Der Weltwassertag 2018 steht im Zeichen naturnaher Lösungen zum Gewässermanagement. Im Interview erklärt Ronjon Chakrabarti, wie die innovative SWS-Technologie zum nachhaltigen Grundwasser-Management sowie zur sozioökonomischen Entwicklung in Küstengebieten beiträgt.
2,1 Milliarden Menschen haben keinen Zugang zu sicherem Trinkwasser. Ein Grund dafür ist das Absenken des Grundwasserspiegels durch zu intensives Ausschöpfen der Grundwasserreserven. Wasserknappheit kann gesundheitliche, ökologische und sozio-ökonomische Auswirkungen haben, und unter Umständen sogar Konflikte verursachen.
Insbesondere in Küstengebieten wird es immer schwieriger, den Süßwasserbedarf von Mensch und Ökosystem zu decken, da sinkende Grundwasserpegel hier zu Salzwasserintrusion führen. Die Versalzung von Böden verursacht wiederum Trinkwasserknappheit und macht Ackerbau unmöglich, Flora und Fauna werden verdrängt. Nicht zuletzt fördert ein Absenken des Grundwasserspiegels in Küstenregionen Überflutungen und führt letztendlich dazu, dass Menschen ihre Existenzgrundlage und ihre Heimat verlieren.
Die Lösung gegen Wasserknappheit kommt von der Natur selbst
Innovative neue Lösungen zur Untergrundspeicherung von Grundwasser können hier Abhilfe schaffen: Die vom niederländischen KWR Watercycle Research Institute weiterentwickelten Subsurface Water Solutions (SWS) kombinieren verschiedene Innovationen für den Bau von Brunnen und deren Steuerung, so dass ein fortgeschrittenes Grundwassermanagement und eine größtmögliche Kontrolle über die Trinkwasserreserven möglich werden.
Anstelle künstlicher Wassertanks oder Zisternen dient bei SWS die Natur selbst als Speicher. Hier wird mit, nicht gegen die Natur gearbeitet: Denn die SWS ermöglichen nicht nur die durchgängige und nachhaltige Süßwasserversorgung in Küstengebieten, sondern trägt auch dazu bei, den natürlichen Lauf des Grundwassers wiederherzustellen. So wird dem negativen Einfluss von Metropolen und zunehmenden Dürreperioden entgegengewirkt, und ehemals versalzene Gebiete können von Flora und Fauna zurückerobert werden.
SWS wurden in den Niederlanden pilotiert und getestet. Im Rahmen des Projekts „Verbesserte Wasserqualität in Küstenregionen durch nachhaltige Aquiferspeicherung – SUBSOL“ unterstützt adelphi research derzeit den Transfer der Technologien nach Brasilien, China, Mexiko, Vietnam und Zypern. Im Interview spricht Projektleiter Ronjon Chakrabarti über das Potenzial der neuen Technologie.
Salzwasserintrusion in Küstengebieten stellt oft eine massive Bedrohung für Mensch und Umwelt dar. Was sind die Gründe dafür?
Ronjon Chakrabarti: Gerade Küstengebiete sind häufig dicht besiedelt und wirtschaftlich sehr aktiv. Die Folge ist eine starke Grundwasserentnahme. Aufgrund veränderter Regenverhältnisse und menschlicher Aktivitäten, wie etwa die Begradigung von Gewässern, Flächenversiegelung durch Bebauung und landwirtschaftliche Nutzung, sinkt die Infiltration; es dringt also weniger Süßwasser in die Böden ein als entnommen wird. Ein besonderer Fall ist eine solche Überbeanspruchung der natürlichen Grundwasserleiter in semiariden Gebieten mit Regenzeiten, in denen theoretisch zumindest genügend Wasser vorhanden ist, und Trockenzeiten in denen viel Grundwasser entnommen wird. In Küstengebieten entsteht dabei ein zusätzliches Dilemma: Durch die Absenkung des Süßwasserspiegels kann Salzwasser eindringen – da aber Süßwasser leichter ist als Salzwasser, kann kein weiteres Süßwasser in den Grundwasserleiter einsickern, wenn er einmal versalzen ist. D.h. die übernutzen Süßwasserreserven können auch in der Regenzeit nicht wieder natürlich aufgefüllt werden.
Wie wirkt SUBSOL dem entgegen?
Ronjon Chakrabarti: Die SUBSOL-Lösungen für die Untergrundspeicherung von Wasser (Subsurface Water solutions – SWS) nutzen natürliche Grundwasserleiter, die aufgrund von menschlicher Übernutzung versalzen sind. Je nach Aquifer (Grundwasserleiter) werden Vertikalbrunnen oder Horizontalbrunnen auf mehreren Ebenen durch eine intelligente Steuerung betrieben. Dabei kommen verschiedene Technologien zum Einsatz, das Prinzip ist in den verschiedenen Fällen ähnlich: Die Brunnen sind mit Sensoren ausgestattet, die die Wasserqualität auf den verschiedenen Brunnentiefen messen. Je nach Bedarf, wird dann Süßwasser infiltriert (zum Beispiel über Regenwasser zugeführt) oder Salzwasser extrahiert.
„Versalzene Gebiete werden für Flora und Fauna wieder belebbar gemacht“
SWS arbeiten auf diese Weise mit der Natur und gleichzeitig auch für die Natur: Natürliche Aquifer werden zur Gewinnung von Trinkwasser genutzt – und davon profitiert auch das Ökosystem: Denn durch die Regeneration der natürlichen Grundwasserleiter werden versalzene Gebiete wieder für Flora und Fauna belebbar gemacht. SWS sind damit eine umweltfreundliche Alternative zu teuren Untergrundtanks oder flächenverbrauchenden Oberflächenreservoirs zur Süßwasserversorgung. Darüber hinaus ermöglichen SWS-Lösungen eine effiziente, kostengünstige und nachhaltige Alternative zu energieaufwendigen Entsalzungstechnologien wie der Umkehrosmose. Im Schnitt kostet die Bereitstellung von Frischwasser höchster Qualität durch SWS nur die Hälfte bis ein Viertel vom Preis von Wasser aus Umkehrosmose-Anlagen. Die Trinkwasserversorgung wird damit günstiger. Gleichzeitig kann dadurch die Lebensgrundlage vieler Menschen gesichert werden: Denn durch die günstigere Alternative kann es sich wieder lohnen, in bereits versalzenen Gebieten Landwirtschaft zu betreiben.
Was ist adelphi researchs Rolle bei der Verbreitung von SWS?
Ronjon Chakrabarti: Im Rahmen unseres SUBSOL-Projekts wenden wir von unseren Partnern entwickelte Open-Source-Tools an, mit denen einfache Machbarkeitsstudien für die Anwendung der Technologien durchgeführt werden können. Für deren Anwendung führen wir Missionen an verschiedenen Brennpunkten der Salzwasserintrusion weltweit durch, um dort Daten zu sammeln und Informationen zu erarbeiten. Dies machen wir indem wir die SWS dort vorstellen, sie mit den lokalen Interessengruppen diskutieren und Konzepte für eine lokale spezifische Anwendung der Technologien entwickeln. Diese Konzepte werden in einigen Fällen zu konkreten Machbarkeitsstudien und Pilotanlagen weiter entwickelt und Projektvorschläge erarbeitet.
Gibt es schon Erfolgsbeispiele? Wo werden SWS bereits umgesetzt?
Ronjon Chakrabarti: In Recife, Brasilien ergaben erste Studien vielversprechende Ergebnisse. In der Küstenmetropole ist der Grundwasserspiegel in den letzten Jahrzehnten bis zu 50m abgesunken und es ist großflächig Salzwasser eingedrungen. In der Regenzeit fließt das Wasser aufgrund der Versiegelung der Stadt durch Kanäle direkt ins Meer und geht verloren. Dabei kann dieses Wasser dezentral von Dächern aufgefangen werden und nach einer einfachen Behandlung dem Grundwasserleiter zugeführt werden. Damit werden mehrere Probleme gleichzeitig gelöst: 1.) Die Salzwasserintrusion wird aufgehalten. 2.) Ein Frischwasserspeicher wird angelegt. 3.) Das Absinken des Grundwasserspiegels wird aufgehalten, und 4.) Überflutungen werden abgemindert. Mit der Anwendung der Subsol-Tools berechneten wir, dass es ausreichend Regenwasser gibt und der Grundwasserleiter günstige Konditionen für eine Speicherung aufwies. Die effektive Anwendung von SWS könnte die gesamte Wasserversorgung in einigen Stadtteilen der Metropole abdecken.
„SWS-Lösungen haben das Potenzial, eine regelmäßige Wasserversorgung für alle Bevölkerungsschichten zu gewährleisten“
Daraufhin entsandten wir die angehende Technische Umweltschützerin Anika Conrad von adelphi research um den Bau einer ersten Pilotanlage wissenschaftlich zu begleiten. Die Anlage wird nun an einer Schule installiert die ihren Brunnen aufgrund von Salzwasserintrusion nicht mehr nutzen kann. Die SWS-Pilotanlage soll hier Abhilfe schaffen, indem vom Schuldach aufgefangenes Regenwasser nach einer einfachen Aufbereitung in einen Brunnen geleitet wird. Die Schule befindet sich in einem der am dichtesten besiedelten Viertel Recifes, das nur 200 Meter vom Meer entfernt ist. Die öffentliche Wasserversorgung ist hier unregelmäßig, mit der Folge, dass viele private, oft auch illegale, Brunnen gebaut werden, die zu einer starken Übernutzung des Grundwassers führen.
Prinzipiell haben SWS in Recife das Potenzial, eine regelmäßige Wasserversorgung für alle Bevölkerungsschichten und viele Viertel zu gewährleisten. Die Stadtverwaltung von Recife hat auch bereits Interesse an SWS angemeldet und identifiziert derzeit mögliche Projekte. Auf einem öffentlichen überdachten Marktplatz zum Beispiel, soll das Regenwasser aufgefangen und über SWS aufbereitet werden. Dadurch kann die Wasserversorgung des Marktplatzes sichergestellt werden – von den geschätzt 7 Mio. Litern pro Jahr, die über das Dach aufgefangen wird, werden allerdings nur etwa 2,9 Mio. Liter für die Versorgung und Reinigung des Marktes benötigt. Das zusätzlich aufbereite Süßwasser käme über eine Infiltration dem Grundwasserleiter und damit der Bevölkerung Recifes zu Gute. Gleichzeitig können die schädlichen Auswirkungen der Metropole auf das Ökosystem auf diese Weise kostengünstig reduziert werden: Die Salzwasserintrusion und das Absinken des Grundwasserspiegels werden aufgehalten und Überflutungen abgemindert.
Weitere Einblicke in die Umsetzung von SWS in Brasilien gibt dieser Bericht.
Einsatz von SWS in Mexiko
Auch in Mexiko hat adelphi research gemeinsam mit seinem Projektpartner Arcadis bereits Informationsveranstaltungen zu SWS durchgeführt. Insbesondere die Regionen Guadalupe und San Quintín in Baja California sind ebenfalls von Salzwasserintrusion durch sinkende Grundwasserpegel betroffen. Auch hier wurden bereits Einsatzmöglichkeiten von SWS bereits mit lokalen Stakeholdern erörtert und Lösungskonzepte entwickelt. Mehr Informationen hierzu bietet dieser Bericht.