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Abwasserbeseitigung und Klimaschutz

Mit Gras überwachsene Bodensenke, am Rand stehen Bäume: ein Regenrückhaltebecken

Anpassung an den Klimawandel: Regenrückhaltebecken
in Emsdetten (Bild: ID Kommunikation)

Klimaschutz und Anpassung an den Klimawandel - Aufgaben und Chancen der Abwasserbeseitigung

In Klimaprojektionen wird für Nordrhein-Westfalen bis zur Mitte dieses Jahrhunderts von einer Erwärmung um etwa 2°C im Vergleich zur Referenzperiode 1961-1990 ausgegangen. Darüber hinaus wird mit einer verstärkten Häufigkeit von Extremwetterereignissen (Niederschläge, Hitze, Trockenheit) und einer Verschiebung des Niederschlagsmaximums in die Wintermonate gerechnet. Als Folge können städtische Nutzungen und kommunale Infrastrukturen durch anhaltende Trockenperioden in den Sommermonaten und durch Überflutungen nach Starkregen in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Aktuelle Beispiele zeigen, dass bei extremen Starkregenereignissen das anfallende Niederschlagswasser durch die heutigen Infrastrukturanlagen (Straßen, Kanalisation, etc.) häufig nicht schadlos abgeleitet werden kann.

Um die Klimaschutzziele zu erreichen und den nicht mehr vermeidbaren Klimawandel zu begrenzen, werden der Steigerung des Ressourcenschutzes, der Ressourcen- und der Energieeffizienz, der Energieeinsparung und dem Ausbau Erneuerbarer Energien Vorrang eingeräumt. Die Abwasserbeseitigung gehört zu den größten Energieverbrauchern einer Kommune. Kommunale Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen haben in der Vergangenheit jährlich 1.200 Millionen kWh Elektrizität pro Jahr und damit mehr als zum Beispiel alle Haushalte in Düsseldorf (600.000 Einwohner) verbraucht. Der Gesamtstromverbrauch der rund 10.000 Abwasserbehandlungsanlagen in Deutschland liegt in einer Größenordnung von 4.400 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr. Das entspricht etwa dem Strombedarf von 900.000 Vier-Personen-Haushalten oder in CO2-Äquivalenten ausgedrückt, einer Emission von rund drei Millionen Tonnen pro Jahr. Obwohl das Energie-Bewusstsein der Abwasserbeseitigungspflichtigen in Nordrhein-Westfalen in den letzen zehn Jahren gestiegen ist, besteht jedoch weiterhin Optimierungs- und Handlungsbedarf.

Trockenperioden und Starkregenereignisse – die Abwasserinfrastruktur und die Folgen des Klimawandels

Nordrhein-Westfalen hat bereits eine Reihe von Maßnahmen im Bereich der Abwasserbeseitigung auf den Weg gebracht, die die Anpassung an die veränderten Randbedingungen infolge des Klimawandels unterstützen. Bereits 1995 wurde die gesetzliche Grundpflicht zur Versickerung oder Verrieselung vor Ort oder zur ortsnahen Einleitung von Niederschlagswasser in ein Gewässer gemäß § 51a Landeswassergesetz eingeführt. Die Abkopplung von versiegelten Flächen erhöht die Flexibilität des Gesamtsystems und die Verringerung der zu entwässernden Fläche erhöht die Sicherheit der bestehenden Entwässerungs- und Behandlungsanlagen.

Seit 2007 sind von den Abwasserbeseitigungspflichtigen im Rahmen des Abwasserbeseitigungskonzeptes Aussagen darüber darzulegen, wie zukünftig in den Entwässerungsgebieten das Niederschlagswasser unter Beachtung des § 51a Landeswassergesetz und der städtebaulichen Entwicklung beseitigt werden kann. Dabei sind die Auswirkungen auf die bestehende Entwässerungssituation sowie die Auswirkungen auf das Grundwasser und die oberirdischen Gewässer darzustellen. Hierbei ist für eine nachhaltige kommunale Planung insbesondere die Entwicklung des Niederschlagsregims (u.a. Trockenzeiten, Starkregenereignisse) zu berücksichtigen. Gebiete mit erhöhtem Risiko bei Starkregenereignissen sind insbesondere zu betrachten.

Ebenfalls bereits nach § 113 Landeswassergesetz ist geregelt, dass Abwasseranlagen in Überschwemmungsgebieten entsprechend den allgemein anerkannten Regeln der Technik hochwassersicher zu errichten und zu betreiben sind. Möglicherweise erhöhten stofflichen Belastungen durch Niederschlagswasser- und Mischwassereinträge infolge von Starkregenereignissen wird damit entgegengewirkt. Mit einem Anstieg der Häufigkeit von Starkregen- und Extremwetterereignissen ist nicht auszuschließen, dass die heutige Kanalisation häufiger überlastet wird. Dies belegen die Starkregenereignisse der letzten Jahre. Daraus ergeben sich Konsequenzen für den Überflutungsschutz von Abwasseranlagen.

Mit Hilfe geeigneter Maßnahmen, bestehend aus dezentralen (Versickerung, Speicherung, Nutzung) und zentralen Maßnahmen (vergrößerte Abflussquerschnitte, zentrale Bauwerke zur Regenwasserbehandlung), kann der höheren Variabilität der Niederschlagsereignisse mit vermutlich kleinräumig ausgeprägteren Starkregenereignissen begegnet werden. Zudem ist durch eine optimierte Steuerung der vorhandenen Infrastruktur eine Anpassung an die ggf. geänderten Randbedingungen möglich. Die Auslegung und der Betrieb der Entwässerungssysteme sollten daher künftig auf mehr Flexibilität ausgerichtet werden, die Bemessung der Anlagen ist zu überprüfen. Trockene Sommer fördern Ablagerungen im Kanal, die in der Zukunft ebenfalls eine angepasste Betriebsstrategie (Wartung, Inspektion, Reinigung) notwendig machen können.

Blick auf einen Fluss, das Ufer ist von Bäumen gesäumt, der Himmerl blau

Klärwerk Bottrop
(Bild: Emschergenossenschaft-Lippeverband)

Energieeffizienz in der Abwasserwirtschaft

Vor dem Hintergrund der aktuellen Energie- und Klimadiskussion gehört die kontinuierliche Erfassung, Auswertung und Kontrolle des Energieverbrauchs unstrittig zu einem modernen nachhaltigen Betrieb einer Abwasseranlage. Die Energieanalyse bietet eine systematische Methodik, um die Potenziale der Abwasserbeseitigung aufzuzeigen. Ergebnisse aus in Nordrhein-Westfalen durchgeführten Energieanalysen, aus Untersuchungen des Umweltbundesamts sowie aus dem aktuellen „Benchmarking Abwasser NRW“ zeigen, dass es erhebliche Potenziale zur Steigerung der Energieeffizienz von Abwasseranlagen gibt. Die Erfahrungen der letzten Jahre zeigen, dass durch Optimierungsmaßnahmen auf Kläranlagen im Durchschnitt 30% Energie bei der Abwasserbehandlung eingespart werden kann. Dabei bringt die energetische Optimierung der Abwasserbeseitigung nicht nur energetische und betriebswirtschaftliche Vorteile, sondern insbesondere durch Verbesserungen der Reinigungsleistung auch eine Verbesserung für den Gewässerschutz.

Die Erstellung von Energieanalysen kommunaler Abwasseranlagen wird in Nordrhein-Westfalen seit mehr als zehn Jahren unterstützt. Im Rahmen des „Investitionsprogramm Abwasser“ wurden bis Ende 2011 Energieanalysen von kommunalen Abwasseranlagen mit einem Zuschuss von bis zu 70% der zuwendungsfähigen Ausgaben gefördert. Bis heute wurden an 192 der 645 Kläranlagen in NRW eine detaillierte Energieanalyse mit finanzieller Unterstützung durch das Land durchgeführt ( Übersichtskarte, PDF, 1,41 MB). Auch im neuen ab 1.1.2012 laufenden Förderprogramm „Ressourceneffiziente Abwasserbeseitigung NRW“ wird die Erstellung von Energieanalyen gefördert. Neu ist die Förderung von Umsetzungsmaßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz.

Grundsätzliches Ziel muss es sein, den erforderlichen Energiebedarf mit möglichst effizientem Einsatz der dafür erforderlichen Energieressourcen zu decken, d.h. konsequente Erfassung, Auswertung und Kontrolle des Energieverbrauchs, Aufzeigen von möglichen Defiziten und konsequentes Umsetzen von Energiesparmaßnahmen. Neben Optimierungs- bzw. Effizienzmaßnahmen im Rahmen der Anlagentechnik und des Betriebes besteht bei der Abwasserbeseitigung die Besonderheit, eigene vorhandene regenerierbare Energien nutzen zu können: z.B.

durch die Strom- und Wärmeproduktion aus dem auf der Kläranlage anfallenden Klärgases,
durch die Nutzung der im Abwasser enthaltenen Wärmeenergie oder
in geeigneten Einzelfällen auch durch die Wasserkraftnutzung aus dem Gefälle der Abwasseranlagen.

Zudem bieten innovative Technologien wie z.B. die Brennstoffzellentechnik (beispielhaft in Ahlen und Köln umgesetzt) neue Wege der Energieversorgung einer Kläranlage. Ziel der Nutzung der eigenen Energiepotenziale sollte der energieautarke Betrieb der Abwasseranlage sein, d.h. die erzeugte Energie ist vorrangig für den für die Abwasserbeseitigung erforderlichen eigenen Energiebedarf zu nutzen. Sofern darüber hinaus Potenziale zur Verfügung stehen (z.B. Abwasserwärmenutzung aus der Kanalisation), sollte die erzeugte/vorhandene Energie für andere Nutzungen herangezogen werden.

Um das Wissen über neue Technologien und die Weiterentwicklung innovativer Verfahren voranzubringen sowie neue Lösungsansätze zu entwickeln, hat das MKULNV eine europaweite Ausschreibung zum Thema Energie und Klimaschutz: Entwicklung energiesparender und energieeffizienter Verfahren, Techniken und Konzeptionen der Abwasserbeseitigung; energiesparende Optimierung bestehender Verfahren zur Abwasserableitung und Abwasserbehandlung auf den Weg gebracht. Im Ergebnis wurden Vorhaben zu folgende Themen beauftragt:

Analyse der Energieeinspar- und Energieoptimierungspotenzialein der industriellen Abwasserbeseitigung
Verbesserung der Klärgasnutzung, Steigerung der Energieausbeute aus kommunalen Kläranlagen
Potenziale und technische Optimierung der Abwasserwärmenutzung
Entwicklung von Sparmaßnahmen, Optimierungsmöglichkeiten oder neuen energiesparenden Techniken bzw. Konzeptionen der bzw. in der Kanalisation
Einsatz der Wasserstofftechnologie in der Abwasserbeseitigung
Optimierung der Brennstoffzellentechnik für den Kläranlagenbetrieb
Energieeinsparung bei Membranbelebungsanlagenenergiebedarf von Verfahren zur Elimination von organischen Spurenstoffen

Fest steht, dass der Klimawandel und seine Folgen die Abwasserbeseitigung beeinflusst. Die Folgen des Klimawandels werden jedoch nur beherrschbar sein, sofern frühzeitig Maßnahmen ergriffen werden. Maßnahmen zum Klimaschutz und zur Klimaanpassung sind eine kommunale gemeinschaftliche Aufgabe. Sie erfordert das Handeln und die Selbstverantwortung auf allen Ebenen – vom Bürger über die Industrie, die Kommune bis hin zur Politik.

Weiterführende Informationen zum Thema finden Sie in unserer Veröffentlichung:

Klimawandel und Wasserwirtschaft - Maßnahmen und Handlungskonzepte in der Wasserwirtschaft zur Anpassung an den Klimawandel
Ob Gewässer- und Talsperrenbewirtschaftung, Wasserversorgung, Siedlungsentwässerung oder Hochwasserschutz: Der fortschreitende Klimawandel wirkt sich auf sämtliche Handlungsbereiche der Wasserwirtschaft aus. Worauf sich die Wasserwirtschaft im Einzelnen einstellen sollte, das erklärt die Broschüre "Klimawandel und Wasserwirtschaft" und gibt erste wichtige Hinweise für mögliche Anpassungsmaßnahmen.

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