HypoWave – Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft

Nutzung von kommunalem Abwasser für die Bewässerung

Regionale Konkurrenzen um die Ressource Wasser sind keine Seltenheit. Durch Klimawandel, Urbanisierung und Verschmutzung der Wasserressourcen könnten sich Nutzungskonflikte in den nächsten Jahrzehnten noch verschärfen. Deshalb sind neue Verfahren für die Wasseraufbereitung und Wasserwiederverwendung sinnvoll. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt »HypoWave« wird ein wassersparendes Konzept für die Landwirtschaft untersucht: Die hydroponische Pflanzenproduktion, deren Bewässerung aus kommunalem Abwasser gewonnen wird.

 

Auf der Kläranlage Wolfsburg-Hattorf ist seit 2017 die Pilotierung der Abwassserreinigung in Betrieb.

HypoWave Klärteich
© Fraunhofer IGB

Klärteiche in Weißenberge bei Gifhorn.

HypoWave Salat

Salat auf der HypoWave-Pilotanlage in Wolfsburg-Hattorf.

Besonders in wasserarmen Regionen beansprucht die landwirtschaftliche Produktion nicht selten den Großteil des vorhandenen Wassers. Große Mengen der knappen Ressource verdunsten dabei oder versickern in der Erde. Der Vorteil einer hydroponischen Pflanzenproduktion, wie man sie entfernt auch von Hydrokulturen bei Zimmerpflanzen kennt, liegt zunächst im geringen Wasserverbrauch. Die Pflanzen werden über eine Nährlösung in Pflanzgefäßen ohne Erde versorgt. Dabei versickert kein Wasser und es verdunstet nur wenig.

 

Projektziele und -vorhaben

Im Forschungsprojekt »HypoWave« untersucht ein interdisziplinäres Team, wie die Effizienz dieser hydroponischen Pflanzenproduktion durch die Nutzung von kommunalem Abwasser für die Bewässerung noch erhöht werden kann. Dazu wurde zunächst eine Pilotanlage zur Wiederverwendung des gezielt aufbereiteten kommunalen Abwassers für die hydroponische Produktion in der Nähe von Wolfsburg errichtet. Dort werden die technischen Abläufe, die Pflanzenproduktion, die Wirtschaftlichkeit der Anlage sowie die Qualität der erzeugten Produkte untersucht. In einem zweiten Schritt wird das Potenzial und die Marktfähigkeit einer solchen Produktion mithilfe von Fallstudien untersucht mögliche Akteure solcher Systeme über einen Stakeholderdialog in das Forschungsprojekt eingebunden.

Das Fraunhofer IGB war zunächst im Arbeitspaket »Pilotierung der Abwasseraufbereitung« involviert. Seit 2017 koordiniert das IGB zudem die Fallstudien und entwickelt gemeinsam mit Projektpartnern und lokalen Stakeholdern spezifische, an die lokalen Gegebenheiten angepasste Umsetzungskonzepte des Gesamtsystems.

 

Pilotierung  

Im Rahmen der Pilotierung des Gesamtsystems betreibt das IGB einen von dem Partner ACS-Umwelttechnik GMBH & Co. KG erstellten EGSB-Reaktor (Expanded Granular Sludge Bed) zur anaeroben Vorbehandlung des kommunalen Abwassers. Hier werden organische Verunreinigungen in den Energieträger Biogas umgewandelt, während die Nährstoffe, die als Dünger für die Pflanzen im hydroponischen System notwendig sind, erhalten bleiben.

Weiterhin hat das IGB eine übergreifende Steuerung für die Pilotanlage erstellt, die es ermöglicht, dass die einzelnen Module der Abwasseraufbereitung und der Pflanzenproduktion miteinander kommunizieren. Auch zu der Modellierung und Zielwertvorgabe der Künstlichen Neuronalen Netze des Partners aquatune – Dr. Gebhardt & Co GmbH stellt die Steuerung des Fraunhofer IGB die Schnittstelle dar.

 

Fallstudien

Wie die Umsetzung des Konzepts jeweils aussehen kann, wird im Rahmen von Fallstudien an vier unterschiedlichen Standorten in Deutschland, Belgien und Portugal ermittelt. Diese Fallstudien werden von transdisziplinären Teams gemeinsam mit den Akteuren vor Ort erarbeitet. Ziel ist es, förderliche und hemmende Faktoren für die Nutzung von aufbereitetem Abwasser im hydroponischen System und mögliche standortspezifische Einsatzmöglichkeiten des Konzepts zu identifizieren. Damit soll die Grundlage für die nächsten Schritte einer möglichen Realisierung an den untersuchten Standorten geschaffen werden.

Im Jahr 2018 konnten zwei Fallstudien fertig gestellt werden (siehe unten). Im Landkreis Gifhorn (Niedersachsen) wurde die Nutzung des Ablaufs eines Klärteichs zum Anbau von Salat untersucht. Dadurch kann die Konzentration an Nährstoffen im Ablauf so weit gesenkt werden, dass der Anschluss an eine größere Kläranlage unnötig wird. In Raeren in der Euregio (Grenzregion Belgien – Niederlande – Deutschland) wurde für ein Gebiet, dessen Abwasser bisher ungereinigt in ein Gewässer fließt, eine Abwasserreinigung inklusive Gewächshaus zum Anbau von Schnittblumen konzipiert. Eine Kurzumtriebsplantage soll auch die letzten Nährstoffe noch zur Biomasseproduktion nutzen.

 

HypoWave-Fallstudien zum Download

Publikation »Mindestanforderungen bei der Wasserwiederverwendung«

Experten aus den Projekten der Fördermaßnahme WavE des BMBF liefern Stellungnahme zum Entwurf einer Verordnung zur Wasserwiederverwendung für die landwirtschaftliche Bewässerung in Europa

Die EU-Kommission hat im Mai 2018 den Entwurf einer Verordnung veröffentlicht, der erstmalig einheitliche Mindestanforderungen für die Praxis einer Wasserwiederverwendung für die Landwirtschaftliche Bewässerung in Europa formuliert. Der nachfolgende Artikel »Mindestanforderungen an eine Wasserwiederverwendung: Hinweise aus Sicht der WavE-Forschungsprojekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)« liefert eine Stellungnahme einer breiten Autorenschaft zu der laufenden Diskussion zum Entwurf einer Verordnung zur Wasserwiederverwendung für die landwirtschaftliche Bewässerung in Europa. Die Autoren befassen sich vor allem mit den Fragestellungen, die für das deutsche Wasserfach relevant sind.

Literatur

[1] Mohr, M., Schramm, E., Ebert, B., Germer, J., Bürgow, G., (2019) Nutzung des Ablaufs einer Teichkläranlage zum Anbau von Gemüse im hydroponischen System im Landkreis Gifhorn – Ergebnisse einer Fallstudie. Zbl. Geol. Paläont. Teil I, Jg. 2019, H. 1: 65–72

[2] Drewes, J., Becker, D., Jungfer, C., Krömer, K., Mohr, M., Nahrstedt, A., Schramm, E., Winker, M., Zimmermann, M. (2018) Mindestanforderungen an eine Wasserwiederverwendung: Hinweise aus Sicht der WavE-Forschungsprojekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). gwf Wasser Abwasser 12/2018: 50-59

Projektinformationen

Projekttitel

HypoWave – Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung

 

Projektlaufzeit

September 2016 – August 2019

 

Kooperationspartner

  • Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Siedlungswasserwirtschaft (Koordination: Prof. Dr. Thomas Dockhorn)
  • Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) GmbH, Frankfurt
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart
  • Universität Hohenheim, Stuttgart
  • Abwasserverband Braunschweig
  • Wolfsburger Entwässerungsbetriebe
  • ACS-Umwelttechnik GMBH & Co. KG, Rielasingen-Worblingen
  • aquadrat ingenieure (a2i) Gesellschaft für Wasserwirtschaft und Informationssysteme GmbH, Griesheim
  • aquatectura – Studios für regenerative Landschaften, Berlin
  • aquatune – Dr. Gebhardt & Co. GmbH, Hahnstätten
  • BIOTEC Naturverpackungen GmbH und Co. KG, Emmerich am Rhein
  • Xylem Services GmbH, Herford

Förderung

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms WavE gefördert.