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Wie erreichen wir Klimaneutralität? – Simulation zur Unterstützung von Nachhaltigkeitsanalysen

„Klimaneutralität“ und „Nachhaltigkeit“ sind Begriffe, die in aller Munde sind. Für Unternehmen und Kommunen, aber auch für Verbraucher, ergibt sich die Frage, mit welchen Maßnahmen und Produkten diese Ziele erreicht oder ihnen zumindest näherkommen.

Das gemeinnützige Forschungsinstitut ifak – Institut für Automation und Kommunikation e. V. in Magdeburg führt verschiedene Forschungs- und Anwendungsprojekte aus dem Wasser-, Abwasser- und Energiesektor durch. Hierbei finden digitale Hilfsmittel Anwendung, die Simulation und Bewertung in einem Werkzeug vereinigen. Diese verfügen somit über Funktionalitäten, die über diejenigen klassischer umfangreicher Programmpakete für die Durchführung von statischen Lebenszyklusanalyse hinausgehen, zudem jedoch frei verfügbar oder kostengünstiger und in der Handhabung einfacher sind.

Neben der Reduktion von Treibhausgasemissionen können auch weitere Umweltwirkungen (z. B. Eutrophierungspotenzial, Primärenergiebedarf) eine Rolle spielen. Betrachtungsraum kann ein individuelles Firmengelände, ein Privathaus, aber auch – wie im nachfolgend beschriebenen Projekt CLUWAL – das Wasser- und Abwassersystem einer gesamten Stadt sein. In der Regel spielen Umweltwirkungen aus Bau/Erstellung von Infrastruktur sowie aus ihrem Betrieb beispielsweise Verbrauchsmaterialien eine Rolle bei diesen Analysen.

Wasser- und Abwassermanagement einer Großstadt

In einer deutsch-israelischen Kooperation mit dem Technion in Haifa wurde ein gesamthaftes Modell des Trink- und Abwassersystems einer Großstadt erstellt. Aufgrund der Wasserknappheit in Israel und im Bestreben des Wasserunternehmens, weniger auf die energieintensive und umweltbelastende Meerwasserentsalzung zurückgreifen zu müssen, spielt die Nutzung von Regenwasser, die Wiederverwendung aufbereiteten Grauwassers und die Wiedernutzung gereinigten Abwassers eine besondere Rolle.

Neben einer Analyse der Wasserbilanz durch dynamischen Abgleich zwischen Wasserbedarf und Wasserdargebot wurden verschiedene Umweltkriterien, wie Treibhausgasemissionen, Toxizität, Eutrophierungspotenzial  für verschiedene Maßnahmen des Wassermanagements analysiert, quantifiziert und vergleichend visualisiert. Somit konnte ein wichtiger Beitrag für die Maßnahmenplanung des Wasserunternehmens geleistet werden.

Forscher:innen tauschen sich über klimaneutrale Lösungen aus
Eine Person hält eine Glühbirne in der Hand.

Deutsche Anwendungsfallbeispiele

Eines der Anwendungsfallbeispiele ist das Abwassersystem der Gemeinde Wohlsborn im Landkreis Weimarer Land. Hier konnten durch Anwendung des kostenfreien Simulators Abschätzungen zu Kosten und Umweltwirkungen verschiedener Maßnahmen gewonnen werden. Zudem können interessierende Stoff- und Ressourcenströme z. B. Wassermengen, Stickstoff- und Phosphorfrachten in sogenannten Sankey-Diagrammen übersichtlich visualisiert werden. Dies ermöglicht Ingenieurbüros sowie weiteren Firmen, die in Gebäude- und Infrastrukturausstattung und -betrieb oder im Gebiet der Regenwasserbewirtschaftung tätig sind, eine Unterstützung in ihren planerischen Tätigkeiten.

Vielen interessierten Anwendern fehlt es nicht am Willen zur Umsetzung, jedoch häufig an geeigneten Berechnungs- und Bewertungsgrundlagen. Digitale Hilfsmittel, wie z. B. Analyse und dynamische Simulationswerkzeuge können bei diesen Aufgaben unterstützen.

Ansprechperson

Axel Hoppe

Axel Hoppe

NACHHALTIGE AUTOMATION & VERNETZUNG
  • KONTAKT

    Mittelstand-Digital Zentrum Magdeburg
    c/o Ifak – Institut für Automation und Kommunikation e. V.
    Werner-Heisenberg Str. 1
    39106 Magdeburg

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Links zu weiterführenden Informationen

Autor ist Dr. Manfred Schütze ist stellvertretender Leiter des Geschäftsfeldes „Wasser- und Energie“ des gemeinnützigen Instituts für Automation und Kommunikation e. V. (ifak) – ein anwendungsnahes Forschungsinstitut.

  • Gilboa, Y., Friedler, E., Schütze, M. (2023): Assessing water use and reuse options – A holistic analysis of a Model City, coupling dynamic system modelling with Life-Cycle Assessment, Urban Water Journal, 20:7, 844-858; https://doi.org/10.1080/1573062X.2023.2211959  [Open-Access-Veröffentlichung]
  • Schütze, M., Wriege-Bechtold, A., Zinati, T., Söbke, H., Wißmann, I., Schulz, M., Veser, S., Londong, J., Barjenbruch, M., Alex, J. (2019): Simulation and Visualization of Material Flows in Sanitation Systems for Streamlined Sustainability Assessment; Wat. Sci. Tech. 79, 10, 1966 – 1976, https://doi.org/10.2166/wst.2019.199
  • Zinati, T., Wriege-Bechtold, A., Barjenbruch, M., Schütze, M., Schulz, M., Kraus, M., Wissmann, I., Veser, S., Söbke, H., Londong, J. (2021): SAmpSONS: Softwarewerkzeug zur vergleichenden Vorplanung von Abwasserinfrastrukturen; “Korrespondenz Abwasser”; 12/2021; 1004-1010
  • Kostenfreies SAmpSONS-Tool:  https://www.ifak.eu/de/produkte/simba/sampsons
  • Kostenfreies EXPOPLAN-Tool: https://www.ifak.eu/de/produkte/simba/EXPOPLAN
  • Kostenpflichtiger Simba#-Simulator: https://www.ifak.eu/de/produkte/simba