Beschreibung
Eindeutige Belege für Techniken zur Regenwassernutzung reichen fast 4.000 Jahre zurück. Das Konzept der Regenwassernutzung könnte jedoch im alten China bereits vor fast 6.000 Jahren entstanden sein (Che-Ani et al., 2009). Es ist offensichtlich, dass die Regenwassernutzung seit jeher Teil der Menschheitsgeschichte und der menschlichen Identität ist. Im Zuge der Modernisierung und der massiven Urbanisierung ist die Regenwassernutzung mittlerweile zu einem Bestandteil der städtischen Identität geworden. Um die Effizienz zu steigern, wird das Konzept der „Smart Rainwater Harvesting“ in führenden Städten eingeführt. Die „intelligente Regenwassernutzung“ zeichnet sich durch die Erfassung von Echtzeitdaten mittels Sensoren in den Bereichen Wasserquellen, Auffangphasen, Speicherphasen und Verwendungsphasen aus (Behdazian et al., 2018). Die Daten werden in einer zentralen Datenerfassungseinheit gesammelt, wo sie überwacht und verarbeitet werden. Die verarbeiteten Daten werden anschließend genutzt, um Entscheidungen zu treffen und sich an spezifische Gegebenheiten anzupassen.
Intelligente Regenwassernutzungssysteme können mithilfe automatisierter Verfahren Regenwasser bereits vor dem Eintreten von Niederschlägen ableiten, um die Wasserrückhaltekapazitäten zu vergrößern (Behdazian et al., 2018). Das Hauptziel von Regenwassernutzungssystemen besteht darin, Regenwasser während Niederschlagsereignissen zu sammeln und zu speichern, um es für Nicht-Trinkwasserzwecke zu nutzen (Pradhan & Sahoo, 2019). Der „intelligente“ Aspekt dieses Konzepts besteht in der Entwicklung kommunikationsfähiger Komponenten, die in das Gesamtsystem integriert sind (Xu et al., 2020). Das System nutzt kostengünstige Sensoren in Kombination mit innovativen Kommunikationstechnologien. Dieser technologische Schwerpunkt eröffnet zahlreiche neue Möglichkeiten für das Management der städtischen Wasserinfrastruktur im Rahmen einer Smart City. Die Leistungsfähigkeit des Systems hängt stark von der Qualität der Wettervorhersage ab und steht in enger Wechselbeziehung zu dieser. Die Niederschlagsmenge und die Niederschlagsmuster werden in die Regelungsstrategie integriert, um das Abflussvolumen bzw. den Schließzeitpunkt zu bestimmen (Pradhan & Sahoo, 2019).
Stadtkontext
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Die derzeit zunehmende Urbanisierung erfordert mehr Infrastruktur und mehr Ressourcen; dies führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. Daher wird die Bewirtschaftung von Ressourcen und Infrastruktur (z. B. der Wasserversorgung) in städtischen und ländlichen Gebieten zu einer anspruchsvollen Aufgabe für Stadtplaner und lokale Verwaltungsbehörden. Zwar wurden innovative Lösungen entwickelt, um einige dieser Herausforderungen zu bewältigen, doch gibt es nach wie vor Probleme, die noch nicht angegangen wurden. So stehen die meisten stark urbanisierten Städte kurz vor einer gravierenden Wasserknappheit, die sich in naher Zukunft noch verschärfen könnte. In den letzten Jahren haben jedoch technologische Fortschritte den Städten neue Möglichkeiten eröffnet, die Wasserversorgung und -rückhaltung durch die Einbindung intelligenter Regenwassernutzungsmethoden in ihre Wassermanagementsysteme zu bewältigen. Laut Judeh et al. (2022) lassen sich die im städtischen Kontext am häufigsten angewandten Phasen der intelligenten Regenwassernutzung wie folgt unterteilen:
- Sammelphase: In dieser Phase wird das gesamte anfallende Oberflächenwasser, sei es vom Dach oder von der Bodenoberfläche, gesammelt.
- Speicherphase: Das gesammelte Oberflächenwasser wird in Tanks (für jeden Haushalt) und Teichen (die an einem geeigneten Standort innerhalb oder in der Nähe des städtischen Einzugsgebiets angelegt werden) gespeichert. Das überschüssige Wasser, das die Speicherkapazität übersteigt, wird entweder über das Entwässerungssystem in natürliche Gewässer umgeleitet oder durch Bereiche mit geringer Beeinträchtigung geleitet, um die Grundwasserneubildung zu fördern.
- Nutzungsphase: In dieser Phase kann das gespeicherte Wasser für Trink- und Nicht-Trinkzwecke wie den Hausgebrauch, die Industrie, die Gartenpflege, die Landschaftsgestaltung usw. genutzt werden. Die Wiederverwendung von Regenwasser in städtischen Einzugsgebieten reduziert den Wasserbedarf, die Menge des Oberflächenabflusses, Überschwemmungen sowie Schadstoffe, die durch das Regenwasser verursacht werden.
Die Daten werden in jeder Phase der Regenwassernutzung erfasst und an eine zentrale Datenspeichereinheit übermittelt, wo alle gesammelten Daten gespeichert werden. Anschließend werden diese Daten in zwei verschiedenen Kategorien zur Überwachung herangezogen:
- Speicherung im Vergleich zum Verbrauch sowie Zufluss im Vergleich zum Abfluss
- Zufluss versus Abfluss und Grundwasseranreicherung.
Diese erfassten Daten können anschließend in der Verarbeitungseinheit zur weiteren Analyse aufbereitet und zur Ableitung aussagekräftiger Ergebnisse genutzt werden. Daraufhin kann unter Berücksichtigung der zeitlichen Schwankungen von Angebot und Nachfrage eine Entscheidung für die zukünftige Planung getroffen werden. Bei der Ausarbeitung langfristiger Strategien sollten der Klimawandel und das Bevölkerungswachstum einbezogen werden.
Marktpotenzial
Wie groß ist der potenzielle Markt für diese Lösung? Gibt es EU-Ziele, die die Umsetzung unterstützen? Wie hat sich der Markt im Laufe der Zeit und in letzter Zeit entwickelt?
Der Markt für intelligente Regenwassernutzung überschritt im Jahr 2021 einen Wert von 296 Millionen US-Dollar und wird zwischen 2021 und 2027 um jährlich 4 % wachsen (Oberarscher et al., 2019). Die zunehmende Wasserknappheit in Verbindung mit einer weltweit wachsenden Bevölkerung wird die Marktnachfrage ankurbeln. Auch der steigende Wasserverbrauch in der Landwirtschaft dürfte das Wachstum des Marktes für intelligente Regenwassernutzung vorantreiben. Es wird prognostiziert, dass der Markt für intelligente Regenwassernutzung bis 2027 ein Volumen von 328 Millionen US-Dollar erreichen wird.
Regierungen in verschiedenen Ländern haben begonnen, Maßnahmen zur Regenwassernutzung (RWH) umzusetzen, um den Wasserschutz zu fördern. In einigen Ländern, wie beispielsweise den USA und Australien, ist der Einbau intelligenter Regenwassernutzungssysteme bei Neubauten mittlerweile vorgeschrieben (Pradhan & Sahoo, 2019).
Zu den führenden Akteuren auf diesem Markt zählen die GRAF Group, die Kingspan Group, Heritage Tanks, Watts Water Technologies, Inc., Innovative Water Solutions LLC, Stormsaver, Water Field Technologies Pvt. Ltd., HarvestRain, WISY AG, D&D Ecotech Services, Rainharvesting Systems Ltd. sowie Climate, Inc. Diese Akteure konzentrieren sich kontinuierlich darauf, ihr Produktportfolio zu erweitern und innovative Produkte anzubieten.
Je nach Anwendungsumfang unterscheiden sich die Kunden. Es sind jedoch vor allem Städte und Regionen, die in intelligente Regenwassernutzung investieren.
