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Geht uns das Wasser aus? Tropfen für Tropfen aus der Krise

28. Mai 2018

Der globale Süßwasserbedarf steigt rasant. Wissenschaftler weltweit tüfteln an cleveren, nachhaltigen Lösungen.

Da die Weltbevölkerung in rasantem Tempo weiterwächst, ist auch der Süßwasserbedarf ungebrochen. Auch wenn man sich ändernde Wetterbedingungen nicht berücksichtigt, die wie kürzlich in Kalifornien und am Horn von Afrika zu regionalen Dürren beitragen, so schätzt man, dass der Süßwasserbedarf für die landwirtschaftliche, industrielle und kommunale Nutzung zwischen 2000 und 2030 weltweit um 50 % zunehmen wird.

Doch die Wasserversorgung hält mit der Nachfrage nicht Schritt. Bis 2030, so die Prognose der Wissenschaftler, klafft zwischen dem geschätzten Bedarf und der tatsächlich verfügbaren Wassermenge eine Lücke von 40 %.

Eine derartige Situation ist nicht nachhaltig. Um eine wachsende Weltbevölkerung mit immer größerer Nachfrage zu unterstützen, müssen wir die Krise der Wasserknappheit in Angriff nehmen – aber wo finden wir das Wasser, das wir brauchen?

Die Reserven des Planeten erschließen

Eine Möglichkeit, mehr Süßwasser zu finden, besteht darin, zuallererst die Art und Weise, wie wir mit unserem Wasser umgehen, zu verbessern.

Süßwasser wird für so gut wie alles benötigt. Salzwasser ist für die meisten Pflanzen und Tiere giftig und führt zur Korrosion von Maschinen. Daher wird in Landwirtschaft, Industrie und Privathaushalten fast nur Süßwasser verwendet.

Leider sind nur 3 % des weltweit verfügbaren Wassers Süßwasser und das meiste davon ist in Gletschern und Eiskappen gefroren. Tatsächlich sind gerade einmal 0,5 % der globalen Wasservorräte praktisch nutzbar.

Doch die Wissenschaft hilft uns dabei, die restlichen 97 % zu erschließen – vorwiegend durch immer mehr Experimente mit der Entsalzung, sprich dem Entzug von Salz aus Meerwasser. Es gibt drei Haupttechnologien, um Wasser zu entsalzen: thermisch, elektrisch und pneumatisch. Bis vor Kurzem war es jedoch extrem unpraktisch und teuer, dies in großem Maßstab zu tun.

Das Entsalzen großer Wassermengen ist noch immer schwierig, doch jüngste Fortschritte haben die praktische Anwendung soweit verbessert, dass im Nahen Osten bereits eine Großindustrie entstanden ist. Im Jahr 2015 bezog Israel 40 % seines Süßwasserbedarfs aus der Entsalzung, und man rechnet damit, dass dieser Wert bis 2050 bei 70 % liegen wird.

Frischere Felder: Lösungen für die Landwirtschaft

Süßwasser spielt vor allem eine wichtige Rolle beim Anbau von Nutzpflanzen, die uns als Nahrungsmittel dienen. Etwa 69 % der gesamten Süßwasserentnahme weltweit fließen in die Landwirtschaft – eine Zahl, die in den meisten weniger weit entwickelten Ländern der Erde sogar auf mehr als 90 % ansteigt. Sollte der globale Wasserverbrauch in der Landwirtschaft bis 2050 Schätzungen zufolge um zirka  20 % steigen, müssen Landwirte das Wasser effizienter nutzen.

 

 

Teil des Problems ist jedoch die systemimmanente Ineffizienz der Bewässerung – eine Herausforderung, die den Menschen seit rund 12.000 Jahren plagt, seit Beginn des Ackerbaus.

In der Regel werden Pflanzen entweder alle mit gleich viel Wasser besprengt oder mit ineffizienten Überflutungstechniken bewässert, bei denen das Wasser in kleinen Gräben auf die Felder geleitet wird. Doch eine landwirtschaftliche Nutzfläche ist kein uniformes Stück Land: Die Qualität des Ackerbodens, die verfügbaren Nährstoffe und die angebauten Feldfrüchte können sich manchmal innerhalb weniger Meter erheblich unterscheiden. Dementsprechend ist dann auch der Wasserbedarf anders.

Bis vor Kurzem mussten die Landwirte diesen Bedarf allein anhand ihrer Erfahrung oder ihres Wissens abschätzen. Die Datenmengen, die eine effizientere Bewässerung ermöglicht hätten, wären zu riesig gewesen, um sie zu erfassen, geschweige denn zu analysieren. Dank der Weiterentwicklung der Daten- und Analysetechnik haben Landwirte heutzutage allerdings einen bislang nie dagewesenen Einblick in ihre Wirtschaftsfläche und ihren Wasserbedarf.

Doch auch die besten Daten und Analyseergebnisse bringen nichts, solange es keine hochmodernen Bewässerungstechnologien gibt, um das Wasser dorthin zu befördern, wo es gebraucht wird. Die Tröpfchenbewässerung kann beispielsweise zu einer Wassernutzungseffizienz von mehr als 95 % führen. „Das bedeutet eine Verringerung des Wasserverbrauchs um über 60 % im Vergleich zu traditionellen Überflutungsmethoden“, so Holger Weckwert, Global Segment Manager, Fruits & Vegetables and Insecticides bei Bayer. Bei dieser Art der Bewässerung geben im Boden verlaufende Rohrleitungen präzise Mengen an Wasser, Nährstoffen und Schutzpräparaten genau dort ab, wo sie benötigt werden

Alternativ lässt sich das System auch auf die entsprechende Feldfrucht selbst anpassen. Nicht alle Pflanzen sind von Natur aus gleich durstig. Manche brauchen erheblich weniger Wasser als andere. Durch den Anbau weniger wasserintensiver Pflanzen können Ernteerträge auch mit geringerem Wasserverbrauch beibehalten werden. Und die Zugabe von bestimmten Mikroben in den Boden kann das Wurzelwachstum sogar fördern, so dass die Pflanzen zum Gedeihen viel weniger Wasser benötigen als sonst.

Wendet man die Erkenntnisse der Genforschung an, wird das Ganze noch ausgetüftelter. Beim Reis unterscheidet man zwei Hauptsorten: Sumpf- bzw. Wasserreis und Bergreis. Sumpfreis wächst in extrem wasserintensiven Reisfeldern. Bergreis aber kann in viel trockeneren Böden angebaut werden.

Wenn die Landwirte die Gene, die dem Bergreis diese Widerstandsfähigkeit verleihen, identifizieren, isolieren und auf den Sumpfreis übertragen, können sie ihre Pflanzen an die vorhandenen Bedingungen anpassen, statt das Wasser zu den Pflanzen zu bringen. Oder wie der Wirtschaftswissenschaftler sagt: Sie können eine Lösung für die Nachfrageseite der Wasserwirtschaft entwickeln.

 

Wassereinsparung in der Stadt

Auch städtische Gebiete verbrauchen riesige Mengen an Wasser und belasten dadurch die Ressourcen des Planeten erheblich. Einer der ersten Schritte in Richtung zuverlässige Süßwasserversorgung für die Zukunft ist daher, die vorhandene Wasserinfrastruktur zu sanieren.

In den USA wurde der Großteil der derzeitigen Wasserinfrastruktur (also Rohrleitungen und Dämme) vor fast 100 Jahren verlegt bzw. gebaut und nähert sich dem Ende seiner Betriebszeit. Eine Sanierung ist kein kleines Unterfangen. Die Vereinigung der amerikanischen Wasserwerke schätzt, dass dies in den kommenden 25 Jahren rund 1 Billion US-$ kosten könnte.

Eine andere häufige Reaktion auf Wassermangel war bisher – überwiegend in städtischen Gebieten – die Umverteilung des Wassers von der Bewässerungslandwirtschaft zu nicht landwirtschaftlicher Wassernutzung, doch dies kann sich verheerend auf die ländliche Bevölkerung auswirken. Eine nachhaltigere Lösung für Städte und Industrie ist, die Landwirte für die Modernisierung ihrer Bewässerungsinfrastruktur zu bezahlen, damit sie mit weniger Wasser den gleichen Ernteertrag erzielen und den Städten das überschüssige Wasser überlassen, das diese für ihr Wachstum brauchen.

Über 80 % des Abwassers weltweit gelangen unaufbereitet in die Umwelt – in manchen weniger weit entwickelten Ländern sind es sogar über 95 %. Eine Möglichkeit zur Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser wäre es, einen zuverlässigen Wasservorrat anzulegen. Mit diesem könnte man unabhängig von jahreszeitlich bedingten Dürreperioden und Witterungsschwankungen die Spitzenzeiten der Wassernachfrage überbrücken.

Abwasser wird traditionell mithilfe von Mikroben aufbereitet. Bakterien werden dem Abwasser zugegeben, um schädliche Produkte aufzuspalten, so dass es dem Wasserkreislauf bedenkenlos wieder zugeführt werden kann. Dabei entsteht jedoch Klärschlamm als Abfallprodukt, der vor der Entsorgung aufbereitet werden muss. Hierzu sind erhebliche Mengen an Energie erforderlich, beispielsweise werden 35 % der städtischen Energieetats in den USA für die Wasseraufbereitung ausgegeben.

Bestimmte Mikroben produzieren beim Abbau von Abfallprodukten Elektronen oder Wärme, so dass sich der gesamte Ablauf in eine Energiequelle verwandelt. Wird der Prozess in einer Bio-Brennstoffzelle eingefangen, kann der Abbau von Abwasser die eigene Energie für den Prozess liefern – und wird so zu einem sich selbst tragenden System. Bio-Brennstoffzellen können den Energiebedarf effektiv auf Null reduzieren, so dass Millionen Menschen Zugang zu günstigerem, sauberem Wasser haben.

Durst nach neuen Ideen

Solche innovativen Ansätze sind unverzichtbar, wenn die Welt nach neuen Wegen sucht, um ihren Durst nach Wasser zu stillen. Eine Lösung, die in einem Fall funktioniert, ist möglicherweise nicht für einen anderen geeignet. Vielfach müssen wir die Lösungsansätze auch kombinieren, um diese wachsende Herausforderung zu meistern.

Doch es werden Fortschritte erzielt: Wissenschaftler in aller Welt erkunden aktiv neue Konzepte und Lösungen, um eine potenzielle globale Wasserkrise in einen Katalysator für eine effizientere, effektivere und nachhaltigere Gesellschaft zu verwandeln.

 

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