Industrielles Wassermanagement Rekordsommer 2018 – Stresstest für die Wasserinfrastrukturen

Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Die Wasser- und Abwasserwirtschaft sieht sich vor der Herausforderung, ihre Systeme und Anlagen an einen fortlaufenden demographischen, strukturellen und klimatischen Wandel anzupassen. Der Rekordsommer 2018 war insofern ein Stresstest für die Wasserinfrastrukturen Deutschlands. Ob dieser bestanden wurde und was das für die Zukunft bedeutet, lesen Sie hier ...

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Der Klimawandel macht sich bemerkbar: Trockenperioden bedrohen die konventionelle Energieversorgung, weil den Kraftwerken das Kühlwasser fehlt (im Bild: Braunkohlekraftwerk Jänschwalde in der Niederlausitz).
Der Klimawandel macht sich bemerkbar: Trockenperioden bedrohen die konventionelle Energieversorgung, weil den Kraftwerken das Kühlwasser fehlt (im Bild: Braunkohlekraftwerk Jänschwalde in der Niederlausitz).
(Bild: Vattenfall)

Der Jahrhundertsommer habe die Wasserinfrastrukturen an ihre Grenzen geführt – und auch das Bewusstsein geschärft, betonte die Hauptgeschäftsführerin des VKU (Verband kommunaler Unternehmen) Katherina Reiche beim Wasserinfrastruktur-Kongress am 12. September in Berlin: „Demografischer Wandel, Klimawandel, immer neue gesetzliche Anforderungen und die Digitalisierung stellen die Unternehmen der Wasserbranche vor immer neue Herausforderungen.“ Klar ist: Die Infrastruktur unter der Erde muss auf die neuen Herausforderungen angepasst werden. Doch werde in der Wasserwirtschaft langfristig investiert, wie DVGW-Chef Gerald Linke betont: „Man denkt in Dekaden.“

Grundsätzlich haben wir in Deutschland natürlich kein Mangel an Wasser: Das verfügbare Grund- und Oberflächenwasser, das potenziell genutzt werden könnte (der VKU spricht von 188 Milliarden m3) nutzt die öffentliche Trinkwasserversorgung zu weniger als 3 %. Deshalb war die Trinkwasserversorgung auch während der langen Trockenperiode 2018 größtenteils nie wirklich gefährdet – allenfalls in regionalen Einzelfällen haben Versorger zu einem sparsameren Umgang mit dem Trinkwasser aufgefordert.

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Eine „Kleine Anfrage“ von Abgeordneten der Fraktion Bündnis 90/Die Grünen an die Bundesregierung brachte 2017 Klarheit über weitere Verbraucher: Demnach wurden 2013 rund 25 Milliarden m3 Wasser entnommen, das entspricht 13,3 % der erneuerbaren Wasserressourcen. Die größte Menge entnahmen die Energieversorger (13,6 Milliarden m3, das sind 7,2 % des Wasserdargebotes). Bergbau und Verarbeitendes Gewerbe entnahmen 6,1 Milliarden m3 (3,2 %). Überraschend wenig entfielen auf die landwirtschaftliche Beregnung: 0,3 Milliarden m3 (0,2 %).

Woher stammt das Wasser? 79 % des benötigten Wassers im verarbeitenden Gewerbe wurden 2013 direkt aus der Natur entnommen, also überwiegend als Grund-, Quell- und Oberflächenwasser sowie Uferfiltrat. Den Rest von 21 % lieferten Wasserversorger oder andere Betriebe.

Seit Jahren spürbar sinkende Wasserentnahmen

In den letzten 20 Jahren ging die entnommene Wassermenge in allen Bereichen spürbar zurück. Konkret sanken seit dem Jahr 1991 die Wasserentnahmen für Energie, Bergbau und verarbeitendes Gewerbe um 45 % (!). Inwieweit eine weitere Reduzierung der Wasserentnahmen für die Energieversorgung im Zuge des Ausbaus der Erneuerbaren Energien erwartet werden kann, werde aktuell im Umweltbundesamt untersucht.

Für die industrielle Wassernutzung gehen die Fachleute der Bundesregierung davon aus, dass in den nächsten Jahren das produktionsintegrierte Abwasserrecycling flächendeckend weiter umgesetzt wird und auch effizientere Kühlsysteme den Wasserbedarf und die Wärmelast der Gewässer reduzieren (diese Erwartung formuliert auch ein Positionspapier der Processnet-Fachgruppe Produktionsintegrierte Wasser und Abwassertechnik („Trends und Perspektiven in der industriellen Wassertechnik“). Daher sei im Prinzip von einem sinkenden Wasserbedarf der Industrie in Deutschland auszugehen.

Steht auch Zukunft ausreichend Kühlwasser zur Verfügung? Zweifel sind berechtigt, wie Sie auf der nächsten Seite lesen ...

Kühlwasser im Stresstest

77 % des im gesamten Wirtschaftszweig des verarbeitenden Gewerbes eingesetzten Wassers wurde als Kühlwasser genutzt. Insbesondere entnehmen deutsche Wärmekraftwerke erhebliche Mengen an Flusswasser. Ist dafür auch in Zukunft jederzeit ausreichend Wasser verfügbar? Zweifel sind berechtigt: Bereits die heißen Sommer in den Jahren 2003 und 2006 haben vor Augen geführt, welche Folgen Hitze und Trockenheit für die Stromerzeugung haben können. Europaweit waren während der sommerlichen Hitzeperiode im Jahr 2003 über 30 Kernkraftanlagen gezwungen, ihre Stromproduktion zurückzufahren.

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In Deutschland betraf dies z.B. Kraftwerke an Isar und Rhein. Im Jahr 2006 kam es zu kühlwassertemperaturbedingten Einschränkungen der Stromproduktion in thermischen Kraftwerken an den Ufern von Weser und Elbe. In diesen Jahren mussten die zuständigen Wasserbehörden teilweise Ausnahmegenehmigungen erteilen, um die Versorgungssicherheit mit Strom zu gewährleisten.

Europaweite Kühlwasser-Engpässe

Auch im europäischen Ausland kommt es immer wieder zu Engpässen. Wie eine niederländische Forschergruppe 2017 in der Zeitschrift „Nature Energy“ berichtet (doi:10.1038/nenergy.2017.114), laufen Kraftwerke im Süden Europas nicht mehr auf vollen Touren. Grund: Kühlwassermangel! Die Arbeitsgruppe von Paul Behrens von der Universität Leiden in Den Haag untersuchte mehr als 1300 Kraftwerke an 818 Flusssystemen. Das Ergebnis: 2014 musste in 47 untersuchten Regionen die Stromproduktion gedrosselt werden. Vor allem der Mittelmeerraum leidet unter den langen Trockenperioden. Und auch Osteuropa ist betroffen: 2015 führte eine Hitzewelle in Polen zur Drosselung der Kraftwerksleistung. Bis 2030 – so glauben die Wissenschaftler – werde sich das Problem weiter verschärfen. Sie rechnen mit 54 Flusssystemen, die dann von der Trockenheit betroffen sein werden.

Lässt sich die Prozesswärme z.B. wegen Hitze und Trockenheit nicht in ausreichendem Maße abführen, kann der Wirkungsgrad der Kühlsysteme und damit auch der Kraftwerke abnehmen. Vor allem aber können bei niedrigen Wasserständen und erhöhten Gewässertemperaturen wasserrechtliche Auflagen greifen.

Förderprogramm soll Frischwasserverbrauch halbieren

Das Problem ist erkannt – und schon gibt es ein entsprechendes Förderprogramm des Bundes namens „WEISS“ (Effiziente Kreislaufführung von Kühlwasser durch integrierte Entsalzung am Beispiel der Stahlindustrie). Ziel des Projektes ist die Halbierung des Frischwasserverbrauchs für Kühlkreisläufe am Beispiel der Stahlindustrie und damit eine Wassereinsparung von bis zu 800 000 m3/a für einen durchschnittlichen Stahlstandort.

Fazit

Den Stresstest haben die deutschen Wasserinfrastrukturen auch im Rekordsommer 2018 bestanden. Doch ist das kein Freibrief für die Zukunft – Infrastrukturen sind ein wertvolles Asset, sie müssen kontinuierlich instandgehalten und modernisiert werden. In den kommenden Jahren werden laut VKU 75 % der kommunalen Wasserversorger noch intensiver als ohnehin schon in ihre Infrastrukturen investieren – es sei dies eine generationenübergreifende Aufgabe.

Beim Kühlwasser zeichnet sich indes langfristig Entspannung ab: Durch die Energiewende nimmt die Bedeutung thermischer Kraftwerke für das Energiesystem ab. Angesichts der zunehmenden Einspeisung von erneuerbaren Energien insbesondere in der heißen Jahreszeit sind sommerliche Engpässe in der Elektrizitätsversorgung insgesamt eher nicht zu erwarten. Dessen ungeachtet kann es in Regionen, in denen thermische Kraftwerke noch eine überdurchschnittlich wichtige Rolle spielen, zu sommerlichen Einschränkungen der Stromerzeugung kommen.

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