HypoWave – Neue Wege zur Abwasserwiederverwendung in der Landwirtschaft

Aufgabe des Forschungsprojektes HypoWave ist es, einen nachhaltigeren Umgang der Ressource Wasser zu erreichen und die im Abwasser gebundenen Nährstoffe einer erneuten Nutzung zuzuführen. Hierzu wird kommunales Abwasser soweit aufbereitet, dass es zum Betrieb eines hydroponischen Systems genutzt werden kann. Unter einem hydroponischen System versteht man eine Pflanzenaufzucht in einer Nährlösung ohne Erde. Ziel ist es, Synergien zwischen Siedlungswasserwirtschaft und Landwirtschaft herauszuarbeiten, das Wasser effizienter zu nutzen und gleichzeitig qualitativ hochwertige, für Verbraucher unbedenkliche landwirtschaftliche Produkte zu erzeugen.

Forschungsansatz

Der Forschungsverbund realisiert in einem ersten Schritt in der Nähe von Wolfsburg eine Pilotanlage, die es ermöglicht, kommunales Abwasser in der Landwirtschaft wiederzuverwenden. Dort wird die Wasseraufbereitung mit dem Betrieb eines hydroponischen Systems verknüpft. Untersucht werden sollen die technischen Abläufe, die Wirtschaftlichkeit der Anlage und die Qualität der erzeugten Produkte. Das ISOE identifiziert die involvierten Akteure, analysiert die institutionellen und rechtlichen Rahmenbedingungen und entwickelt Modelle für eine erfolgreiche Kooperation von Siedlungswasserwirtschaft und Landwirtschaft.

In einem zweiten Schritt wird das Wissen aus der Pilotierung in Fallstudien unter anderem im Hessischen Ried und im europäischen Ausland, in der Grenzregion zwischen Belgien und Deutschland sowie in Évora in Portugal, geprüft. Mithilfe einer ergänzenden Wirkungsabschätzung, durchgeführt am ISOE, sollen so mögliche Anwendungs- und Einsatztypen identifiziert und die Marktpotenziale ermittelt werden.

Darüber hinaus ist das ISOE für die Qualität der transdisziplinären Arbeit im Verbund verantwortlich. Hierzu veranstaltet das ISOE unter anderem einen Stakeholderdialog, um regelmäßig die Ergebnisse aus der Forschung mit Akteuren aus der Praxis zu diskutieren. Zudem ist das ISOE für den Wissenstransfer des Forschungsverbundes zuständig.

Hintergrund

Klimawandel, Urbanisierung und Verschmutzung der herkömmlichen Wasserressourcen führen in den nächsten Jahrzehnten regional zu verschärften Konkurrenzen um die Nutzung der knapper werdenden Ressource Wasser. Für die Bewässerung in der Landwirtschaft kann behandeltes Abwasser zur Erhöhung des Wasserangebots dienen, sofern sowohl eine ökologische als auch eine ökonomische Tragfähigkeit der technischen Anlagen gewährleistet ist. Herausforderungen entstehen bei der Bereitstellung unterschiedlicher Wasserqualitäten je nach Produkt, der Qualitätssicherung und der Akzeptanz der Produkte durch die Verbraucher.

Projektpartner

• Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Siedlungswasserwirtschaft (Verbundleiter)
• Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
• Universität Hohenheim, Institut für tropische Agrarwissenschaften
• Julius Kühn-Institut (JKI), Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Epidemiologie und Pathogendiagnostik
• Abwasserverband Braunschweig
• WEB – Wolfsburger Entwässerungsbetriebe
• ACS-Umwelttechnik GMBH & Co. KG
• aquadrat ingenieure
• aquatectura
• aquatune – Dr. Gebhardt & Co. GmbH
• BIOTEC Naturverpackungen GmbH und Co. KG
• Xylem Services GmbH

Assoziierte Partner

• Stadtplanungs- und Umweltamt der Stadt Griesheim
• Dreiländerpark Euregio Maas-Rhein
• Universidade de Évora, Instituto de Ciências Agrárias e Ambientais Mediterrânicas, Portugal

Förderung

Das Forschungsprojekt „HypoWave – Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Fördermaßnahme „WavE – Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung“ gefördert.

Publikationen

Fischer, Michaela/Thomas Dockhorn/Martin Zimmermann/Martina Winker (2021): Water reuse in hydroponic plant production: a new facet in agricultural food production. Book of Abstracts. 4th IWA Resource Recovery Conference - IWARR2021 Turkey (Virtual), 5.9-8.9.2021, 168-170

Gesellschaft zur Förderung des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft an der Technischen Universität Braunschweig (Hg.) (2020): HypoWave: Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung ; gemeinsamer Schlussbericht des Verbundvorhabens. Braunschweig: Institut für Siedlungswasserwirtschaft. https://publikationsserver.tu-braunschweig.de/receive/dbbs_mods_00069134 

Ebert, Björn/Engelbert Schramm/Martina Winker (2020): Gemeinsam Innovationsentscheidungen identifizieren. Methoden und Konzepte für Stakeholderdialoge und die Entwicklung sektorübergreifender Kooperationsmodelle am Beispiel landwirtschaftlicher Wasserwiederverwendung. ISOE-Studientexte, 25. Frankfurt am Main: ISOE - Institut für sozial-ökologische Forschung

Mohr, Marius/Thomas Dockhorn/Jörg E. Drewes/Sybille Karwat/Susanne Lackner/Bryan Lotz/Andreas Nahrstedt/Andreas Nocker/Engelbert Schramm/Martin Zimmermann (2020): Assuring water quality along multi-barrier treatment systems for agricultural water reuse. Journal of Water Reuse and Desalination 10 (4), 332-346

Winker, Martina/Michaela Fischer/Alexa Bliedung/Grit Bürgow/Jörn Germer/Marius Mohr/Andreas Nink/Bea Schmitt/Arne Wieland/Thomas Dockhorn (2020): Water reuse in hydroponic systems: a realistic future scenario for Germany? Facts and evidence gained during a transdisciplinary research project. Journal of Water Reuse and Desalination 10 (4), 363-379

Zimmermann, Martin/Michaela Fischer (2020): Impact assessment of water and nutrient reuse in hydroponic systems using Bayesian Belief Networks. Journal of Water Reuse and Desalination 10 (4), 431-442

Bliedung, Alexa/Thomas Dockhorn/Björn Ebert/Jörn Germer/Marius Mohr/Engelbert Schramm/Martina Winker (2019): HypoWave - Ressourceneffiziente Nutzung von gereinigtem Abwasser in hydroponischen Systemen. Zentralblatt für Geologie und Paläontologie Teil 1, 95-104

Bürgow, Grit/Anja Brüll/Michaela Fischer/Martina Winker (2019): Der Landschaftsbaukasten. Flächensensibles Wasserrecycling durch hydroponische Gewächshäuser. Stadt + Grün 68 (12), 28-34

Drewes, Jörg E./Engelbert Schramm/Björn Ebert/Marius Mohr/Marc Beckett/Kerstin Krömer/Christina Jungfer (2019): Potenziale und Strategien zur Überwindung von Hemmnissen für die Implementierung von Wasserwiederverwendungsansätzen in Deutschland. KA Korrespondenz Abwasser, Abfall 66 (12), 995-1003

Ebert, Björn/Tobias Günkel-Lange/Janna Parniske/Engelbert Schramm (2019): Weitergehend aufbereitetes kommunales Abwasser als alternative Wasserressource im Hessischen Ried. Eine HypoWave-Fallstudie. Stuttgart: Fraunhofer IGB

Ebert, Björn/Thomas Dockhorn/Gudrun Peters/Engelbert Schramm/Bernhard Teiser/Martina Winker (2019): Operator models for the reuse of municipal wastewater in hydroponic systems: Potentials and options for Central and Mediterranean Europe. Book of Abstracts. 12th IWA International Conference on Water Reclamation and Reuse, Berlin, 16-20 June 2019, 725-730

Ebert, Björn/Engelbert Schramm/Martina Winker (2019): Reusing Wastewater in Agriculture. A Challenge of socio-technical Innovations.Leverage Points 2019.Conference handbook and programme. Leverage Points 2019 - International conference on sustainability research and transformationLüneburg, Germany, 6-8 February, 34

Fischer, Michaela/Engelbert Schramm/Martina Winker (2019): How business models can help to introduce nutrient recycling in hydroponic greenhouses. Watersolutions (2), 58-65

Mohr, Marius/Tobias Günkel-Lange/Michaela Fischer/Jörn Germer/Martina Winker/Grit Bürgow (2019): Water reuse in hydroponic systems: results from four European feasibility studies. Book of Abstracts. 12th IWA International Conference on Water Reclamation and Reuse, Berlin, 16-20 June 2019, 96-102

Mohr, Marius/Miriam Koch/Engelbert Schramm/Björn Ebert/Jörn Germer/Grit Bürgow (2019): Nutzung des Ablaufs einer Teichkläranlage zum Anbau von Gemüse im hydroponischen System im Landkreis Gifhorn. Zentralblatt für Geologie und Paläontologie Teil 1, 131-138

Schramm, Engelbert/Uwe Beythien/Thomas Dockhorn/Björn Ebert/Michaela Fischer/Marius Mohr/Arne Wieland/Martina Winker/Martin Zimmermann (2019): Wasserwiederverwendung zur landwirtschaftlichen Nutzung in hydroponischen Systemen: Anforderungen an die Qualitätssicherung. Zentralblatt für Geologie und Paläontologie Teil 1, 73-82

Drewes, Jörg E./Dennis Becker/Christina Jungfer/Kerstin Krömer/Marius Mohr/Andreas Nahrstedt/Engelbert Schramm/Martina Winker/Martin Zimmermann (2018): Mindestanforderungen an eine Wasserwiederverwendung: Hinweise aus Sicht der WavE-Forschungsprojekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). gwf-Wasser/Abwasser 159 (12), 50-59

Fischer, Michaela/Marc Beckett/Grit Bürgow/Björn Ebert (2018): Modulares Wasser- und Nährstoffrecycling zur Schnittblumenproduktion in der Gemeinde Raeren, Belgien. Stuttgart: Fraunhofer IGB

Mohr, Marius/Björn Ebert/Engelbert Schramm/Jörn Germer/Grit Bürgow (2018): Nutzung des Ablaufs eines Klärteichs zur Gemüseproduktion im Landkreis Grifhorn. Stuttgart: Fraunhofer IGB

Schramm, Engelbert/Thomas Dockhorn/Björn Ebert/Martina Winker (2018): Wasserwiederverwendung im Gemeinschaftsrecht/Water reuse in European Communities law. Kritische Hinweise zur geplanten EU-Verordnung/Critical comments on the planned EU regulation. ISOE-Diskussionspapiere, 43. Frankfurt am Main: ISOE - Institut für sozial-ökologische Forschung