Intelligente Regenwasserbewirtschaftung

Beschreibung

Eindeutige Belege für Techniken zur Regenwassernutzung reichen bis in die Zeit vor fast 4000 Jahren zurück. Das Konzept der Regenwassernutzung kann jedoch auf das alte China vor fast 6000 Jahren zurückgehen (Che-Ani et al., 2009). Es ist offensichtlich, dass die Regenwassernutzung ein Teil der Geschichte und der Identität der Menschen ist. Mit der Modernisierung und der massiven Verstädterung ist die Regenwassernutzung nun Teil der städtischen Identität geworden. Um die Effizienz zu steigern, wird in führenden Städten das Konzept der intelligenten Regenwassernutzung (Smart Rainwater Harvesting) eingeführt. Smart Rainwater Harvesting zeichnet sich durch die Erfassung von Echtzeitdaten über Sensoren in Wasserquellen, Sammelphasen, Speicherphasen und Anwendungsphasen aus (Behdazian et al., 2018). Die Daten werden in einer zentralen Datenerfassungseinheit gesammelt, wo sie überwacht und verarbeitet werden. Die verarbeiteten Daten werden dann verwendet, um Entscheidungen zu treffen und sich an die jeweiligen Umstände anzupassen.

Intelligente Regenwassernutzungssysteme können durch automatisierte Methoden Regenwasser vor dem Auftreten von Niederschlägen ablassen, um die Wassermenge zu vergrößern (Behdazian et al., 2018). Das Hauptziel von Regenwassernutzungssystemen ist es, Regenwasser während Niederschlagsereignissen zu sammeln und zu speichern, um es für Nicht-Trinkwasseranwendungen zu nutzen (Pradhan & Sahoo, 2019). Der intelligente Teil dieses Konzepts besteht in der Entwicklung von kommunizierenden Anlagen, die in das Gesamtsystem integriert sind (Xu et al., 2020). Das System nutzt kostengünstige Sensoren in Kombination mit innovativen Kommunikationstechnologien. Der technologische Schwerpunkt ermöglicht mehrere neue Möglichkeiten für das Management der städtischen Wasserinfrastruktur im Rahmen einer intelligenten Stadt. Die Leistung des Systems hängt stark von der Qualität der Wettervorhersage ab und ist mit dieser verknüpft. Die Niederschlagsmenge und die Niederschlagsmuster werden in die Steuerungsstrategie integriert, um die Abflussmenge bzw. die Schließzeit zu bestimmen (Pradhan & Sahoo, 2019).

Wertschöpfungsmodell

Kostenstruktur

Stadtkontext

Die derzeitige zunehmende Verstädterung erfordert mehr Einrichtungen und mehr Ressourcen; dadurch entsteht ein Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. So wird die Verwaltung von Ressourcen und Einrichtungen (z. B. Wasserversorgung) in städtischen und ländlichen Gebieten zu einer anspruchsvollen Aufgabe für Stadtplaner und lokale Verwaltungsbehörden. Zwar wurden bereits neue Lösungen entwickelt, um einige der Herausforderungen zu bewältigen, doch gibt es immer noch einige Probleme, die noch nicht angegangen wurden. So stehen die meisten stark urbanisierten Städte am Rande einer ernsthaften Wasserknappheit, die sich in naher Zukunft noch verschärfen könnte. In den letzten Jahren hat der technologische Fortschritt den Städten jedoch neue Möglichkeiten eröffnet, die Wasserversorgung und -rückhaltung zu verbessern, indem sie intelligente Methoden zur Regenwassernutzung in ihre Wasserbewirtschaftungssysteme integrieren. Nach Judeh et al. (2022) sind die häufigsten Phasen der intelligenten Regenwassernutzung im städtischen Kontext wie folgt:

1. Sammelphase: In dieser Phase wird das gesamte von den Dächern oder der Oberfläche abfließende Wasser gesammelt.
2. Speicherphase: Das gesammelte Regenwasser wird in Tanks (für jeden Haushalt) und Teichen (die an einem geeigneten Ort im städtischen Einzugsgebiet oder in dessen Nähe angelegt werden) gespeichert. Das überschüssige Wasser, das die Speicherkapazität übersteigt, wird entweder über ein Drainagesystem in einen natürlichen Fluss abgeleitet oder durch Zonen mit geringen Auswirkungen geleitet, um die Grundwasserneubildung zu fördern.
3. Anwendungsphase: In dieser Phase kann das gespeicherte Wasser für trinkbare und nicht trinkbare Zwecke wie Haushalt, Industrie, Garten- und Landschaftsbau usw. verwendet werden. Die Wiederverwendung von Regenwasser in städtischen Einzugsgebieten verringert den Wasserbedarf, die Menge des Oberflächenabflusses, Überschwemmungen und die durch das Regenwasser verursachten Schadstoffe.

Die Daten werden in jeder Phase der Regenwassernutzung erfasst und an eine zentrale Datenspeichereinheit übermittelt, in der alle erfassten Daten gespeichert werden. Danach werden diese Daten in zwei verschiedenen Klassen zur Überwachung verwendet:

• Speicherung versus Verbrauch und Zufluss versus Abfluss
• Zufluss versus Abfluss und Grundwasserneubildung.

Diese überwachten Daten können dann in der Verarbeitungseinheit zur weiteren Analyse verarbeitet und für aussagekräftige Ergebnisse verwendet werden. Anschließend kann eine Entscheidung für die künftige Planung getroffen werden, indem die Schwankungen von Angebot und Nachfrage im Laufe der Zeit berücksichtigt werden. Klimawandel und Bevölkerungswachstum sollten bei der Entwicklung langfristiger Strategien berücksichtigt werden.

Unterstützende Faktoren

1. Einsatz von IKT-Infrastrukturen wie intelligenten Zählern und Sensoren in bestehenden und neuen Sammelstellen für Regenwassernutzung
2. Förderung der Standardisierung und gemeinsamer interoperabler Kommunikationsprotokolle zur Koordinierung zwischen den Netzbetreibern
3. Einführung von Vorschriften zur Einführung von intelligenten Zählern und intelligenter Netzinfrastruktur
4. Festlegung von Regeln für die Datenerfassung und das Datenmanagement
5. Einführung weiterer Sammelstellen für die Regenwassernutzung für ein ganzheitliches und effizienteres intelligentes System

Regierungsinitiativen

• In den europäischen Städten wird die Einführung von intelligenten Wassermanagementsystemen auf lokaler Ebene durch zahlreiche Initiativen auf europäischer und nationaler Ebene unterstützt. Projekte, die sich auf intelligente Netze, Energieeffizienz, intelligentes Netzmanagement und Wassermanagement konzentrieren, profitieren sowohl von nationalen als auch von europäischen Finanzierungsmöglichkeiten.
• Auf europäischer Ebene werden Initiativen und Forschungsarbeiten zu intelligenten Wassersystemen, zu denen auch die intelligente Regenwassernutzung gehört, durch den Synergy Grant des Europäischen Forschungsrats gefördert. Mit diesem Zuschuss wurden insgesamt 11 Millionen Dollar für die Forschung zu intelligenten Wassersystemen bereitgestellt.
• In Anbetracht der Tatsache, dass das intelligente Regenwassersammelsystem die Möglichkeiten für Naturkatastrophen (Dürren und Überschwemmungen) verringert, profitiert das System auch von den Finanzierungsmöglichkeiten für das Katastrophenrisikomanagement im Rahmen der EU-Kohäsionspolitik.

Stakeholder Mapping

Marktpotenzial

Der Markt für intelligente Regenwassernutzung überstieg im Jahr 2021 die Marke von 296 Mio. USD und wird zwischen 2021 und 2027 mit einer jährlichen Rate von 4 % wachsen(Oberarscher et al., 2019). Die steigende Wasserknappheit in Verbindung mit einer wachsenden Bevölkerung auf der ganzen Welt wird die Marktnachfrage ankurbeln. Der steigende Wasserverbrauch in der Landwirtschaft wird wahrscheinlich auch die Expansion des Marktes für intelligente Regenwassernutzung vorantreiben. Es wird prognostiziert, dass der Markt für intelligente Regenwassernutzung bis 2027 328 Millionen USD erreichen wird.

Regierungen in allen Ländern haben begonnen, RWH-Politiken zu implementieren, um die Wassereinsparung zu fördern. Einige Länder wie die USA und Australien haben den Einbau intelligenter Regenwassernutzungssysteme in Neubauten zur Pflicht gemacht(Pradhan & Saho, 2019).

Zu den führenden Marktteilnehmern gehören GRAF Group, Kingspan Group, Heritage Tanks, Watts Water Technologies, Inc. und Innovative Water Solutions LLC, Stormsaver, Water Field Technologies Pvt. Ltd, HarvestRain, WISY AG, D&D Ecotech Services, Rainharvesting Systems Ltd. und Climate, Inc. Diese Akteure konzentrieren sich ständig darauf, ihr Produktportfolio zu erweitern und innovative Produkte anzubieten.

Je nach Umfang der Anwendung unterscheiden sich die Kunden. Allerdings sind es vor allem Städte und Regionen, die in intelligente Regenwasserbewirtschaftung investieren.

Kostenstruktur

Betriebsmodelle