Der stete Tropfen: Rüstet “Smart-Water-Monitoring” unsere Wasserversorgung für die Zukunft?

Weltweit gehen bis zu 45 Prozent des Trinkwassers durch Lecks und Rohrbrüche verloren. Gleichzeitig wird Trinkwasser immer knapper. Das Unternehmen Pydro will Leitungen daher über dezentrale Sensoren beobachten.

Autor*in Benjamin Lucks, 09.03.23

Übersetzung Lana O'Sullivan:

Dass Bürger*innen in Deutschland zum Wassersparen aufgefordert werden, war 2022 noch sehr ungewohnt. Prognosen wie der Environmental Outlook to 2050 der OECD weisen aber schon seit Jahren darauf hin, dass Wasserknappheit ohne politisches Entgegenwirken weltweit zu einem massiven Problem wird. Neben dem Festsetzen und Einhalten von Klimazielen ist es aber vor allem der Umgang mit Wasser, der sich zukünftig ändern muss. Denn weltweit verlieren wir zwischen 30 und 45 Prozent des aufbereiteten Frischwassers durch Rohrbrüche und Lecks in Wasserleitungen.

Versorgungssysteme für Frischwasser sind je nach Standort und Bevölkerungsdichte sehr komplex. In Berlin beispielsweise wird aufbereitetes Wasser über ein Netzwerk aus Rohren und Leitungen befördert, die zusammengerechnet etwa 7800 Kilometer lang sind. Zählen wir auch die Abwasserkanäle hinzu, ergibt sich eine Gesamtlänge von über 17.000 Kilometern. Tritt hier an einer Stelle Wasser aus, ist es entsprechend schwer, die Schwachstelle zu finden.

Der Einsatz von Sensoren, die den Wasserdruck in Echtzeit überprüfen und Störfälle umgehend melden, wäre eine Möglichkeit zur Eindämmung dieses Wasserverlustes. Aber wie kritisch ist der Verlust an Frischwasser überhaupt?

Einige Länder verlieren bis zu 40 Prozent des aufbereiteten Frischwassers

Weltweit liegt der Anteil an “Non-Revenue-Water” in der Wasserversorgung etwa zwischen 30 und 45 Prozent. Die International Water Association (IWA) schließt in diesem Begriff neben Wasserverlusten durch reale Lecks allerdings auch scheinbare Verluste wie Diebstahl und Messungenauigkeiten sowie kostenlos zur Verfügung gestelltes Wasser, etwa zur Brandbekämpfung, ein.

Während der Anteil an Non-Revenue-Water, kurz NRW, in Deutschland je nach Quelle zwischen fünf und zehn Prozent beträgt, schneiden andere Länder deutlich schlechter ab. In Norwegen und Kroatien gehen im öffentlichen Trinkwassernetz beispielsweise über 30 Prozent verloren, in Uganda und Italien sind es sogar über 40 Prozent. England verzeichnete allein im Jahr 2021 Verluste von ungefähr einer Billion Liter Wasser durch undichte Rohre.

Dass derartige Verluste zukünftig nicht mehr einfach durch einen Überschuss an Frischwasser ausgeglichen werden können, wird in Prognosen zur Wasserknappheit sehr deutlich.

Mit weniger Wasserverlust gegen die Knappheit

Denn in den nächsten Jahren werden immer mehr Menschen unter einem Mangel an Wasser leiden. Die Ursachen sind vielfältig, setzen sich aber vor allem aus der globalen Erderwärmung, dem Bevölkerungswachstum und eben der Wasserverschmutzung und -übernutzung zusammen. Während der Bedarf an Wasser, der in vielen Regionen schon jetzt kaum ausreicht, weiter ansteigt, nimmt die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser überall auf der Welt ab.

Trockene und besonders heiße Regionen, wie die bereits thematisierten Länder Uganda und Italien, sind davon besonders stark betroffen. Aber auch deutsche Böden haben in den letzten 20 Jahren eine Gesamtmenge an Wasser verloren, die etwa dem Volumen des Bodensees entspricht.

Wasser durch Lecks in Versorgungssystemen zu verlieren, geht zudem mit einer höheren Umweltbelastung einher. Denn hierbei entstehen nicht nur Folgeschäden in der Infrastruktur, die es ressourcenaufwendig zu beheben gilt. Das Wasser geht aus dem Kreislauf der Wiederaufbereitung verloren und sickert in Abwassersammelbecken oder in das Erdreich. Die Rückgewinnung ist dann kostspielig und steigert die CO2-Bilanz unserer Wasserversorgung.

Lecks in Wasserleitungen frühzeitig erkennen – der Pydro “PT1”

Wie untereinander vernetzte Sensoren zur Erkennung von Lecks in Wasserleitungen funktionieren, zeigt das deutsche Startup Pydro. Dieses entwickelte mit dem “PT1” einen Durchflussmesser für Wasserohre, welcher sich selbst mit Energie versorgen kann – und der bereits marktverfügbar ist.

Pydro
Der Pydro PT1 gewinnt den benötigten Strom über eine Turbine aus dem Wasserfluss.

Das Messgerät, welches als Verbindungsstück zwischen zwei Wasserrohren installiert wird, ist dafür mit einem Ringpropeller ausgestattet. Der Wasserdruck in den Rohren bringt diesen in Bewegung, wodurch der PT1 wiederum Strom gewinnt. Laut Herstellerangaben reiche ein geringer Widerstand aus, um Sensoren und Übertragungselektronik mit Strom zu versorgen. Für den Wasserkreislauf bedeute das nur einen geringen Druckverlust von 0,2 Bar.

Die gewonnenen Daten überträgt der PT1 über das Mobilfunknetz in Echtzeit an einen Server. Pydro bietet die Überwachung von Wassernetzwerken dabei als Dienstleistung an. Die entsprechende Software sowie eine Beratung zur Fehlerbehebung ist darin gleich enthalten. Sobald ein ungewöhnlicher Abfall des Wasserdrucks an einer Stelle erkannt wird, können Netzbetreiber umgehend und präzise reagieren.

Energieautarkie eignet sich auch für Länder mit geringem Elektrifizierungsgrad

Dass Pydros Durchflussmesser ihren eigenen Strom gewinnen, löst zudem ein Problem dezentraler Überwachungssysteme. Denn um eine weitreichende Überwachung zu gewährleisten, müssen die Sensoren auch an Orten einsetzbar sein, die kilometerweit vom Stromnetzwerk entfernt sind.

Während die Energieversorgung in Ballungsgebieten weniger problematisch ist, bringt Pydros Überwachungssystem in ländlichen Regionen oder in Ländern mit geringem Elektrifizierungsgrad die nötige Unabhängigkeit vom Stromnetz. Neben der höheren Flexibilität gewährleisten die Sensoren auch eine Überwachung während Blackouts oder andauernden Stromausfällen.

In zukünftigen Produkten möchte Pydro seine Durchflussmesser zudem zur Steuerung des Wasserdurchflusses einsetzen. Wie Pydro-Gründer Mulundu Sichone in einem Interview verriet, ließe sich hierdurch die Belastung auf Wasserohre senken. Denn damit Wasser wie in Deutschland beim Aufdrehen des Hahns direkt verfügbar ist, muss in den Leitungen genügend Druck vorhanden sein. Der benötigte Überdruck zu Verbrauchsspitzenzeiten sei einer der Hauptgründe dafür, dass Lecks und Schäden überhaupt entstehen.

Pydro
Pydro-Gründer Mulundu Sichone mit einem der Systeme.


“Etwas Fremdes in sein System zu lassen, birgt immer auch Gefahren”

Für die Entwicklung des PT1 hat Pydro bereits wichtige Partner*innen gewinnen können, darunter die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie die Europäische Union. Zudem ist Pydro eines von 40 Unternehmen, die das Europäische Institut für Innovation und Technologie im Jahr 2022 zur Bekämpfung von Wasserknappheit auswählte.

Die Verbreitung des Pydro PT1 soll bis 2025 auf 8.200 Systeme ansteigen, allerdings sind im Gründungsland Deutschland viele Versorger noch zurückhaltend. Anfang letzten Jahres kam Pydros Sensor-Netzwerk-System lediglich in Gelsenkirchen zum Einsatz.

Warum werden unsere Wasserleitungen also noch nicht mit modernen Sensoren ausgestattet?

Die Pressesprecherin der Berliner Wasserbetriebe Astrid Hackenesch-Rump begründete dies im Gespräch mit RESET damit, dass die Verluste an Frischwasser in Berlin und in Deutschland bereits sehr gering seien. In der Hauptstadt gingen lediglich drei Prozent des Frischwassers in Rohrbrüchen und Lecks verloren. Die Strategie zur Instandhaltung des Berliner Wassernetzwerkes funktioniere demnach bereits ausreichend zuverlässig.

Statt auf ausgeklügelter Sensorik beruhe die bisherige Strategie auf Erfahrungswerten über verwendete Materialien, vergangene Reparaturen und geplante Modernisierungsmaßnahmen. Unter Einbezug äußerer Einflüsse wie dem Verkehrsaufkommen über den Leitungen ließe sich das Netzwerk auch über die aktuellen Systeme zuverlässig instand halten.

Vorhandene Leitungen mit neuen Sensoren aufzurüsten, sei zudem nicht unbedenklich. Etwas “Fremdes” in ein sicheres System einzubauen, erhöhe die Gefahr von Schäden und Verunreinigungen. Das Risiko ist insgesamt also zu hoch als dass es sich lohnen würde, die ohnehin schon geringen Verluste weiter zu optimieren.

Verluste lassen sich künftig nicht mehr durch Überschuss ausgleichen

Die Echtzeit-Überwachung unserer Wasserversorgung ist also nicht die einzige Möglichkeit, ausreichend verlustfrei mit Frischwasser umzugehen. Allerdings beruht die Strategie der Berliner Wasserbetriebe auf Daten, die seit vielen Jahrzehnten akribisch aufgezeichnet wurden.

Die Wasserverluste in anderen Ländern zeigen hingegen sehr deutlich, dass die eingesetzten Systeme zur Leckerkennung nicht überall zuverlässig genug sind. Neue Technologien könnten hier also durchaus sinnvoll eingesetzt werden.

Die Bewertung des verlorenen Wassers als “Non-Revenue” verdeutlicht zudem, dass der Wasserverlust hauptsächlich als finanzieller Verlust diskutiert wird. Diese können Wasserwerke über ihre Preisgestaltung recht simpel an Bürger*innen weitergeben. Ein finanzieller Druck, die Wasserverluste zu minimieren, ist also kaum vorhanden.

Die Dringlichkeit, Frischwasserverluste mit Überwachungssystemen wie dem PT1 zu vermindern, muss daher auf politischer Ebene diskutiert werden. Denn während das verloren gegangene Wasser aktuell noch durch einen Überfluss ausgeglichen werden kann, wird das in vielen Teilen der Welt schon in wenigen Jahren nicht mehr möglich sein.

Das Potenzial derartiger Technologien ist dafür groß genug. Laut Pydro-Gründer Mulundu Sichone ließen sich über die dezentrale Überwachung in der Wasserversorgung weltweit 13,5 Milliarden Liter Wasser und 27 Millionen Kilowattstunden Energie am Tag einsparen.

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