Motivation:

Eine zentrale Kenngröße für die Prozesssteuerung von Abwasserreinigungsprozessen ist der Trockensubstanz-Gehalt (TS-Gehalt). Bei Kenntnis des aktuellen TS-Gehaltes können (Teil-) Prozesse jederzeit im optimalen Betriebsbereich gefahren werden, was zu hohen Einsparungen (Energie, Ressourcen, Kosten) führen kann. Weil der TS-Gehalt leider nur im Labor verlässlich bestimmt werden kann, ist er nur unter zeitlichen Verzögerungen bekannt. Diese Verzögerungen machen optimale Fahrweisen häufig unmöglich. Sensoren zur Messung des TS-Gehalts im laufenden Betrieb sind teuer und meist weniger verlässlich.

Ziel des Vorhabens ist die verlässliche Bestimmung des TS-Gehalts in Echtzeit durch den Einsatz eines Softsensors, also eines Algorithmus, der mit Hilfe eines digitalen Zwillings des jeweiligen Teilprozesses den TS-Gehalt aus leicht verfügbaren Betriebsdaten von Pumpen (wie Leistungsaufnahme oder Druckdifferenz) in Echtzeit ermittelt. Dabei wird ausgenutzt, dass Messgrößen wie Leistungsaufnahmen oder Drücke in Abhängigkeit von der Fluidviskosität schwanken und somit Rückschlusse auf den TS-Gehalt zulassen.

Vorgehen:

Die notwendigen echtzeitfähigen digitalen Zwillinge und die echtzeitfähige IT werden zunächst im Labor entwickelt und anschließend im Rahmen des Projektes prototypisch in die reale Anwendung auf einer Kläranlage überführt. Im großen Maßstab soll der Softsensor an insgesamt drei verschiedenen Messstellen eingesetzt werden, um den praktischen Nutzen für unterschiedliche Fluide und Einsatzbereiche zu testen. Die notwendige Messtechnik (Referenzmessungen) vor Ort wird ergänzt; die Ausrüstung der Pumpen mit der entsprechenden Sensorik erfolgt durch den Projektpartner SEEPEX. Der digitale Zwilling der Pumpen und der wird federführend durch die Ruhr-Universität Bochum entwickelt.

Nach entsprechender Testphase sollen die durch den Softsensor ermittelten Prozessdaten in die Prozesssteuerung der Kläranlage integriert werden.

Ausblick:

Da der Softsensor mit kostengünstigen IT-Komponenten und bereits bestehenden Sensoren umgesetzt werden kann, ist er der Schlüssel für einen breiten Einsatz. Zudem ist das Verhältnis von Aufwand und potentiellem Nutzen aus Sicht eines Kläranlagenbetreibers außerordentlich hoch, sodass bei Projekterfolg eine schnelle und weitreichende Verbreitung angestrebt wird und abzusehen ist. Dies betrifft sowohl den Lippeverband, als auch darüber hinausgehend eine Vielzahl weiterer Kläranlagenbetreiber. Diese sind bspw. über Organisationen wie die DWA und weitere Netzwerke eng miteinander vernetzt und stehen in regelmäßigem Austausch. Diese Strukturen möchte der LV nutzen, um über die Erfahrungen und Ergebnisse aus sofTSense zu berichten und hierüber eine große Verbreitung des Ansatzes zu erreichen.

Fördergeber

Projektpartner:

Kontakt beim Lippeverband:

Beitrag der Emschergenossenschaft und Lippeverband

Abwasser ist fast überall und dauerhaft verfügbar und hat selbst in den Wintermonaten relativ hohe Temperaturen. Auf der Suche nach noch nicht ausgeschöpften regenerierbaren Energiequellen kann zunehmend auch Abwasser als Energieträger in den Fokus genommen werden. Im Zuge des EU-Projektes baut der Lippeverband dafür unter anderem ein Netzwerk von Aquathermie-Stakeholdern auf. So soll die Nutzung von Abwasserwärme nachhaltig gefördert werden. Auf einer Kläranlage wird außerdem eine Pilotanlage für ein smartes und komplexes Energiemanagementsystem errichtet und getestet. Verschiedene Stoff-, Energie- und Wärmeströme werden dafür auf der Anlage erfasst und geregelt – auch um möglichst flexibel auf die jeweilige Belastungssituation sowie den Energiemarkt reagieren zu können.

Kooperation mit der BETREM

Die BETREM GmbH, Tochtergesellschaft der Emschergenossenschaft, erforscht innerhalb des Projektzeitraumes die Potentiale zur Abwasserwärmenutzung im Kläranlagenzulauf. Dabei wird auch die Verwendung alternativer Stoffe als Wärmeträgerflüssigkeit im Wärmetauscher untersucht.

Insgesamt werden im Rahmen von ResNRJwater sieben Pilotmaßnahmen auf Kläranlagen und Pumpwerken in Deutschland, Belgien, den Niederlanden und Frankreich durchgeführt. Ziel dieser Pilotvorhaben ist die Validierung verschiedener Technologien zur Erleichterung der Nutzung erneuerbarer Energiequellen im Wasser- und Abwassersektor. Mit den Ergebnissen von ResNRJwater sollen die Wasser- und Abwasserinfrastrukturen energieautarker werden – und zu einer Stabilisierung der Energienetze beitragen.

Projektpartner:

Lippeverband (DE) – Lead Partner
Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (NL)
Territoire d’énergie Loire-Atlantique (FR)
Aquafin NV (BE)
Emschergenossenschaft (DE)
SEM EnR44 (FR)
BETREM GmbH (DE)
InfraWatt (CH)
Universität von Galway (IE)

Beitrag der Emschergenossenschaft und Lippeverband

EGLV sind an mehreren Projektbausteinen für die Entwicklung und Umsetzung von Maßnahmen beteiligt. Dabei setzen die Wasserwirtschaftsverbände zunehmend auch auf die Unterstützung durch künstliche Intelligenz (KI) sowohl bei der Vorbereitung auf Sturzfluten als auch beim Einsatz im Akutfall. Zur Vorbereitung auf Hochwasserszenarien kann Künstliche Intelligenz helfen, Simulationen zu erstellen und bereits im Vorfeld mögliche Gefährdungsszenarien und -stellen zu erkennen. Außerdem soll KI im Ernstfall bei der Auswertung von Echtzeit-Drohnenaufnahmen und bei Auswirkungsprognosen zum Einsatz kommen. So können größere Flächen auf ihr Risiko analysiert werden und genauere Vorhersagen über Fließrichtung und -geschwindigkeit getroffen werden. In einer Hochwassersituation werden potenziell betroffene Straßen, störendes Treibgut oder die Verfassung von Deichen schneller erfasst. Die Technologie zur Anwendung von KI sowie zur Umsetzung von Echtzeit-Drohnenaufnahmen und -Prognosen werden im Rahmen von FlashFloodBreaker erst noch weiterentwickelt und getestet.

Kooperation mit der Feuerwehr Duisburg

Schnell reagieren müssen neben Wasserwirtschaftsverbänden auch die Einsatzkräfte der Feuerwehren und Katastrophenschutz vor Ort. Üben können sie dies zukünftig an einem „nassen Übungsdeich“, der im Rahmen von FlashFloodBreaker in Duisburg entsteht. In einen Übungsdeich werden dafür Wasserschläuche platziert, um unterschiedliche Hochwasserszenarien nachstellen können. Von dem speziellen Übungsdeich profitieren auch die transnationalen Kooperationspartner, mit welchen gemeinsam Krisenstabs- sowie Hochwasserübungen durchgeführt werden.

Projektpartner

Emschergenossenschaft (DE) – Lead Partner
Provincie Limburg (NL)
Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (NL)
Service Départemental d’Incendie et de Secours de la Moselle (FR)
Université de Liège (BE)
Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (NL)
RWTH Aachen University Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (DE)
Lippeverband (DE)
Vlaamse Milieumaatschappij (BE)
Service public de Wallonie (BE)
Université du Luxembourg (LU)
Stadt Duisburg – Feuerwehr Duisburg (DE)
Munster Technological University (IE)

EGLV nehmen über einen Zeitraum von zwei Jahren mit sieben weiteren Organisationen aus systemrelevanten Bereichen an diesem Forschungsprojekt teil und untersuchen dabei die organisationale Resilienz. Organisationale Resilienz beschreibt die Fähigkeit einer Organisation, sich an ein wandelndes Umfeld anzupassen. Es geht im Wesentlichen darum, dass Strukturen und Prozesse auf Ebene der Arbeitsorganisation so gestaltet werden, dass die Funktionalität einer Organisation aufrechterhalten wird.

Wir arbeiten aktiv an den Projektzielen mit und können somit neue Erfahrungen im Bereich der flexiblen Arbeitszeitmodelle, Kollaboration (aktive Zusammenarbeit), Selbstorganisation gewinnen und nehmen am Wissensaustausch teil.

Der Projektablauf sieht verschiedene Arbeitspakete vor – am Ende des Projektes stehen folgende Forschungsziele:

• Wie kann die organisationale Resilienz in systemrelevanten Bereichen gesteigert werden?
• Wie kann New Work in systemrelevanten Bereichen umgesetzt werden?
• Wie können die Arbeitsbedingungen unter Einbeziehung der Beschäftigtenperspektive attraktiv und zukunftsgerichtet gestaltet werden?

Projektleitung:

Berufsforschungs- und Beratungsinstitut für interdisziplinäre Technikgestaltung e.V. (BIT), Bochum

Projektpartner*innen:

Das Demographie Netzwerk e.V. (ddn), Berlin

Universität Hohenheim – Lehrstuhl Soziologie, Stuttgart

Glasfaser Ruhr GmbH & Co. KG., Bochum

Emschergenossenschaft, Essen

Freundeskreis Mensch e.V., Gomaringen

Feuerwehr der Stadt Stuttgart

Hospital zum Heiligen Geist, Hamburg

Projektlaufzeit:

01.06.2023 – 31.05.2025

Klima-Bewusstsein im Hammbachgebiet (NRW): Nachhaltiges Wassermanagement für Landwirtschaft, Landschaft und Wasserversorgung (KlimaBeHageN)

Abschlusskonferenz am 27.02.2023 in Essen

Hier finden Sie die Projektergebnisse.

Privathaushalte konnten bisher einfach den Wasserhahn aufdrehen und es sprudelt in bester Trinkwasserqualität heraus. Land- und Forstwirtschaft bekommen die Probleme ganz anders zu spüren: Vertrocknetes, verkümmertes Getreide, zu wenig Viehfutter, immer aufwändigere Bewässerungssysteme im Gemüseanbau, Trockenstress auf Obstplantagen – und die 2020 auffällig braunen und verdorrten Waldflächen zählen zu den Indizien, dass unsere Vegetation mit dem Wassermangel nicht mehr zurechtkommt.

Der „Dürremonitor“ des Helmholtz Zentrums für Umweltforschung zeigt die dramatische Entwicklung für unterschiedliche Bodentiefen und erläutert die Zusammenhänge mit der Landwirtschaft.

Trinkwasser zur Versorgung des nördlichen Ruhrgebiets wird aus 40 bis 120 Metern Tiefe aus den Halterner Sanden und Recklinghäuser Sandmergeln gefördert, einem der größten nutzbaren Grundwasservorkommen NRWs (in Dorsten über die Brunnengalerien Holsterhausen und Üfter Mark).

Die oberflächennahen Grundwasserschichten und ihr Zusammenspiel mit Bächen und Flüssen sind demgegenüber bedeutsam für die Vegetation und Tierwelt, also auch für die Landwirtschaft. In Trockenperioden reicht der Niederschlag manchmal nicht mehr aus, um Wälder oder Moore unbeschadet zu erhalten.

Kommen weitere Wasserentnahmen oder z.B. qualitative Aspekte wie erhöhte Nitratkonzentrationen hinzu, verschärfen sich die Probleme.

Teils historisch bedingt haben viele Landwirte zur Bewässerung ihrer Felder Wasserentnahmerechte und bedienen sich hierfür der oberen Grundwasserstockwerke. Ohne großflächige Beregnung bis hin zur Tröpfchenbewässerung ist sonst oft keine Nahrungsmittelproduktion
möglich.

Wie viel Investitionen in ressourcenschonende Bewässerungssysteme können landwirtschaftliche Betriebe tragen und noch Marktpreise erzielen? Hier ist nicht nur eine Entnahme mit Blick auf den langfristigen Erhalt des Grundwasserdargebotes zu sehen, sondern auch die Frage nach der Wirtschaftlichkeit.

In Trockenperioden bedeutet das also in der Summe, dass durch konkurrierende Nutzungen die Grundwasserleiter stark beansprucht werden können. Hier setzt das Projekt KlimaBeHageN an.

Neben kleinen Mooren, Feuchtgebieten und Waldbereichen findet sich im Projektgebiet viel landwirtschaftliche Nutzung mit unterschiedlichen Strukturen (wie Mais, Getreide, Gemüse, Obst, Viehwirtschaft) sowohl in der Produktion wie in der Weiterverarbeitung. Im Projektgebiet kommen neben exemplarischen, auf andere Regionen übertragbaren Problemen auf überschaubarem Raum auch eine gute Datengrundlage und engagierte Projektbeteiligte zusammen:

Im BMBF-geförderten Projekt dynaklim hatten sich der Lippeverband (LV) und der Trinkwasserversorger Rheinisch-Westfälische Wasserwerksgesellschaft mbH (RWW) bereits 2009 bis 2014 mit Klimaprognosen und Folgen für die Wasserwirtschaft intensiv befasst. Mit einem Grundwasserströmungsmodell wurden am Beispiel der Üfter Mark stationäre Simulationen für die nahe (2021-2050) und ferne (2071-2100) Zukunft durchgeführt und mit dem Ist-Zustand (1961-1990) verglichen.

Durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt wurde dann für den Planungsraum ein vorlaufendes Maßnahmenkonzept bis 2019 gefördert, um Nutzungskonkurrenzen – auch verursacht durch den Klimawandel – zukünftig minimieren zu können.

Das Konzept wurde unter Beteiligung der relevanten Akteure im Einzugsgebiet des Hammbachs erstellt und abgestimmt. Es geht nun darum, dieses Konzept weiter zu konkretisieren und umzusetzen. Speziell hier im Raum wird auch der Frage nachgegangen, welche Wasserqualität/-quantität für welche Nutzung adäquat ist: Können die zur Wasserregulierung an der einen Stelle gepumpten Mengen an anderer Stelle genutzt werden?

die Ermittlung eines konkreten landwirtschaftlichen Wasserbedarfs zur dauerhaften ressourcenschonenden Bewässerung in Trockenzeiten und Maßnahmen zur messbaren Minimierung des Bewässerungsbedarfs sowie sozialökologische Aspekte und Auswirkungen möglicher Maßnahmen (unter intensiver Einbindung landwirtschaftlicher Betriebe),

die Entwicklung von Modellen zur Organisation und Finanzierung der Bewässerung inklusive rechtlicher Fragen und Zuständigkeiten sowie
die Weiterentwicklung eines zuvor erstellten Entscheidungshilfetools für die Behörden unter aktiver Einbindung der bereits involvierten Unteren Wasserbehörde Kreis Recklinghausen und der Bezirksregierung Münster (welche Datenbasis ist erforderlich, welche Instrumente sind hilfreich, wie werden Wassernutzer adressiert, was kann innerhalb des bestehenden Rechtsrahmens geleistet/ erreicht werden?),

die konkrete Umsetzung von wasserregulierenden Maßnahmen im Deutener Moor und Brosthauser Wiesenmoor mit Wirkung bis in die benachbarten Gebiete.

Im Ergebnis soll einerseits die messbare Dämpfung von Verbrauchsspitzen in kritischen Phasen (d. h. in Trockenmonaten) und andererseits eine Übertragbarkeit auf andere Regionen erzielt werden.

Für das oberflächennahe Grundwasserstockwerk kann jeder Immobilienbesitzer Gutes tun: Eine Abkopplung der Regenwasserableitung von Dächern, Terrassen oder Gehwegen – entweder zur Speisung einer Regentonne im Garten oder zur Versickerung – hilft dem Grundwasser und vermindert Abflüsse in die Mischkanalisation, denn sauberes Regenwasser sollte eigentlich nicht in der Kläranlage landen.

Auch kann man sich die Frage stellen, ob der eigene Garten vielleicht mit Pflanzen gestaltet werden kann, die Trockenstress besser vertragen?

Landwirtschaftliche Betriebe vor Ort, die Interesse an einer Kooperation haben, können sich über die Landwirtschaftskammer einbringen. Unter Wahrung des Datenschutzes werden zusammen mit der Universität Kassel Betriebsdaten erhoben und ausgewertet und Möglichkeiten einer wasserschonenderen Bewirtschaftung ermittelt, um den Betrieben eine Perspektive zu bieten.

Infoveranstaltungen sind geplant – soweit es die Corona-Regeln zulassen – und die Projektergebnisse werden kontinuierlich publiziert.

Mit unserem Newsletter halten wir Sie hier regelmäßig auf dem Laufenden.

Ansprechpartner*innen:

Dipl.-Geol. Michael Getta
Tel.: 0201 104-2491,
Mail:Getta.Michael@eglv.de

Dipl.-Ing. Kirsten Adamczak
Tel.: 0201 104-2679,
Mail: Adamczak.Kirsten@eglv.de

Fördergeberin

Projektpartner*innen

Wasser- und Bodenverband Rhader Bach/ Wienbach

Verbundpartner:

• Universität Duisburg-Essen
• Christian-Albrechts-Universität Kiel
• Planungsbüro Koenzen
• delta H Ingenieurgesellschaft mbH
• HYDROTEC Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbH
• Ecologic Institut gemeinnützige GmbH

Assoziierte Partner:

• Bezirksregierung Münster
• Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen
• Arbeitsgemeinschaft der Wasser- und Bodenverbände Westfalen-Lippe

Gefördert von

Das Verbundvorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Fördermaßnahme Wasser-Extremereignisse (WaX) gefördert.

Laufzeit: 01.02.2022—31.01.2025

Ansprechpersonen

Projektlaufzeit

01.10.2021 – 30.09.2025

Projektförderung

Europäische Kommission H2020

Förder-Nummer: 101036337

Gesamtprojektkoordination

Prof. Dr. Daniel Hering, Universität Duisburg-Essen, Aquatische Ökologie, Tel. 0201/18 3-3084, daniel.hering@uni-due.de

Dr. Sebastian Birk, Universität Duisburg-Essen, Aquatische Ökologie, Tel. 0201/18 3-3218, sebastian.birk@uni-due.de

Ansprechpersonen

Sie wollen unser Netzwerk und uns näher kennenlernen und sich mit uns austauschen? Gerne! Alle unsere Angebote sind kostenlos, denn als Netzwerk engagieren wir uns gemeinsam zum gegenseitigen Nutzen.

Wie das Netzwerk entstanden ist, was das überhaupt ist, welche Ziele wir gemeinsam verfolgen und vieles mehr, erklärt der kleine Film. Getreu dem Motto „von Beschäftigten für Beschäftigte“ wurde dieser durch unsere Auszubildenden gemeinsam vorbereitet, produziert und vertont.

Die weltweit bestehenden Herausforderungen machen deutlich, welche Bedeutung öffentlich-rechtliche Organisationen auf allen Ebenen für die Entwicklung einer guten Zukunft zukommt. Es gilt, mit ganzer Kraft neue Arbeitsansätze kooperativ zu erproben und einzusetzen: Die Zukunftsinitiative KLIMA.WERK bietet mit der Anpassung an den Klimawandel hierzu einen beispielhaften großräumigen Modellraum.

Unsere Foren „Agil in die Zukunft“

Um unsere Grundidee des gemeinsamen Austauschs zu gestalten, setzen wir auf aktiven Wissenstransfer. Hierzu organisieren wir jährlich unser Forum „Agil in die Zukunft“. Mit wechselnden Gastgeber*innen aus unterschiedlichen Städten bieten wir eine Plattform mit spannenden Impulsen und Raum für die gemeinsame Ideenentwicklung.

Auf dieser Basis entstehen Netzwerkpartnerschaften, in denen sich Kolleg*innen gegenseitig unterstützen und beraten können.

Forum Agil in die Zukunft 2024 in Köln

Über 500 Kolleg*innen haben am 17. und 19. September 2024 am zweitägigen Austausch des Netzwerks Agile Verwaltung teilgenommen. Gastgebende Kommune war die Stadt Köln und hier das Innovationsbüro. In den über 30 Workshops und Impulsvorträgen standen die Themen

• Transformation und Organisationskultur zusammen denken
• Menschen in den Mittelpunkt stellen

• Zusammenarbeit über fachliche Grenzen einfach gestalten

im Fokus des digitalen Tages und des Präsenztreffens im Congress-Centrum der Messe Köln.

Die große Resonanz verdeutlicht das Interesse vieler Kolleg*innen der teilnehmenden Organisationen, über den Erfahrungsaustausch neue Lösungsansätze und Perspektiven für die Herausforderungen ihrer Aufgaben und Tätigkeiten zu gewinnen. Im Austausch wächst das Bewusstsein um die eigenen Möglichkeiten, auf erfolgversprechenden Wegen Veränderungen zu einer zukunftsorientierten Verwaltung selbst mitgestalten zu können.

Weitere Ergebnisse unserer Foren

Unser Forum „Agil in die Zukunft“ 2023 in Bochum war ein voller Erfolg: 750 Kolleg*innen haben am einwöchigen digitalen Forum mit rund 50 Programmbausteinen und der Präsenz-Abschlussveranstaltung „Agilität live erleben“ im Kunstmuseum Bochum teilgenommen. Mit spielerischen Angeboten wie „Agiles Topfschlagen“, „Von der Eintagsfliege zum Elefanten“ und „Agile Lots*innen auf See“ drehte sich alles um Austausch und Impulse für die Praxis: „Einfach mal „agil“ machen …? Na klar! – Die Workshops auf der großen Abschlussveranstaltung haben uns gezeigt, wie leicht die agile Denke in den Arbeitsalltag zu integrieren ist, wenn man mit ein wenig Mut einfach mal loslegt.“

Sowohl Einblicke in erprobte Ideen und Konzepte als auch Denkanstöße für die Zukunft gaben Referent*innen in den digitalen Sessions von Bergkamen bis Witten, vom Regionalverband Ruhr über die KGSt – Kommunale Gemeinschaftsstelle für Verwaltungsmanagement – bis zu EGLV. Gemeinsam mit Oberbürgermeister Thomas Eiskirch, der Stadt Bochum, vielen weiteren Vertreter*innen des Stadtkonzern und den Vorständen von EGLV wurde die Woche mit einem Blick auf die Zukunftsherausforderungen und Ausrichtung unserer Organisation gestartet.

Der kurze Film fasst die Energie aller Teilnehmenden auf der Abschlussveranstaltung noch einmal zusammen:

Film: Foto und Film Manufaktur Dieter Claas im Auftrag der Stadt Bochum

Unsere Foren ermöglichen es in verschiedenen Formaten zu vielen Themen neue Eindrücke zu gewinnen und sich kennenzulernen. Ist eine Basis für gemeinsames Wirken vorhanden, unterstützt das Netzwerk organisationsübergreifendes Zusammenkommen und gemeinsames Handeln.

Werden Sie aktiv und wenden sich mit einer Idee für organisationsübergreifende Projekte an unser Koordinierungsteam. Im Oktober 2023 haben wir z. B. auf Anregung des Netzwerkes „KLIMA.WERK“ einen Praxistag für Auszubildende zum Thema „Zukunft gestalten“ realisiert. Planung und Umsetzung erfolgten durch ein Team des Kreises Recklinghausen, der Stadt Castrop-Rauxel, der Emschergenossenschaft und des Lippeverbandes. Rund 50 Azubis nutzten den Tag, um Ideen zu entwickeln, wie sich die Beschäftigten der vier Organisationen für noch nachhaltigeres Handeln motivieren ließen und wie ein nächster Azubi-Praxistag gestaltet werden könnte. Für die Ideenentwicklung eingesetzt wurde die Walt-Disney-Methode. Es handelt sich hierbei um eine Kreativitätstechnik, bei der die Teilnehmenden unterschiedliche, vorgegebene Rollen (Träumer*in, Realist*in &und Kritiker*in) und damit verschiedenartige Perspektiven einnehmen.

Seit Januar 2023 betreibt unser Netzwerkpartner der Regionalverband Ruhr das Online-Netzwerk „RuDi – Ruhr Digital“ als Austausch- und Kollaborationsplattform für Verwaltungsmitarbeitende. Nach der Registrierung können sich Interessierte aus Verwaltungen über Themen, wie beispielsweise Digitalisierung, agile Verwaltung oder Smart City Projekte austauschen. Regelmäßige digitale Meet-Up‘s und Veranstaltungen des Kollegialen Lernens bieten vielfältige Möglichkeiten, sich über Verwaltungs- und Stadtgrenzen hinweg zu vernetzen und den Austausch auch zwischen und während den Veranstaltungen wie u. a. der Forumswoche „Agil in die Zukunft“ zu ermöglichen. Hier geht’s zur Registrierung.

Unsere Netzwerkpartner*innen

Emschergenossenschaft und Lippeverband – Bochumer Wirtschaftsentwicklung – Essener Versorgungs- & Verkehrsgesellschaft mbH – IHK Mittleres Ruhrgebiet – Jobcenter Bochum – Landesarbeitsgemeinschaft Agenda 21 NRW e.V. – LINEG – Niersverband – Regionalverband Ruhr – Ruhrverband – Shift Digital GmbH – Stadtwerke Bochum – Wupperverband – Stadt Arnsberg – Stadt Bergkamen –Stadt Bochum – Stadt Detmold – Stadt Dortmund – Stadt Duisburg – Stadt Essen – Stadt Gladbeck – Stadt Hannover – Stadt Köln – Stadt Lünen – Stadt Mülheim a. d. Ruhr – Stadt Recklinghausen – Kreis Wesel – Stadt Witten – Stadt Wuppertal – Universität Duisburg-Essen – USB Bochum GmbH

Phosphor-Recycling – Rückgewinnung eines essentiellen Rohstoffs

Phosphor ist als einer der wichtigsten und nicht ersetzbaren Nährstoffe unverzichtbar für das tägliche Leben. Noch ist Deutschland auf den Import von Phosphor aus Drittstaaten angewiesen. Mit dem Recycling des in Abwässern enthaltenen Phosphors könnte jedoch zukünftig ein Teil des Phosphorbedarfs gedeckt werden. Mit der im Jahr 2017 beschlossenen Neufassung der Klärschlammverordnung ist die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm bzw. Klärschlammverbrennungsasche ab 2029 vorgeschrieben. Die notwendigen Verfahren, mit deren Hilfe der Phosphor zurückgewonnen werden kann, sind allerdings für den flächendeckenden Einsatz noch nicht ausreichend entwickelt.

Unter der Federführung des Ruhrverbands demonstrieren die fünf beteiligten sondergesetzlichen Wasserverbände Nordrhein-Westfalens im Projekt AMPHORE ein innovatives Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammasche im großtechnischen Maßstab und integrieren dies gemeinsam mit weiteren Partnern in ein ganzheitliches Konzept von der Abwasserreinigung über die Klärschlammbehandlung bis zum Einsatz des erzeugten Phosphorproduktes.

Die Projektregion

Das Verbandsgebiet der fünf beteiligten Wasserverbände hat eine Gesamtfläche von 10.323 km². Mit rund 7 Millionen Menschen gilt die Region als einer der größten Ballungsräume Deutschlands. Das Konzept umfasst 139 Kläranlagen mit zirka 9 Prozent des deutschen Klärschlammanfalls sowie fünf Verbrennungsanlagen mit einem Rückgewinnungspotenzial von rund 4.700 Tonnen Phosphor pro Jahr. Gute Voraussetzungen für einen innovativen, regionsweiten Management-Ansatz für Klärschlämme und die Weiterbehandlung erzeugter Verbrennungsaschen zur Produktion eines hochwertigen Phosphor-Rezyklates.

Was sind die Ziele?

Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen für eine zukunftssichere, ökonomische und ökologisch optimierte Gestaltung der Klärschlammverwertung mit regionalem Phosphor-Recycling

Aufbau einer öffentlich-rechtlichen Organisationsstruktur für das Phosphor-Recycling durch Gründung einer gemeinsamen Tochtergesellschaft: PhosRec Phosphor-Recycling GmbH

Planung, Bau und Betrieb einer großtechnischen Demonstrationsanlage zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen durch ein nasschemisches Verfahren

Aufbau regionaler Distributionsstrukturen zur Vermarktung und Nutzung des entstehenden Phosphorproduktes sowie weiterer Nebenprodukte und Verwertung der Reststoffe

Was sind die Aufgaben?

Alle erforderlichen Umsetzungsschritte werden in fünf Arbeitspakete (AP) mit zugehörigen Unterarbeitspaketen gegliedert.

Großtechnische Umsetzung auf der Kläranlage Bottrop

Am Standort der Kläranlage Bottrop mit zentraler Schlammbehandlung (solar-thermische Trocknung und energetische Verwertung in der Wirbelschichtverbrennung) wird die großtechnische Demonstrationsanlage zur Rückgewinnung des in den Klärschlammaschen gebundenen Phosphors (Zielgröße 1.000 Tonnen Asche/Jahr) errichtet. Nach einem mehrstufigen Auswahlverfahren im Rahmen der Konzeptphase sowie in den ersten sechs Monaten nach Start der Umsetzungsphase haben sich die Projektbeteiligten als Verfahren auf einen patentierten Prozess der PARFORCE Engineering & Consulting GmbH (Freiberg) verständigt. Die gewählte PARFORCE-Technologie wird mit der großtechnischen Umsetzung auf die vorliegenden Ansprüche hin optimiert und hinsichtlich des Dauerbetriebs sowie der Betriebsstabilität bei verschiedenen Betriebszuständen eingehend geprüft. Auch die Qualitäten und mögliche Verwertungspfade für Nebenprodukte und Reststoffe (u. a. Metallsalze, Streusalzsole und silikatische Rückstände) werden neben der späteren Vermarktung der erzeugten Phosphorsäure betrachtet. So werden eine möglichst hochwertige Verwertung und eine möglichst hohe Entsorgungssicherheit angestrebt. Die PhosRec Phosphor-Recycling GmbH als Tochtergesellschaft der beteiligten Wasserverbände, die eigens für das Projekt gegründet wurde, ist als Projektpartner verantwortlich für den Bau und den Betrieb der Demonstrationsanlage. Die Inbetriebnahme der Anlage ist für Mitte 2023 geplant. Die erhobenen Messdaten werden maßgebliche Erkenntnisse für den Aufbau eines angepassten Klärschlamm- und Klärschlammaschenmanagements liefern.

Fördermittelgeber*innen

AMPHORE ist ein Verbundprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil der Fördermaßnahme „Regionales Phosphor-Recycling“ (RePhoR) unterstützt wird. Mit dem Förderprogramm werden insgesamt sieben Verbundprojekte innovative regionale Lösungen zum Phosphor-Recycling und zur Klärschlammverwertung entwickeln und umsetzen. Diese Fördermaßnahme ist Gegenstand des BMBF-Rahmenprogramms „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA3).

Projektpartner*innen

Emschergenossenschaft/Lippeverband
Emscher Wassertechnik GmbH/Lippe Wassertechnik GmbH
Fraunhofer ISI
ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg
LINEG
PhosRec Phosphor-Recycling GmbH
Ruhrverband
RWTH Aachen Institut für Siedlungswasserwirtschaft
WIW Wupperverbandsgesellschaft für Integrierte Wasserwirtschaft mbH
Wupperverband

Assoziierte Partner*innen

Betrem
Compo Expert
innovatherm
Soepenberg
WFA GmbH
Wocklum Gruppe
WW Group
Yara

Projektlaufzeit:  07/2020 – 06/2025

Weitere Informationen finden Sie unter:

https://ruhrverband.de/wissen/projekt-amphore/

https://www.bmbf-rephor.de/

Ansprechpartner

SUSKULT Entwicklung eines nachhaltigen Kultivierungssystems für Nahrungsmittel resilienter Metropolregionen

Die Vision „Gemüseanbau auf der Kläranlage“

In der SUSKULT-Vision erhält die Kläranlage eine neue Rolle. Sie ist nicht mehr nur Entsorgungsanlage, sondern wird zu einem elementaren Baustein eines neuartiger Agrarsysteme und damit zur Anlage innovativer Nahrungsmittelproduktion. Die Nahrungsmittelproduktion erfolgt in  Hydroponik basierenden Indoor-Kultivierung, in denen die Pflanzen (z.B Tomaten, Süßkartoffeln, Moringa und Salat) auf boden- bzw. erdelosen Systemen unter Einsatz mineralischer Nährstofflösungen wachsen.

Die dafür benötigten Ressourcen wie die Nährstoffe Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K) aber auch Kohlenstoffdioxid sowie Wärme und Wasser können auf einer Kläranlage bereits gestellt werden.

Da Kläranlagen in unmittelbarer Nähe der Städte liegen, wird die landwirtschaftliche Wertschöpfungskette in die Region (für die Region) verlagert. Die notwendigen Nährstoffe, die teilweise in Form von mineralischen Düngemitteln importiert werden müssen, werden so vor Ort genutzt und Transportwege vermieden. Dies ermöglichen einen regionalen und nachhaltigen Agrarbetrieb.

Die SUSKULT-Vision ist deshalb ein guter Grund, Kläranlagen anders zu denken und neue Wege zu beleuchten.

Daran arbeiten unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT 15 Partner aus Forschung und Praxis.

Herausforderungen aus wasserwirtschaftlicher Sicht

Seit mittlerweile über 100 Jahren erfüllen Kläranlagen mit der Reinigung von Abwasser aus Haushalten, Gewerbebetrieben und Industrie Kernaufgaben in der öffentlichen Hygiene sowie dem Gewässerschutz. Die heutigen Anforderungen an die Reinigungsleistung von Kläranlagen sind umfangreich: Rückhalt von Krankheitserregern, Schutz der Gewässer vor der Einleitung von Nährstoffen und Schadstoffen bis in kaum nachweisbare Konzentrationsbereiche. Aber daneben wird von einer modernen Kläranlage viel mehr erwartet: dort sollen auch die im Abwasser enthaltenen Ressourcen zurückgewonnen und wieder nutzbar gemacht werden: Energie in Form von Wärme oder Strom, Nährstoffe zur Nutzung in Industrie und Landwirtschaft. Dies ist bereits heute gelebte bzw. gesetzlich geregelte Realität. Die nächsten Jahrzehnte werden weitere Herausforderungen bringen: welche Rolle kann weitgehend gereinigtes Abwasser bei der Bekämpfung von Wasserknappheit spielen? Wie können wir die Abwasserreinigung selbst möglichst klimaneutral gestalten? Welche Chancen bieten die voranschreitende Digitalisierung? Welche Kosten werden diesen Nutzen gegenüberstehen?

Die Umwandlung einer Kläranlage in ein sogenanntes NEWtrient®Center zu ermöglichen, ist es erforderlich, die im Abwasser enthaltenen Ressourcen gezielt in nutzbare Stoffströme einzubinden, die in ihrer Zusammensetzung und dem mengenmäßigen Anfall auf die Bedarfe eines bestimmten Agrarsystems angepasst sind. Nicht so einfach, da die Menge und Zusammensetzung des zufließenden Abwassers nicht gesteuert werden kann und selektive Prozesse implementiert und intelligent miteinander verschaltet werden müssen.

Was sind die Aufgaben?

Alle erforderlichen Umsetzungsschritte werden in vier Teilprojekte (TP) mit zugehörigen Unterarbeitspaketen gegliedert.

TP 1: NEWtrient®-Center

Ziel: Schrittweise Umstrukturierung gegenwärtiger Kläranlagen von einer reinen Abwasserbehandlungsanlage hin zu einem Ressourcenlieferanten (»NEWtrient®-Center«) unter Hebung möglicher Synergien, Erörterung der Ausschlusskriterien sowie Erarbeitung von Anpassungsstrategien für die Integration des neu entwickelten Systems in bestehende Kläranlagen.

TP 2: NEWtrient®-Aufbereitungssystem

Ziel: Entwicklung technologischer Konzepte für eine Rückgewinnung der Ressourcen Wasser, Stickstoff, Phosphor, Kalium, CO₂ und Wärme, die frei von Keimen, Mikroschadstoffen sowie Störstoffen sind, die das Pflanzenwachstum negativ beeinflussen können.

TP 3: Nahrungsmittelproduktion

Ziel: Sichere, effiziente und gezielte Kultivierung von Gemüsepflanzen auf Basis hydroponischer Systeme realisiert unter Berücksichtigung von Abhängigkeitskriterien hinsichtlich Wachstumsdynamik, Pflanzengesundheit und Produktqualität.

TP 4: Umfeld- und Systemanalyse

Ziel: Erarbeitung der gesamtgesellschaftlichen Auswirkungen der technologischen Innovationsentwicklung von SUSKULT sowie Transformationsbarrieren und zugleich Chancen.

Umsetzung am Technikum der Emschergenossenschaft

Drei Jahre nach Projektstart (Mitte 2022) wurde die entwickelten SUSKULT-Bausteine in einer Demonstrationsanlage zusammengefügt. Standort ist das Technikum der Emschergenossenschaft auf der Kläranlage Emschermündung. Die fünf Bausteine sind untergebracht in zwei Seecontainern und in einem Teil der Versuchshalle des Technikums. Drei von ihnen wandeln die Ressource Abwasser in NPK-haltige Flüssigdünger um, in den anderen beiden wird dieser Dünger zur Kultivierung von z. B. Gemüse und Salat sowie gesundheitsfördernden Lebensmitteln wie Süßkartoffeln und Moringa verwendet. Der Anbau erfolgt in den platzsparenden vertikalen Kulturen und saisonunabhängig unter hocheffizienten Spezial-LED-Leuchten. Des Weiteren werden Wasserlinsen produziert, die über einen hohen Vitaminanteil verfügen und als regionaler Sojaersatz dienen können.

Fördermittelgeber*innen

SUSKULT ist ein Verbundprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der »Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030« als Teil der Fördermaßnahme Fördermaßnahme »Agrarsysteme der Zukunft«. Mit der Fördermaßnahme werden insgesamt acht Verbundprojekte innovative Lösungen in systemischen und transdiziplinären Ansätzen entwickeln und umsetzen.

Das Konsortium

• Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (Koordination)
• Justus-Liebig-Universität Gießen (stellv. Koordination)
• NX-Food GbmH
• Montan Universität Loeben
• Blue Foot Membranes GmbH
• Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI)
• Pacelum GmbH
• Emschergenossenschaft (EGLV)
• Rewe Group
• Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ)
• Hochschule Osnabrück
• Technische Universität Kaiserslautern
• ILS-Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung
• Yara GmbH & Co KG
• Ruhrverband (assoziiert)

Projektlaufzeit:  04/2019 – 03/2024

Weitere Informationen finden Sie unter:

https://suskult.de/

https://agrarsysteme-der-zukunft.de/

Phosphor ist für den menschlichen Organismus überlebenswichtig. Es existieren so gut wie keine Phosphorerzreserven in Europa, die EU weist eine Importabhängigkeit von über 90% auf. Eine Reduzierung dieser Abhängigkeit durch Erschließung erneuerbarer Phosphorquellen trägt zur Nahrungssicherheit Europas bei.

Unter Federführung des Lippeverbandes demonstriert Phos4You innovative Technologien zur Phosphorrückgewinnung, zeigt Nutzungsmöglichkeiten von recyceltem Phosphor auf (z.B. biologische Düngemittel) und unterstützt Phosphorrecycling in den Partnerregionen und darüber hinaus.

Phos4You geht das Phosphor-Problem an

Obwohl Phosphor (P) eine endliche Ressource ist, wird P derzeit in großem Maßstab „verschwendet“: Nach Einsatz als Düngemittel geht er durch die Nahrungsaufnahme ins Abwasser über und geht dort durch Entsorgung des Klärschlamms dem weiteren Kreislauf verloren. Die Europäische Union erkannte das Problem und nahm 2014 Phosphatgestein in die Liste der kritischen Rohstoffe auf. Die Nutzung von sekundärem Phosphor ist essentiell zur zukunftssicheren Versorgung der Menschen.

Phos4You kümmert sich speziell um die Phosphorrückgewinnung auf Kläranlagen. Das Potential der Rückgewinnung aus häuslichem Abwasser soll bestmöglich ausgeschöpft werden.

Das Rückgewinnungspotential in Nordwesteuropa wird auf jährlich 113.000 t P geschätzt. Das kann 26% des Bedarfs an Phosphatgestein in Nordwesteuropa (NWE) ersetzen. Sogar 45% des Bedarfs könnten durch Einsatz von Kreislaufwirtschaft gedeckt werden, wenn man weitere Sektoren wie z. B. Schlachtereien in Betracht zieht. In 2015 hat NWE den Phosphorbedarf zu 100% importiert.

Phos4You will demonstrieren, dass die Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser machbar ist. Darüber hinaus soll die Düngemittelindustrie in die Lage versetzt werden, den rückgewonnenen P auch zu nutzen, um so den P-Kreislauf durch Recycling zu schließen. Der Lückenschluss zwischen Rückgewinnung und Recycling ist somit das dritte Projektziel. Es beinhaltet die Aufskalierung der gewählten Technologien, die Entwicklung einer Entscheidungshilfe sowie die Einwirkung auf aktuelle Gesetzgebungen.

Was ist zu tun?

Die wesentlichen Projektbausteine sind:

• Bau von Demonstratoren für P-Rückgewinnungstechnologien unter Realbedingungen
• Umsetzung innovativer P-Rückgewinnungstechnologien für häusliches Abwasser
• Herstellung von neuen Produkten aus P-Recyclingprozessen für Düngemittel
• Erarbeiten eines EU-weiten Standards zur Qualitätsbewertung der neuen Düngemittelprodukte
• Erhöhung der gesellschaftlichen Akzeptanz von Düngemitteln aus häuslichem Abwasser

Die international zusammengesetzte Partnerschaft hat komplementäre Expertise im Bereich der Phosphorrückgewinnung. Projektpartner sind Kläranlagenbetreiber, Betreiber von Klärschlamm-Mono-Verbrennungsanlagen, Patentinhaber von Rückgewinnungsprozessen, Universitäten und Forschungsinstitute. Akteure der Düngemittelindustrie sind eng assoziiert, um die Wertschöpfungskette des P-Kreislaufs vollständig abzubilden.

Das erweiterte Netzwerk der assoziierten Partner bezieht Ministerien, bewilligende Behörden und politische Akteure auf regionaler, nationaler und Europäischer Ebene mit ein.

Pilotprojekte bei Emschergenossenschaft und Lippeverband

Die deutsche Bundesregierung treibt die technische Phosphorrückgewinnung voran. Die novellierte Klärschlammverordnung wurde im März 2017 im Bundestag verabschiedet. Hierdurch wird die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlämmen gesetzlich sehr erschwert. Die Entwicklung einer langfristigen Klärschlammentsorgungsstrategie für die Verbände ist gefordert.

Das Phos4You-Projekt unterstützt das seit vier Jahren: Verschiedene innovative Verfahren der Phosphor-Rückgewinnung und des -Recyclings werden nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten untersucht. Die Belange der Verbände gemeinsam mit BETREM und INNOVATHERM werden dabei berücksichtigt.

Pilotprojekt des Lippeverbands ist die Untersuchung, wie sich die EG/LV-Klärschlammasche nach entsprechender Behandlung im industriellen Maßstab als Phosphordünger nutzen lässt. Das Pilotprojekt der Emschergenossenschaft beinhaltet die Herstellung einer speziellen Asche, die direkt nach einer zweistufigen Verbrennung als Dünger verwertbar ist. Diese Innovation wird auf einer Pilotanlage auf dem Technikum in Dinslaken gezeigt.

Projektpartner:

• Lead Partner: Lippeverband, DE
• Université de Liège, BE
• IRSTEA Institut national de Recherche en Sciences et Technologies pour l´Environnement et l´Agriculture, FR
• Cork Institute of Technology – Water Systems and Services Innovation Centre, IE
• Fachhochschule Nordwestschweiz, CH
• Universiteit Gent, BE
• Glasgow Caledonian University, UK
• Environmental Research Institute, University of the Highlands and Islands, UK
• Veolia Environnement, FR
• Emschergenossenschaft, DE
• NV HVC – SNB, NL
• Scottish Water, UK.

Projektlaufzeit: 15.09.2016 – 14.09.2021

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