärme, Mobilität und Industrie eingesetzt werden. Wesentlich für einen Beitrag zum Klimaschutz ist jedoch, dass der Wasserstoff durch regenerative (Überschuss-) Energien gewonnen wird, d. h. durch Photovoltaik, Windkraft, Biomasse usw. Eine Möglichkeit, Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien zu erzeugen, ist dabei die Elektrolyse. Bei dieser wird mit Hilfe elektrischen Stroms Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. In der Regel wird nur der Wasserstoff als Energieträger genutzt, der entstehende Sauerstoff und die Abwärme werden als Abfallprodukte ungenutzt in die Umwelt abgegeben.

Die ersten Elektrolyseure auf Kläranlagen befinden sich aktuell in Planung oder wurden bereits umgesetzt (z. B. in Mainz). Bei diesen steht jedoch häufig die Erzeugung von Sauerstoff für die 4. Reinigungsstufe (Ozon) im Vordergrund. Bei solchen Anwendungsfällen ist der Sauerstoff als ein Hauptprodukt der Elektrolyse anzusehen. Dabei ist der Abwasserreinigungsprozess direkt vom Betrieb der Elektrolyse abhängig. Aber können auch kleinere Kläranlagen eine Rolle in der Wasserstoffinfrastruktur einnehmen, den entstehenden Sauerstoff bzw. die Abwärme gewinnbringend einsetzen und gleichzeitig einen wirtschaftlichen Vorteil auf die Wasserstoffgestehungskosten haben?

Im Rahmen einer durch ein Teammitglied der IG S+P erarbeiteten Masterthesis an der TH Bingen im berufsbegleitenden Studiengang „Energie- und Betriebsmanagement“ wurde eine Herangehensweise sowie Bewertungsmethodik möglicher Synergieeffekte durch die Nutzung der „Abfallprodukte“ Sauerstoff und Abwärme auch für kleinere Kläranlagen erstellt. Dabei wurde neben der Identifizierung möglicher Vorteile des Elektrolyse-Standortes Kläranlage auch eine Methodik zur Bewertung möglicher Synergieeffekte entwickelt.

Erstmals fand diese Methodik nun im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projektes „SmartQuart Kaisersesch“ Anwendung.

Im Rahmen des Projektes wird in Kaisersesch aktuell die Errichtung eines regionalen Wasserstoffquartiers geplant und umgesetzt. Der Wasserstoff soll mittels Elektrolyse aus regenerativem Strom erzeugt werden. Daraufhin soll er vor Ort in einer Pipeline verteilt und gespeichert sowie in jedem Sektor (Strom, Wärme und Mobilität) genutzt werden. In unmittelbarer Nähe zum geplanten Aufstellungsort des Elektrolyseurs befindet sich die derzeit in Umplanung befindliche kommunale Kläranlage Kaisersesch, die von 5.500 EW auf 15.000 EW erweitert wird. In der Trasse der Wasserstoffpipeline wäre auch ein Transport des bei der Elektrolyse entstehenden Sauerstoffes und der Abwärme zum Kläranlagenstandort möglich. Der Sauerstoff könnte zur Belüftung des Belebungsbeckens eingesetzt werden, wodurch der Stromverbrauch der Gebläse reduziert wird.

Die Abwärme könnte im Rahmen einer vorgesehenen solaren Trocknungshalle genutzt werden, wodurch diese kleiner dimensioniert und so Investitionskosten reduziert werden. Aufgrund der notwendigen Trassenlänge von rd. 1,4 km stellen sich jedoch in diesem ausgewählten Beispiel beide Nutzungspotenziale als nicht wirtschaftlich dar (Amortisation Sauerstoffnutzung -> rd. 17 Jahren; Abwärmenutzung -> keine Amortisation).

Gerade bei geringeren Entfernungen zwischen der Kläranlage und dem Elektrolyseur kann die Wirtschaftlichkeitsanalyse und folglich auch die Entscheidung für die Einbindung einer Kläranlage in die Wasserstoffinfrastruktur gänzlich anders ausfallen. Demnach sollten Kläranlagen bereits frühzeitig bei der Planung entsprechender Infrastrukturen Berücksichtigung finden.

https://www.siekmann-ingenieure.de/aktuelles/news/deutsche-wasserstoffstrategie-eine-chance-fuer-klaeranlagen-170/

RISK.twin – Intelligente kritische technische Infrastruktur: Von der Realität zum hybriden digitalen Zwilling

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Bei der kritischen technischen Infrastruktur der Zukunft kommt dem Zusammenspiel von realem Objekt und seinem digitalen Zwilling im virtuellen Raum sowie deren Verbindung mittels daten- und physikbasierter Informationen eine herausragende Bedeutung zu. Das heute noch weitgehend ungenutzte Potenzial leistungsfähiger digitaler Zwillinge für solche Objekte in der Systemzustandsüberwachung und Risikovorhersage sowie als Werkzeug zur politischen Entscheidungsunterstützung und Kommunikation ist enorm. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden hybride digitale Zwillinge für die kritische technische Infrastruktur durch ein interdisziplinäres Projektteam des Forschungszentrums RISK – Risiko, Infrastruktur, Sicherheit und Konflikt der UniBw M in Zusammenarbeit mit der HSU/UniBw H erstmals im breiten Maßstab von der grundlagenwissenschaftlichen Methodik (computergestützte Simulation, maschinelles Lernen) bis hin zu ganz konkreten Anwendungsszenarien und Objekten (Brücken, Hochbau, Wasser, Energie) entwickelt und deren Nutzbarmachung für politische und ministerielle Akteure bei kritischen Entscheidungen untersucht – sowohl für den zivilen als auch für den militärischen Einsatz. Die Gesamtergebnisse werden in anwenderorientierte Handlungsempfehlungen überführt.

Weitere Informationen finden Sie hier: https://dtecbw.de/home/forschung/unibw-m/projekt-risk-twin

Eawag: Test mit Fischzellen ersetzt Tierversuche

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Die OECD gibt grünes Licht für den an der Eawag entwickelten Fischzelllinientest. Damit ist der Weg frei für Unternehmen und Behörden auf der ganzen Welt, die Umwelttoxizität von Chemikalien zu bestimmen, ohne dabei auf Tierversuche zurückgreifen zu müssen

In Produkten des Alltags, in der Landwirtschaft oder der Industrie kommen eine Vielzahl von Chemikalien zum Einsatz. Viele davon gelangen irgendwann auch in die Umwelt. Damit diese Stoffe für den Markt zugelassen werden dürfen, müssen die Hersteller vorab beweisen können, dass sie für Mensch und Natur unbedenklich sind. Dies geschieht mit Toxizitätstests, bei denen Lebewesen der Wirkung der Chemikalien ausgesetzt werden. Dabei sterben jedes Jahr Tausende Fische, weil an ihnen die Wirkung auf aquatische Wirbeltiere getestet wird.

Dank einem vom Wasserforschungsinstitut Eawag in den letzten Jahren entwickelten Testverfahren dürfte dies bald Vergangenheit sein. Dieser Test, der auf isolierten Kiemenzellen der Regenbogenforelle beruht, wurde jetzt von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) als neueste Leitlinie im Bereich der Umwelttoxikologie freigegeben. Damit ist der Weg bereitet für tierversuchsfreie Zulassungsverfahren.

Grosses Interesse der Wirtschaft
Bei dem sogenannten Fischzelllinientest handelt es sich um die weltweit erste Alternative zu Versuchen mit lebenden Fischen. Die neue OECD-Richtlinie ermöglicht es Unternehmen, den Fischzelllinientest für die Produktentwicklung und als Teil der Dossiers für die Chemikalienzulassung einzusetzen. «Es besteht seitens der Industrie ein grosses Interesse an tierversuchsfreien Tests», bestätigt Prof. Kristin Schirmer, Abteilungsleiterin an der Eawag, die zusammen mit Melanie Fischer (ebenfalls Eawag) diese Pionierarbeit federführend vorangetrieben hat. Denn einerseits wachsen die Ansprüche an die Umweltrisikobewertung, andererseits steigt die Anzahl neuer Chemikalien und Produkte, die getestet werden müssen, stetig. Darüber hinaus schont der Fischzelllinientest auch Ressourcen: Die Miniaturisierung durch den Einsatz der Zellen erlaubt, Chemikalien, Wasser und Zeit einzusparen.

«Es besteht seitens der Industrie ein grosses Interesse an tierversuchsfreien Tests.»
Kristin Schirmer

Kristin Schirmer geht davon aus, dass auch die Zulassungsbehörden, so etwa die ECHA in Helsinki oder die US EPA in den USA, den Fischzelllinientest zunehmend als gleichwertigen Ersatz zum regulären Fischtest akzeptieren werden: «Die OECD-Empfehlung war der letzte wichtige Schritt von unserer Seite, nachdem unsere Methode vor zwei Jahren bereits von der ISO zertifiziert wurde. Damit dürfte einem tierversuchsfreien Zulassungsverfahren nichts mehr im Wege stehen».

Damit trägt die Eawag dazu bei, die Toxikologie weiterzuentwickeln und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion von Tierversuchen. Denn für ökotoxikologische Tests wurden im Jahr 2019 allein in der Schweiz Versuche an knapp 8000 Fischen durchgeführt.

Die erste Idee
Dies setzt den Schlusspunkt unter eine lange und intensive Zeit, die Beharrlichkeit und ein unterstützendes Umfeld erforderte. Die Idee zu diesem Testverfahren hatte Schirmer bereits während ihrer Doktorarbeit Mitte der 1990er-Jahre: An der University of Waterloo (CAN) arbeitete sie damals mit exakt der gleichen Zelllinie, auf der die Methode heute noch beruht. Die Zelllinie geht zurück auf Schirmers Doktorvater Niels C. Bols, der die Zellen aus den Kiemen der Regenbogenforelle erstmals isolierte und so kultivierte, dass man sie beliebig oft vermehren kann

https://www.aquaetgas.ch/de/aktuell/branchen-news/20210625_eawag-test-mit-fischzellen-ersetzt-tierversuche/

Online-Biomonitoring von ARA Abwasser

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Gereinigtes Abwasser kann durch ein Onlinemonitoring mit Organismen kontinuierlich überwacht werden. Das gibt Kläranlagenbetreibern und einleitenden Industriebetrieben die Möglichkeit, schnell auf akute Belastungen zu reagieren.

Die Schweizerische Gewässerschutzverordnung legt fest, dass Stoffe, die Gewässer durch menschliche Aktivitäten belasten, keine nachteiligen Einwirkungen auf die dort lebenden Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen und auf die Nutzung der Gewässer haben dürfen. Auch Abwasserreinigungsanlagen (ARA) tragen Mikroverunreinigungen aus kommunalen oder industriellen Quellen in Oberflächengewässer ein. Daher wird das gereinigte Abwasser vor seiner Einleitung ins Gewässer auf problematische Verbindungen überprüft. Dazu werden meist zeitlich begrenzte Proben genommen und mit chemischer Analyse (und teilweise Biotests) im Labor überwacht und zeitaufwändig ausgewertet.

Die Zusammensetzung von Abwasser kann sich jedoch sehr kurzfristig ändern: Das ist besonders bei industriellen Einleitungen der Fall. Manche Unternehmen ändern nämlich häufig ihre Produktepalette und Produktionsprozesse, wodurch immer neue Abfall-und Nebenprodukte entstehen. Online-Biomonitoring-Systeme, die lebende Organismen verwenden, können die Qualität des geklärten Abwassers kontinuierlich in Echtzeit überwachen. Das auch, wenn die belastenden Stoffe unbekannt sind. «Die Verhaltensänderungen, die wir verwenden, reagieren sehr schnell und sensitiv auf eine Schadstoffbelastung», sagt Miriam Langer von der Fachhochschule Nordwestschweiz und der Eawag. «Deshalb möchten wir sie als Frühwarnsysteme einsetzen.» Solche Systeme erlauben es den Kläranlagenbetreibern und einleitenden Betrieben, schnell auf akute Belastungen des Abwassers zu reagieren. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, um kritische Industrieabwässer zu erkennen und die Belastung direkt an der Quelle zu verringern.

Sandoz-Unfall als Trigger für Online-Monitoring
Das Potenzial von Online-Biomonitoringsystemen als Frühwarnsysteme für Gewässer ist schon länger bekannt. Bei Verschmutzungen ist es wichtig, rasch reagieren zu können, um eine durchgehend hohe Wasserqualität zu gewährleisten und Unfälle mit langfristigen Folgen für Mensch und Umwelt zu verhindern. So wurde nach der Umweltkatastrophe von Sandoz im Jahr 1986, bei der nach einem Brand unter anderem 30 Tonnen Pestizide in der Rhein gelangten, die Entwicklung von biologischen Frühwarnsystemen stark gefördert. Aktuell werden Online-Biomonitoringsysteme vor allem zur Überwachung von Trinkwasser und Oberflächengewässern eingesetzt. Zur Anwendung der Systeme auf ARA gibt es noch wenig Erfahrung. Deshalb hat das Oekotoxzentrum zusammen mit der Fachhochschule Nordwestschweiz und der Eawag ein Projekt initiiert, um ein geeignetes System zur Überwachung von gereinigtem Abwasser zu etablieren.

Auswahl der Testsysteme
Online-Biomonitoring-Systeme bestehen aus drei Komponenten: 1. dem Testorganismus, der auf das untersuchte Wasser mit Veränderungen z.B. der Photosynthese oder des Verhaltens reagiert. 2. Dem automatischen Detektionssystem, das die Reaktion des Organismus überwacht. 3. Dem Alarmsystem, das ein Signal auslöst, wenn der normale Schwellenwert des Organismus überschritten wird. Als Sensor werden verschiedene Organismen wie Bakterien, Algen, Kleinkrebse oder Fische eingesetzt. Sie sollen – stellvertretend für Organismen im Ökosystem – Veränderungen in der Wasserqualität erfassen. Messparameter sind beispielsweise die Leuchtkraft (bei Bakterien), die Fluoreszenz (bei Algen), das Schwimmverhalten und die Atmung (bei Wasserwirbellosen und Fischen). All diese Parameter können durch Schadstoffe beeinträchtigt werden. Die Systeme arbeiten in Echtzeit, um die Wirkung von Schadstoffen im Wasser, denen die Organismen ausgesetzt sind, zu erkennen.

Ein geeigneter Sensor-Organismus für Abwasser muss mehrere Voraussetzungen erfüllen: Einerseits muss er empfindlich auf die Stoffe reagieren, die nachgewiesen werden sollen. Andererseits sollte er möglichst tolerant gegenüber der sonstigen Abwasserzusammensetzung sein: Abwasser enthält nämlich wesentlich komplexere Inhaltsstoffe als Trinkwasser oder Flusswasser und fordert daher die Nachweissysteme heraus. Da alle Organismen unterschiedlich auf potenzielle Mikroverunreinigungen reagieren, gibt es nicht einen einzigen Online-Biomonitor, der für alle Stoffe geeignet ist. Ideal ist eine Batterie aus verschiedenen-Systemen, die sich gegenseitig ergänzen. Die Forschenden haben hier drei Testsysteme ausgewählt, die verschiedene Ernährungsebenen abdecken: Zum einen die einzellige Grünalge Chlorella vulgaris, bei der die Photosyntheseaktivität betrachtet wird. Zum anderen zwei Süsswasserkrebse, nämlich der Wasserfloh Daphnia magna und der Bachflohkrebs Gammarus pulex. Bei diesen werden verschiedene Verhaltensparameter überwacht.

Prüfung auf der Pilot-ARA
«Zuerst haben wir geprüft, ob die Testsysteme genügend sensitiv sind, um auf Verunreinigungen zu reagieren, und auch im Abwasser gut überleben», erzählt Ali Kizgin vom Oekotoxzentrum. Dazu wurden die Biomonitore in der Pilotkläranlage der Eawag installiert. „Eine Schwierigkeit war, dass das gereinigte Abwasser keine groben Partikel enthalten darf, die das System verstopfen könnten». Daher musste zunächst ein Membranfilter integriert werden, um eine hohe Belastung durch Schwebstoffe und Mikroorganismen im Abwasser zu verhindern: Und tatsächlich zeigte sich bald, dass die Organismen mit dem gefilterten Abwasser gut zurechtkamen. Um das Potenzial der Systeme für die Online-Überwachung zu evaluieren, führten die Forschenden Experimente mit geklärtem Abwasser durch, dem verschiedene Stoffe wie Natriumchlorid, Diuron, Chlorpyrifos, Zinkchlorid und Sertralin zugesetzt wurden. Die Konzentrationen wurden so gewählt, dass sie die gemessenen Parameter beeinträchtigten ohne die Organismen zu töten. Die Ergebnisse waren vielversprechend: Die Organismen reagierten mit messbaren Veränderungen auf die Stoffe und hatten auch mit der Kombination aus Abwasser und Schadstoffen kein Problem.

Erfolgreiche Anwendung auf der grossen ARA
Im nächsten Schritt setzten die Forschenden das System im Grossmassstab auf einer mittelgrossen ARA in der Region ein. «Eine Herausforderung war es, dass wir zunächst einen mobilen Membranfilter bauen lassen mussten, den wir auf die Anlage mitnehmen konnten», erinnert sich Kizgin. Doch dann sei der weitere Betrieb bei dem sechswöchigen Einsatz weitgehend unproblematisch gewesen. Ein Glückfall war die Zusammenarbeit mit der Eawag, die sich mit ihrer neue MS2field-Plattform an dem Versuch beteiligte. MS2field ist eine der ersten mobilen Messstationen, die die kontinuierliche und zeitlich hochaufgelöste chemische Messung von Mikroverunreinigungen im Feld erlaubt. Die detaillierte Auswertung der Daten steht noch aus, doch es steht bereits fest, dass die beobachteten Veränderungen in den Verhaltensmustern der Tiere gut mit dem chemischen Nachweis von kritischen Substanzen korrelierten.

Wie weiter?
Als nächstes stehen Kontrollexperimente auf dem Programm, um zu bestätigen, welche der identifizierten Substanzen durch die Biomonitore nachgewiesen werden können und wie hoch deren Empfindlichkeit ist. Ausserdem sollen die Testsysteme auf weiteren ARA eingesetzt werden. «So wollen wir eine fundierte Basis schaffen, um die Online-Biomonitore als ergänzende Kontrollstufe des Abwassers zu etablieren», sagt Miriam Langer.
 

Die verwendeten Online-Biomonitore
Die einzellige Grünalge Chlorella vulgaris regiert mit einer veränderten Photosyntheseaktivität auf Schadstoffe. Diese wird im Gerät durch Fluoreszenzmessungen überwacht. Die Algen werden in einem integrierten Fermenter kultiviert und für die Messung automatisch entnommen. Das Gerät vergleicht die Wirkung der Wasserprobe auf die Algen mit der Wirkung von Referenzwasser.

Beim Wasserflohtest wird das Abwasser kontinuierlich durch Messkammern geleitet, in der sich die Tierchen befinden. In den Kammern wird das Schwimmverhalten der Tiere mit einer Videokamera gefilmt. Die Schwimmbahnen werden aufgezeichnet und dienen zur Berechnung verschiedener Parameter wie zum Beispiel der Schwimmhöhe oder der Schwimmgeschwindigkeit.

Für die Überwachung mit Hilfe von Bachflohkrebsen werden die Tiere in Sensorkammern gegeben. Die Kammern sind mit Elektroden ausgerüstet und befinden sich in einem Testbecken, das kontinuierlich von Abwasser durchflossen wird. Während ein Elektrodenpaar eine Wechselspannung erzeugt, misst ein zweites Paar die Veränderungen des elektrischen Feldes, die durch die Bewegungen des Tieres erzeugt werden. Ändert sich das Verhalten der Krebschen ausserhalb der zulässigen prozentualen Abweichung, schlägt das System Alarm. Dies zum Beispiel, weil die Aktivität der Tiere plötzlich zunimmt (Flucht) oder abnimmt (starke Beeinträchtigung durch Testsubstanz, bis hin zu Tod).

Es gibt ein Video zum Testsystem
https://youtu.be/Ch7OxGW-48k

https://www.eawag.ch/de/news-agenda/news-plattform/news/online-biomonitoring-von-ara-abwasser/