Wasserwiederverwendung: Fraunhofer IGB bietet Lösungen für Landwirtschaft und Industrie

Flüsse wie der Rhein lagen in diesem Sommer fast trocken und Landwirte fürchteten um ihre Ernten. Die jüngsten Hitzewellen zeigen eindrücklich, wie der Klimawandel immer deutlicher in unser Leben eingreift. Die Bedeutung der Ressource Wasser wird immer sichtbarer. Doch wie begegnen wir der um sich greifenden Knappheit?

Gerade in der Industrie lohnen sich Lösungen zur Wasserwiederverwendung und Kreislaufführung, denn der Bedarf ist enorm. Wenn Entnahmen aus konventionellen Ressourcen, wie Flüssen und Grundwasser, nicht mehr möglich sind, stehen die betroffenen Unternehmen vor existentiellen Herausforderungen. Im Extremfall müssten sie ihre Produktion herunterfahren, was große Verluste bedeuten würde. Somit wird Wasserverfügbarkeit zum Unternehmens- und Standortrisiko. Eine Unabhängigkeit von externen Wasserquellen bedeutet somit auch größere Sicherheit im Sinne von Resilienz gegenüber klimabedingten Herausforderungen. Die Wiederverwendung hat noch einen weiteren Vorteil: Es muss weniger Wasser eingeleitet werden. So kann die wasserrechtliche Erlaubnis hinsichtlich Temperatur, sowie Mengen- und Stoffeinträgen leichter eingehalten werden. Wasserwiederverwendung spart Geld und gibt Planungssicherheit!

Wasserkreisläufe: Maßgeschneiderte Lösungen für die Industrie

Das Fraunhofer IGB besitzt langjährige Expertise bei der Entwicklung von Verfahren, Technologien und Konzepten für einen nachhaltigen Umgang mit Wasser. Das wissenschaftlich-technische Personal des Instituts befasst sich seit Jahren damit, wie bereits genutztes Wasser wiederverwendet werden kann. Dies erfordert, neben Reinigungsschritten, z. B. auch ein intelligentes Wassermonitoring, um Schadstoffe und andere Verunreinigungen zu überwachen. Gerade in der Industrie, bei der es – je nach Prozess – zu starken Verschmutzungen und Belastungen kommen kann, ist dies von größter Bedeutung.

Da die Verfahren und Anforderungen der Industrie sehr vielseitig sind, müssen neben den technischen Randbedingungen auch die organisatorischen Abläufe berücksichtigt werden. Oftmals bedeutet das, dass Lösungen wie die des IGB individuell an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Hierfür können die IGB-Wissenschaftler Dr. Lukas Kriem und Marc Beckett auf jahrelange Erfahrung aus verschiedenen Projekten und Ländern zurückgreifen. So können Sie schnell maßgeschneiderte Lösungen finden.

»Zero Liquid Discharge« als Schlüssel zu einer resilienten Wasserversorgung

Wasserwiederverwendung wird für Industrie und Landwirtschaft zunehmend zu einem entscheidenden Faktor, um Wasserressourcen zu sichern, Kosten zu senken und regulatorische Anforderungen zu erfüllen. Besonders weitreichend ist das Konzept des Zero Liquid Discharge (ZLD), bei dem Prozesswässer nahezu vollständig aufbereitet und wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden, sodass kein oder nahezu kein Abwasser mehr eingeleitet wird. Einige Vorreiter aus der Chemie- und Halbleiterindustrie setzen bereits auf die Nutzung von aufbereitetem kommunalem Abwasser als Prozesswasser und extensive Wasserrecycling- und Wiederverwendungskonzepte mit sehr hohen Recyclingquoten. »Es gibt also mittlerweile schon Beispiele einer erfolgreichen Umsetzung. Allerdings gibt es keine Pauschallösung, die überall funktioniert – es bleibt stets eine Individuallösung,« erklärt Mikrobiologe Kriem. Zu den Vorteilen des ZLD-Prinzips führt er weiter aus: »Zero Liquid Discharge kann über die Zeit nicht nur Geld sparen, sondern man macht sich unabhängig von externen Einflüssen wie dem Klimawandel. Dabei gilt es abzuwägen, wie hoch die Kosten für Produktionsausfälle aufgrund von Wassermangel sind.«

Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserverbrauch untersucht

Zugute kommt dem IGB-Team auch, dass sie sich auch mit den Rahmenbedingungen von Wasserknappheit bestens auskennen. Neben viele Arbeiten in trockenen Regionen wie Indien und Südafrika sehen die die IGB-Wissenschaftler um Kriem und Beckett auch einen zunehmenden Bedarf in Deutschland. Insbesondere in der Landwirtschaft ist der Bewässerungsbedarf in den letzten Jahren bereits stark gestiegen.

Vorbild Landwirtschaft: Ressourceneffiziente Wasserwiederverwendung

Das Projekt HypoWave, an dem das IGB beteiligt war, untersuchte etwa die Machbarkeit hydroponischer Pflanzenproduktion auf Basis von gereinigtem kommunalem Abwasser. Dieses wassereffiziente Konzept ermöglichte es, Salat in nährstoffreichen Lösungen ohne Erde zu kultivieren und dabei sowohl Wasser als auch Nährstoffe wieder zu nutzen. Im Rahmen einer Pilotanlage wurden verschiedene Verfahrenskombinationen untersucht, um Abwasser bedarfsgerecht zu reinigen, Schadstoffe zu entfernen und wertvolle Nährstoffe zu nutzen. Dieses innovative Konzept ist besonders für die Landwirtschaft in wasserknappen Regionen interessant, da sie eine nachhaltige Nutzung einer kontinuierlich vorhandenen Ressource bietet und gleichzeitig Wasserressourcen schont.

Das Nachfolgeprojekt HypoWave+ ging einen Schritt weiter. Es stellt die erste großtechnische Umsetzung hydroponischer Pflanzenkultivierung auf Basis von aufbereitetem Abwasser in Europa dar. In der Region Gifhorn wurde ein wissenschaftlich betreutes Gewächshaus errichtet. Das IGB war dabei federführend in der Entwicklung des Risikomanagements und der Digitalisierung von Prozessen zur Verbesserung der Systemeffizienz. »Wir konnten zeigen, dass zumindest eine starke Reduzierung von Bakterien und Viren aus dem Abwasser möglich ist, was eine Bewässerung von Pflanzen ermöglicht und für Menschen unkritisch ist«, erklärt Kriem. Die geernteten Tomaten waren hochwertig und wurden in lokalen Supermärkten verkauft. Die Übertragung des Konzepts in andere Regionen wird derzeit vorbereitet.

Das IGB entwickelt seit vielen Jahren maßgeschneiderte Konzepte für die Wasserwiederverwendung in Industrie und Landwirtschaft. Dabei kombiniert das Institut etablierte Technologien wie Membran- und biologische Verfahren mit innovativen Lösungen, darunter Ozonierung, Photokatalyse und weitere fortgeschrittene Oxidationsverfahren, die am Fraunhofer IGB entwickelt und skaliert werden. Darüber hinaus gehörte das Institut zu den ersten Einrichtungen in Europa, die Wasserwiederverwendungskonzepte als Teil eines größeren Projektkonsortiums entsprechend der EU-Verordnung 2020/741 auf Basis eines umfassenden Risikomanagementplans umgesetzt haben. Dadurch unterstützt das Fraunhofer IGB neben Unternehmen auch Kommunen und landwirtschaftliche Akteure bei der Entwicklung sicherer, nachhaltiger und wirtschaftlicher Wasserkreisläufe.

Intelligente Wassernutzung: Wo Wissenslücken zu Lösungen werden

Ihre Erfahrungen, die technische Expertise und die moderne Forschungsinfrastruktur in Stuttgart nutzen die Fraunhofer-Forschenden, um Wasser neu zu denken. Denn Forschung beginnt dort, wo belastbare Antworten noch fehlen. Das Fraunhofer IGB untersucht offene Fragen, erprobt neue Ansätze unter realitätsnahen Bedingungen und entwickelt daraus gemeinsam mit Kommunen, Wasserwirtschaft und Industrie praxistaugliche Lösungen – von der ersten Idee bis zur Demonstration im technischen Maßstab.