UNIKATE 50: Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften - High-Performance und Cloud Computing

Verehrte Leser*innen,

ohne es aktiv wahrzunehmen, nutzen Sie alle tagtäglich die Errungenschaften, zu denen die Wasserforschung insbesondere im vergangenen Jahrhundert intensiv beigetragen hat: Seien es fließendes Wasser aus dem Wasserhahn und der Toilettenspülung oder Naherholungsgebiete sowie Bade-, Sport- und Angelgewässer. Welche Netzwerke, Technik oder Managementkonzepte hinter diesen alltäglichen Dingen unseres Lebens stecken, ist uns häufig nicht wirklich bewusst. Dabei konkurrieren oft verschiedene Nutzungsformen der Ressource Wasser miteinander und wirken sich immer auch auf die Umwelt und auch auf uns Menschen aus. Die zahlreichen Probleme und Herausforderungen, die die Wasserwirtschaft aktuell und in Zukunft zu bewältigen hat, sind immens. Global betrachtet spielen vor allem mangelnde Wasserverfügbarkeit, hygienische Aspekte sowie der Klimawandel eine herausgehobene Rolle. In Deutschland geht es vor allem um Nachhaltigkeit und die Sicherstellung sicherer Ressourcen für die nächsten Generationen. Hier entwickelte Lösungen haben aber auch global eine Vorbildfunktion; nicht umsonst haben deutsche Unternehmen im Wasserwirtschaftssektor einen hohen Weltmarktanteil. Die Wasserforschung unterstützt Wirtschaft und Gesellschaft bei diesen Aufgaben und liefert zukünftige Lösungsansätze. In der aktuellen Ausgabe der UNIKATE möchten wir Ihnen daher einen Einblick geben in die Wasserforschung an der Universität Duisburg-Essen (UDE) und in der Region.

In der Wasserwirtschaft und Wasserforschung haben nur wenige Standorte in Deutschland und weltweit so viel zu bieten wie das Ruhrgebiet. Viele Wasserverbände sowie -unternehmen und Forschungseinrichtungen sind hier lokalisiert. In keiner Region in Deutschland ist die Beschäftigungsdichte in der Wasserwirtschaft größer. Zudem arbeitet man im Ruhrgebiet an einem der größten Infrastrukturprojekte überhaupt, dem Generationenprojekt Emscherumbau. Zahlreiche Forschungsaktivitäten werden dabei am Zentrum für Wasser- und Umweltforschung (ZWU) der UDE gebündelt und vorangetrieben. Die starke regionale Vernetzung des ZWU bietet eine hervorragende Basis um an allem zu forschen, was das einzigartige Molekül H2O und seine Nutzung ausmacht.

Ein wichtiger Eckpfeiler für gute Forschung ist die Ausbildung von wissenschaftlichem Nachwuchs. Für Bachelor- und Master-Studierende gibt es kaum eine bessere Adresse als die UDE mit mehreren auf verschiedene Wasser-Aspekte spezialisierten Studiengängen. Auch Promovierende werden hier in mehreren internationalen Programmen und dem regional verankerten Fortschrittskolleg FUTURE WATER zu breit ausgebildeten Fachkräften für Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft.

Urbane Agglomerationen wie das Ruhrgebiet oder auch die weltweit zunehmende Zahl von Megacities stellen das Management von Gewässern und Wasserressourcen vor große Herausforderungen. Das renommierte deutsche Know-how im Wassersektor kann vielfach die Situation in anderen Ländern verbessern helfen. Das Ergebnis eines gemeinsamen Workshops deutscher und brasilianischer Nachwuchswissenschaftler*innen, durchgeführt an der UDE als Kooperation mit der Leopoldina, der brasilianischen Akademie der Wissenschaften und dem ZWU, finden Sie als Beispiel in diesem Heft.

Wasser verbindet aber nicht nur in Bezug auf internationale Kooperationen. Flüsse und Bäche verbinden verschiedene Landschaftselemente, Siedlungen und Städte miteinander. Die menschliche Nutzung dieser Gewässer jedoch hinterlässt

 

ihre Spuren und wirkt sich direkt auf die Natur aus, die diese Gewässer auch als Lebensraum für zahlreiche Arten bereitstellt. So muss Abwasser, bevor es in ein Gewässer eingeleitet wird, aufwendig gereinigt werden. Die konventionellen physikalischen und biologischen Verfahren reichen heutzutage aber oft nicht aus, um auch die zahlreichen neueren Stoffe wie Medikamentenrückstände in ihren sehr geringen Konzentrationen zu entfernen. Daher braucht es neue Verfahrensansätze wie die Membrantechnik, die in verschiedenen Kontexten erfolgreich eingesetzt werden kann. Sehr großes Potenzial bietet auch die Nutzbarmachung von Algen unter anderem auch für die weitergehende Abwasserreinigung. Im Vergleich gut etabliert ist bereits die Nutzung von Ozonung und Aktivkohle, die Bewertung des Einsatzes auf die Gewässerqualität ist aber noch weitgehend offen. Solch neuere Verfahren sind oft noch nicht im großen Maßstab umgesetzt, die Belastung mit Mikroschadstoffen ist aber bereits allgegenwärtig. Daher gehen Wasserforscher*innen auch der Frage nach, welche Wirkung ein Cocktail aus zahlreichen im Wasser gelösten Stoffen auf verschiedene Organismen haben kann und ob zusätzlicher Reinigungsaufwand bei der Behandlung von Abwasser diese Wirkung tatsächlich reduziert.

Wasser ist auch ein Energieträger, und so ging die wirtschaftliche Entwicklung im Zuge der Industrialisierung mit der Wasserkraftnutzung einher. Heute resultieren daraus zahlreiche ökologische Probleme in unseren Fließgewässern, welche mit neuen Konzepten bewertet und gelöst werden können.

Das Ruhrgebiet ist von der Kohle- und Stahlindustrie geprägt worden. Ein Großteil der industriellen Standorte hat sich mittlerweile gewandelt. Und die Bergbaufolgelandschaft konnte so aktiv gestaltet werden. In 2018 endet der Steinkohlebergbau im Ruhrgebiet und das letzte Bergwerk Prosper-Haniel wird schließen. Ein Meilenstein in der Geschichte der Region. Die UDE prüft gemeinsam mit Partnern der Region die Folgenutzungsoptionen dieser Infrastruktur. So wird geprüft, ob nicht der Zugang zur Tiefe mittels eines Pumpspeicherwerkes als Energiespeicher zur Unterstützung des Ausbaus der erneuerbaren Energien genutzt werden kann.

Und noch ein weiterer Meilenstein im Ruhrgebiet: Baden im Baldeneysee ist seit Mai 2017 wieder erlaubt – wenn die hygienischen Bedingungen stimmen. Nachdem in den letzten vier Jahrzehnten trotz einer deutlichen Verbesserung der Ruhrwasserqualität der See nicht als Badegewässer ausgewiesen war, haben Forscher*innen innovative Ansätze zur Gefährdungsbeurteilung, Technologien zur Risikominderung, zu Monitoring- und Frühwarnansätzen sowie zur Risikokommunikation für die Bevölkerung entwickelt.

Obwohl die genauen Vorgänge zur Entstehung des Lebens in seinem Ursprung noch nicht hundertprozentig nachgewiesen werden konnten, steht eines sicher fest: Wasser ist eine essentielle Ressource, deren Verfügbarkeit Grundlage für menschliches Leben, Wohlstand und nicht zuletzt Frieden ist.

Und nun wünschen wir Ihnen eine anregende Lektüre!

 

Dr. Michael Eisinger

Prof. Dr. Torsten C. Schmidt

Prof. Dr. Bernd Sures

Regional vernetzt

Das Zentrum für Wasser- und Umweltforschung

 

In den letzten 15 Jahren hat sich die Wasserforschung an der Universität Duisburg-Essen (UDE) zu einem wichtigen und erfolgreichen Schwerpunkt weiterentwickelt. Gebündelt wird diese durch das Zentrum für Wasser- und Umweltforschung (ZWU), und zwar nicht nur innerhalb der UDE, sondern auch innerhalb des Ruhrgebiets. Die klassische Grundlagenforschung spielt dabei eine genauso wichtige Rolle wie anwendungsorientierte Fragestellungen, die in Verbundprojekten gemeinsam mit Praxispartnern aus der Region bearbeitet werden.

Warum ist Wasser ein ganz besonders edler Tropfen?

Erklärungen rund ums H2O

 

Die einmaligen Eigenschaften der Wassermoleküle fassen die Autoren in diesem Überblick zusammen.

FUTURE WATER

Mit Praxispartnern und Gesellschaft wissenschaftlichen Wasser-Nachwuchs ausbilden

 

Transdisziplinäre oder gar transformative Ausbildung und Forschung sind die Schlagworte vieler neuer Förderprogramme. Der intensive Einbezug von Praxis und Gesellschaft in Forschung und Ausbildung zeichnet diese Ansätze aus. Ein in seiner disziplinären und thematischen Breite in Deutschlands Wasserforschung einmaliger Ansatz ist das NRW-Fortschrittskolleg FUTURE WATER.

 

How do we want to live tomorrow?

Perspectives on water management in urban regions

 

Twenty-six young scientists, mainly from Germany and Brazil, participated in the workshop “How do we want to live tomorrow?” and identified four central research topics: a) integrated watershed management in urban regions, b) sustainable sanitation and rain-water management, c) micropollutants and d) information flow and people’s involvement.

 

Gewässer

Mehr als Wasser

 

Gewässer sind prägende Elemente der Landschaft. Bäche und Flüsse bilden ein dichtes Netzwerk, sie verbinden Landschaftselemente und Siedlungen. Seit jeher nutzt der Mensch die Gewässer auf vielfältige Art und Weise. Diese Nutzungen bleiben nicht ohne Auswirkungen auf den Naturhaushalt und auf die Nutzbarkeit der Gewässer.

 

Erfolgreiche Trennungen

Innovationen zu Membranverfahren

 

Membranverfahren sind ein anerkannt wesentliches Element in einer nachhaltigen Wasserwirtschaft. Seit der Inbetriebnahme der ersten größeren Anlagen zur Wasseraufbereitung mit druckgetriebenen Membranen in den 1960er Jahren entwickelt sich die Membrantechnologie stetig weiter, immer mit den Zielen, Kosten für Investition und Betrieb zu senken und weitere Anwendungsgebiete zu erschließen.

 

Spannende Alleskönner

Algen und ihre „Anwendungsgebiete“

 

Drei Forscher der Universität Duisburg-Essen haben sich nach mehreren Jahren Forschung mit der Firma Locoslab selbständig gemacht. Locoslab GmbH ist ein 2012 ins Leben gerufene Spin-off der Universität, das cloud-basierte Produkte und Dienstleistungen rund um das Thema Lokalisierung anbietet. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten durch den technischen Einsatz des so genannten RF (Radio Frequencing) Fingerprinting, beispielsweise in den Bereichen Navigation auf Flughäfen, in Einkaufszentren oder auf Messen. So können personalisierte Mobilitätslösungen realisiert werden.

 

Mikroschadstoffe aus Abwasser entfernen

Wie messe ich den Erfolg?

 

Moderne Kläranlagen reinigen Abwasser effizient von leicht abbaubaren organischen Stoffen und Nährstoffen. Sie sind aber nicht für die Eliminierung von Mikroschadstoffen konzipiert, so dass viele dieser Stoffe im Abwasser kaum abgebaut werden und somit über die Vorflut in Oberflächengewässer gelangen. Dieser Artikel geht unter anderem der Frage nach, wie überhaupt Auswirkungen von Gemischen unzähliger Verbindungen im niedrigen Konzentrationsbereich auf Organismen messbar sind.

 

Baden in der Ruhr

Vom Forschungsprojekt zum Badespaß

 

Die Bemühungen der vergangenen Jahrzehnte im vorsorgenden Gewässerschutz haben zwar zu erheblichen Erfolgen in Form einer deutlichen Verbesserung der Ruhrwasserqualität geführt, was den Gesundheitsschutz der mit Trinkwasser aus der Ruhr versorgten Einwohner*innen und die Freizeitnutzung der Ruhr für verschiedene Wassersportarten verbessert hat. Dennoch war die Ruhr aber nicht als Badegewässer ausgewiesen und im Stadtgebiet Essen mit einem Badeverbot belegt. Dies hat sich geändert.

 

Raus aus der Grube – rein in die Grube

Ein untertägiges Pumpspeicherwerk als Bergbaunachfolge im Ruhrrevier

 

Mit dem Auslaufen des Steinkohlenbergbaus im Jahre 2018 hinterlässt der Bergbau eine umfangreiche Infrastruktur. Schachttiefen von bis zu 1.200 Metern, zahlreiche Ausbauten in der Tiefe und eine großräumige Wasserhaltung eröffnen Perspektiven für Folgenutzungen. Mit untertägigen Pumpspeicherwerken könnte an den heutigen Bergbaustandorten ein Beitrag zur Energiespeicherproblematik verfolgt werden. Ein aktuell laufendes Verbundvorhaben widmet sich ergebnisoffen der Ermittlung dabei zu berücksichtigender Aspekte am Beispiel des Bergwerkes Prosper-Haniel, der letzten verbliebenen Zeche im Ruhrrevier. Es geht 2018 außer Betrieb und bietet damit Perspektiven für eine Folgenutzung am Ende von mehr als 200 Jahren Bergbautradition im Ruhrrevier.

 

Der Ursprung des Lebens

„Die“ Herausforderung der Wissenschaft

 

Kein Mensch kann die unendlich erscheinende Zeitspanne ermessen, die das biologische Leben auf unserem Planeten umfasst. Dennoch ist es möglich, fast von Beginn an die Auswirkungen des letzten gemeinsamen Vorfahrens aller Lebewesen zu verstehen. Allein es fehlt die Kenntnis seines Ursprungs.

 

  
UNIKATE 50: Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften - High-Performance und Cloud Computing
UNIKATE 49: UNIKATE 49: Mehrsprachigkeit im Ruhrgebiet - Vielfältig und doch individuell
UNIKATE 48: Materials Chain - Forschung aus dem UA Ruhr-Profilschwerpunkt

ISBN 978–3–934359–51–2