Sektorenübergreifende Aktivierung von Flexibilitätspotenzialen in der Abwasserwirtschaft durch maschinelles Lernen

Bis 2030 wollen die StEB Köln klimaneutral sein. Die Stadt Köln hat dies für 2035 angekündigt und bundeweit wird dieses Ziel für 2045 angestrebt. Das Forschungsprojekt FlexAqua ist nicht nur für die StEB Köln ein wichtiges Puzzleteil auf dem Weg zur Klimaneutralität. Denn die gesamtgesellschaftlichen Ausgaben für den Stromnetzausbau und das Engpassmanagement auf der einen und die CO2-Emissionen aus der Energiewirtschaft in Deutschland auf der anderen Seite könnten mit den gewonnenen Erkenntnissen verringert werden.

Untersuchungsgegenstand

Erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenenergie sind stark volatil und stehen daher nicht kontinuierlich zur Verfügung. Hohe Investitionen in das Stromnetz mit intensivem Engpassmanagement sind notwendig, um das stark schwankende Stromangebot zu steuern und das Netz stabil zu halten. Industriezweige, die den Status zwischen Stromverbraucher und Stromlieferant wechseln können, bieten hier Lösungspotenziale. Dies funktioniert am besten, wenn der Wechsel schnell und mit hohen Kapazitäten erfolgen kann. Damit werden sogenannte „Flexibilitätspotenziale“ genutzt, die in der Wasserwirtschaft in den Sektoren Strom, Wasser, Wärme und Gas bisher weitgehend ungenutzt sind.

Ziel

Am Beispiel des GKW Köln Stammheim soll die Energieeinsatzplanung durch Prognose von Einflussgrößen und Flexibilitätsbändern optimiert werden. Anlagenmodelle sollen durch „Machine Learning“ (maschinelles Lernen) automatisiert erlernt, angepasst und verbessert werden. Zudem soll der Prototyp einer Softwarelösung zur Energieeinsatzplanung am GKW Köln Stammheim etabliert werden.

Die StEB Köln stellen für das Projekt Daten und Know-how zur Abwasserbehandlung und des Energiemanagements am Großklärwerk Stammheim bereit. Der Datenaustausch während des Projekts und bei der Etablierung des Prototyps wird neue Anforderungen an die lokale IT- und OT-Umgebung stellen.

Projektförderung

Das Projekt wird von der Europäischen Union und dem Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des EFRE/JTF-Programms NRW 2021-2027 gefördert.

Die Sommermonate der letzten Jahre waren geprägt von Wetterextremen: Temperaturen über 40 Grad Celsius, Tropennächte und Trockenheit auf der einen, Starkregen auf der anderen Seite. In unseren Städten sind die Auswirkungen des Klimawandels besonders spürbar, denn die enorme Flächenversiegelung und hohe Bebauungsdichte verschärfen das Überflutungsrisiko durch Starkregen und die Bildung von sommerlichen Hitzeinseln.

Vor dem Hintergrund, dass sich diese Wetterextreme auch in Zukunft fortsetzen und sogar an Intensität zunehmen werden, beschäftigt sich das Forschungsprojekt AMAREX (Anpassung des Managements von Regenwasser an Extremereignisse) mit diesen Herausforderungen. Es setzt gezielt auf eine wasserbewusste Stadtentwicklung, die die blaue (Gewässer) und grüne (Vegetation) Infrastruktur unterstützt und fördert.

Durch eine nachhaltige Regenwasserbewirtschaftung sollen starke Niederschläge teilweise besser aufgenommen bzw. das Regenwasser gespeichert und für andere Bedarfe zur Verfügung gestellt werden. Konkret kann das bedeuten, den Oberflächenabfluss durch Gründächer und Versickerungsmulden zu reduzieren und das anfallende Regenwasser gezielt zu speichern, gegebenenfalls aufzubereiten und in Trockenperioden zur Bewässerung von Grünanlagen zu nutzen.

Im Projekt sollen anwendungsbezogene Maßnahmen und Lösungen für Extremwetterereignisse zugänglich gemacht werden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Erweiterung bestehender Anlagen zur Überflutungs- und Trockenheitsvorsorge. Die Ergebnisse sollen in einem webbasierten Tool dargestellt werden, um durch integrierte Analysewerkzeuge die Umsetzung der Anlagen in der Stadtplanung zu erleichtern.

Das Forschungsprojekt AMAREX ist ein Verbundprojekt verschiedener Akteur*innen, u.a. kommunalen Versorgungsunternehmen, den Städten Berlin und Köln, Praxispartner*innen, der RPTU Kaiserslautern- Landau sowie der Uni Stuttgart. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Weitere Informationen: www.amarex-projekt.de

Gründach mit Ableitung von Regenwasser in eine Retentionszisterne zur zeitverzögerten Abgabe an Efeu-Pfanzen-Module

Die Folgen des Klimawandels, wie Starkregenereignisse, anhaltende Hitzewellen und Stürme, stellen insbesondere Städte vor große Herausforderungen. Nur wenn Verwaltung, Einwohner*innen und engagierte Akteur*innen vor Ort gemeinsam anpacken, wird es gelingen, diese Folgen abzumindern und die Klimaresilienz der Städte zu verbessern.

Aber wie genau kann man städtische Quartiere widerstandsfähig (resilient) gegen die Folgen des Klimawandels machen? Um diese Frage zu beantworten, haben sich die Städte Köln und Dortmund zusammen mit den StEB Köln und verschiedenen Forschungseinrichtungen im Projekt „iResilience“ beteiligt. Zielsetzung des Projektes, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde, war die modellhafte Entwicklung und Erprobung neuer Handlungsweisen und Technologien, um die urbane klimaangepasste Resilienz städtischer Quartiere kontinuierlich zu verbessern.

Das Pilotgebiet in Köln war der Stadtteil Deutz. Im Projektzeitraum von 2019 bis 2022 sensibilisierten die StEB Köln hier für die Folgen klimabedingter Veränderungen und entwickelten gemeinsam Lösungen für daraus resultierende Probleme wie Hitzebelastung und Starkregengefährdung einerseits und Wasserknappheit andererseits.
Das Ergebnis: Oft ist Urbanes Grün als Multitalent die Lösung. So spenden Bäume beispielsweise Schatten und kühlen über die Verdunstung ihre Umgebung, auch kann Wasser in Grünflächen versickern. Doch es ist nicht immer leicht, Urbanes Grün in unseren dichtbebauten Innenstädten zu etablieren.

Wie sah das Projekt iResilience konkret aus? Im sogenannten Reallabor in Deutz haben sich seit Projektstart verschiedene Gruppen gebildet, die innovative Lösungen entwickelten: Ein Beispiel ist die „Kasemattenstraße für morgen!“, bei der es darum ging, einen Bereich in Deutz, der bei Starkregen überflutungsgefährdet ist, zu entschärfen. Und mit Blick auf das Urbane Grün wurde beispielsweise am Fuße des Hochbunkers ein kleiner urbaner Garten initiiert. Mehr Infos zu diesen beiden Projekten und allen weiteren Ideen finden Sie auf der Projekt-Webseite .

Alle Ideen und Lösungen wurden in einem Handbuch für eine klimarobuste Entwicklung des Pilotgebiets zusammengeführt: „Klimafittes Düx – gemeinsam packen wir es an!“ (PDF, 17,08 MB) . Ausgangspunkt ist das jeweilige Zukunftsbild. Hier wurden gesammelt alle Ideen für ein klimaresilientes Quartier zeichnerisch dargestellt. Die Ergebnisse und Prozesse der Pilotquartiere sollen nachfolgend auch auf weitere Stadtteile der Partnerstädte und andere Städte übertragbar sein. Dadurch trägt iResilience zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Klimaresilienz bei.

Was können wir dem Klimawandel entgegensetzen? In dem Projekt "Klimawandelgerechte Metropole Köln", das von dem Ministerium für Klimaschutz, Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, dem Deutschen Wetterdienst sowie den StEB Köln durchgeführt wurde, konnten wertvolle Erkenntnisse zum Kölner Klimawandel im 21. Jahrhundert gewonnen werden. Für die künftige Wärmebelastung im Sommer sowie die Zunahme von Starkregenereignissen wurden in den letzten Jahren Anpassungsstrategien entwickelt.

Der fortschreitende Klimawandel gehört zu den größten Herausforderungen, denen wir uns derzeit stellen müssen. Die Anpassung an aktuelle sowie noch zu erwartende Klimabedingungen ist eine Aufgabe, die dringlich gelöst werden muss.

Auch die Abwasserentsorger mit ihren Prozessen und Verfahren sind vom Klimawandel betroffen. Die Überlastung der Kanalisation bei Starkregenereignissen oder die hoch konzentrierten Abwässer bei längerer Trockenheit – verbunden mit einer in diesen Zeiten geringen Wasserführung der Gewässer – sind dabei die offenkundigsten Beispiele. Noch für viele weitere und nach regionalen Gegebenheiten sehr unterschiedliche klimabedingte Problemlagen müssen die Abwasserentsorger zukünftig Lösungen finden.

Die StEB Köln sind als Partner im Netzwerk der kommunalen Abwasserentsorgungsunternehmen in dem Vorhaben vertreten.

Das Verbundprojekt „Klimafolgeanpassung in der kommunalen Abwasserentsorgung" (KlimfAb) wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit gefördert.

Dem Ansatz „Gefahr erkannt, Gefahr gebannt“ folgend soll dafür zunächst ein auf die kommunale Abwasserreinigung spezifizierter Katalog erarbeitet werden. Inhalte sind bereits eingetretene oder noch zu erwartende Klimafolgen für die Abwasserwirtschaft samt möglicher Lösungsansätze. Darauf aufbauend wird als weiteres wichtiges Instrument eine Bewertungsmatrix für kommunale Abwasserentsorgungsunternehmen entwickelt. Mit dieser kann der Stand der Klimafolgeanpassung im eigenen Unternehmen überprüft werden.

2015 haben die StEB Köln eine Wärmepotenzialkarte veröffentlicht, die einen Teil des unterirdischen Kölner Kanalnetzes zeigt. Auf dieser Karte sind nur Kanäle dargestellt, die groß genug sind, um dort einen Wärmetauscher einzubauen.
Ob die Abwassermenge für eine geplante Beheizung ausreicht, müssen Fachleute in einer individuellen Studie untersuchen. Die Potenzialkarte hilft aber dabei herauszufinden, wie weit ein Gebäude vom jeweiligen Kanal entfernt liegt. Denn über diese Distanz müssen Rohre verlegt werden, durch die das erwärmte Wasser zwischen Wärmetauscher und Wärmepumpe strömt. Im Rahmen einer Bachelorarbeit wurden die Potenziale zur Nutzung von Wärmeenergie aus Abwasser an den Standorten der Technischen Hochschule Köln in Deutz und Südstadt untersucht.

Weitere Informationen zur Abwasserwärmepotenzialkarte erhalten Sie hier .

Wie werden die großen Metropolen lebenswerter, ökologischer und zugleich wirtschaftlicher?
Im Rahmen ihrer SmartCity-Initiative hat die EU-Kommission den Städten Göteborg, London, Rotterdam, Genua und Köln unter dem Namen CELSIUS ein Projekt bewilligt, das im großen Maßstab die Entwicklung und Anwendung regenerativer Technik zur Wärme- und Kälteversorgung fördert.
In einem gemeinsamen Teilprojekt mit der RheinEnergie AG und der Technischen Hochschule Köln entwickelten die StEB Köln eine klimaschonende Nahwärmeversorgung für Schulen und Bäder auf der Basis von Abwasserwärmenutzung.
Aktuell werden vier Kölner Schulen und zwei Schulkantinen mit Wärme versorgt. Die Anwendbarkeit auf andere Gebäudekomplexe, zum Beispiel Wohn- und Bürogebäude, ist gegeben.

Wie schützen wir uns vor Überflutungen durch Starkregen ? Um diese Frage zu beantworten, haben die StEB Köln mit dem Deutschen Institut für Urbanistik (difu) und der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA) das Forschungsvorhaben »Kommunale Überflutungsvorsorge: Planer im Dialog« ins Leben gerufen.
Angelehnt an die Planspiel-Methode bearbeiten Vertreterinnen und Vertreter aus den Kölner Fachämtern und 15 weiteren ausgewählten Städten konkrete Aufgabenstellungen in eintägigen Werkstätten. Neben der grundlegenden Sensibilisierung für das Thema stehen der praxisorientierte Austausch zwischen den Fachressorts sowie ein modellhaftes Entwickeln von Herangehensweisen auf dem Plan der Werkstätten.

Weitere Informationen und Projektergebnisse erhalten Sie auf der entsprechenden Website des Deutschen Institutes für Urbanistik .

PLATHO ist ein webbasiertes Entscheidungsunterstützungstool zur Planung und Simulation von alternativen Lösungsansätzen für einen spezifischen Hochwasserverlauf.
Das Simulationstool liefert auf Basis festzulegender Rahmendaten (z.B. erwarteter Rheinpegel, vorgesehener Zeitrahmen) und Restriktionen z.B. (Geräte- und Personalverfügbarkeiten, Zeitvorgaben sowie besonderer Restriktionen) Lösungsalternativen zur operativen Umsetzung der erforderlichen oberirdischen mobilen Schutzmaßnahmen im Kölner Hochwasserschutz. PLATHO liefert über die zugrundeliegende Datenbank anwenderspezifische Reports zur passgenauen Umsetzung der erforderlichen Maßnahmen.
Eine Erweiterung zur digitalen Informationsbereitstellung für die Hochwasserschutz-Aufbaukräfte ist Teil der künftigen Ausbaustufen von PLATHO.

PLATHO erlaubt damit eine genau auf den (prognostizierten) Hochwasserverlauf abgestimmte operative Einsatzplanung. So kann durch abgepasste Folgesimulationen auf eintretende Änderungen des Hochwasserereignisses (z.B. eine Beschleunigung des Pegelanstieges) schnell reagiert und eine optimierte Einsatzplanung erzeugt werden. PLATHO bietet die Möglichkeit, Handlungsalternativen zu verifizieren (ist die Alternative unter den gegebenen Rahmenbedingungen umsetzbar?) und Handlungsoptionen für die Entscheider zu entwickeln (z.B. kann bei einem früheren Aufbaubeginn auf Nachtarbeit verzichtet werden?).

PLATHO strukturiert die Planungsabläufe und stellt den einzelnen Organisationsgruppen individuelle Informationen zur Verfügung. Die zugrundeliegende Datenbank von PLATHO ermöglicht die zentralisierte Aktualisierung von Daten.

Weitere Informationen erhalten Sie hier.

Wie können Stadtentwicklung und Überflutungsvorsorge kombiniert werden? In einem interdisziplinären Team aus Stadt-, Grünflächen- und Straßenplanern in Köln sowie den StEB Köln wurden konkrete Handlungsempfehlungen für zukünftige Änderungen im öffentlichen Raum erarbeitet.
Die gezielte Gestaltung und Nutzung urbaner Freiflächen als temporärer Rückhalteraum stellt dabei einen möglichen Baustein der kommunalen Überflutungsvorsorge dar.

Dabei entstand eine Arbeitshilfe, die zusammenfast, wie solche sogenannten multifunktionalen urbanen Rückhalteräume realisiert werden können und was es bei der Konzeption und Gestaltung zu beachten gilt. Das Projekt wurde von der Deutschen Umweltstiftung (DBU) gefördert.

Urbane Gebiete sind in Folge von Bodenversiegelung und der Zunahme extremer Wetterereignisse (sogenannte anthropogene Belastungen) immer häufiger von schweren Überflutungen betroffen.
Diese werden durch Starkregen, Flusshochwasser oder Sturmfluten verursacht. Da in vielen Städten das Hochwassermanagement diesen Herausforderungen nicht gewachsen ist, haben Überflutungen häufig erhebliche Verluste und hohe Schäden zur Folge.
Es besteht vielerorts Bedarf an neuen, effizienten Planungswerkzeugen sowie an Klimadienstleistungen, die erkenntnisbasierte Anpassungsplanungen in Städten unterstützen. Weiterhin müssen die verfügbaren Daten, Modelle und Werkzeuge zum Hochwasserrisikomanagement auf ein breiteres Spektrum potenzieller Nutzenden ausgedehnt werden. Anwenderinnen und Anwender müssen Zugriff auf Daten haben, um kurz- und langfristige Managemententscheidungen treffen zu können.

Das Projekt SaferPLACES zielt darauf ab, die Auswirkungen von Überflutungen in den Städten zu mindern, indem die Entscheidungsfindung durch einen web-basierten Cloud-Service zur Hochwasserrisikokartierung unterstützt wird. SaferPLACES liefert somit einen Beitrag, die Widerstandsfähigkeit von Städten gegenüber Überflutungen zu stärken sowie innovative Planungswerkzeuge für die Hochwasservorsorge zu fördern.

Köln ist neben Rimini (Italien) und Pamplona (Spanien) eine von drei Pilotstudien, in denen die neu entwickelten Modelle und Werkzeuge getestet und erprobt werden.

Das Projekt SaferPLACES wird über einen Zeitraum von drei Jahren vom EIT - Climate KIC gefördert. Zum Projektkonsortium unter der Leitung von GECOSistema zählen CMCC - Euro-Mediterranean Centre on Climate Change, GFZ - Helmoltz Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum, Sektion Hydrologie, Universität Bologna, Technische Universität Madrid und MEEO Meteorological Environmental Earth Observation.

Darüber hinaus arbeitet das SaferPLACES-Konsortium eng mit einer wachsenden Gruppe engagierter potenzieller Anwenderinnen und Anwender sowie Interessenvertreterinnen und -vertretern zusammen, darunter sind neben den StEB Köln Versicherungen, lokale Verwaltungen und Planungsbehörden sowie Versorgungsunternehmen vertreten.

Weitere Informationen sind unter www.saferplaces.co verfügbar.

Mit der geomer GmbH, der Software AG, dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) haben die StEB Köln im Rahmen des Forschungsprojektes eine Informationsplattform entwickelt. Auf dieser können Daten unterschiedlicher Art, Größe und Herkunft eingespielt, analysiert und visualisiert werden, um ein effizientes und effektives Katastrophenmanagement zu ermöglichen. Somit ist ein Prototyp für eine interaktive Lagekarte entstanden.

Weitere Informationen erhalten Sie unter www.sd-kama.de .

Innerhalb des Rahmenprogramms „Förderung für nachhaltige Entwicklung“ (FONA) und der Förderlinie „Nachhaltige Entwicklung urbaner Regionen“ (NUR) fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das vierstufige Forschungs- und Entwicklungsvorhaben „Management multipler Risiken bei Extremereignissen in schnell wachsenden (Mega)Städten Myanmars“.

Das Forschungsprojekt widmet sich der Katastrophenvorsorge und der Reduktion der Folgen von Naturrisiken in Yangon, Myanmar. Ziel ist es, die negativen sozio-ökonomischen und persönlichen Folgen von Naturkatastrophen für Stadtbewohner*innen zu reduzieren.
Zudem werden wissenschaftliche Konzepte zur Erhaltung und Sicherstellung der Grundversorgung entwickelt und vor Ort umgesetzt.

Das Projekt, das die Hochwasserschutzzentrale der StEB Köln gemeinsam mit dem Geographischen Institut der Universität zu Köln, dem Institut für Schutz und Rettung der Berufsfeuerwehr der Stadt Köln und in enger Zusammenarbeit mit dem Deutschen Komitee für Katastrophenvorsorge e.V. durchführt, startete am 1. Mai 2021. Die Projektlaufzeit endet am 30. April 2025.

Die StEB Köln stellen dazu ihre Fachkompetenz und ihr Fachwissen zur Verfügung. Aus der Zusammenarbeit erhoffen sich die StEB Köln neue Impulse zur stetigen Verbesserung des Kölner Überflutungsschutzes und der Überflutungsvorsorge. Die Förderung des BMBF beträgt 100 Prozent.

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Wie können Überflutungsszenarien möglichst schnell berechnet und visualisiert werden? Mit dem Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung Forschungs-GmbH in Wien (VRVis), dem Institut für Computergrafik der TU Wien, der wissenschaftlichen Visualisierung-Gruppe an der ETH Zürich sowie der Österreichischen Forschungsfördergesellschaft (FFG) entwickeln die StEB Köln eine Software für vorbeugendes Handeln und effektive Gefahrenabwehr bei Hochwasser und Starkregen. Die derzeitigen Berechnungen für realistische Überflutungsszenarien sind sowohl finanziell als auch zeitlich sehr aufwendig.

Die anwenderfreundliche Software spart aber nicht nur Zeit und Kosten. Eine 3D-Visualisierung führt den Kölner Einwohnerinnen und Einwohnern die Folgen von Starkregen und Überflutungen vor Augen, um die Akzeptanz für Sanierungsmaßnahmen zu erhöhen.

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Wie schaffen wir einen nachhaltigen Finanzplan für die Domstadt? Um die finanzielle Handlungsfähigkeit der Stadt Köln auch zukünftig zu sichern, haben sich die StEB Köln mit der Stadt Köln, dem Stadtwerkekonzern, dem Deutschen Institut für Urbanistik (difu) sowie dem finanzwissenschaftlichen Forschungsinstitut an der Universität zu Köln (FiFo Köln) zusammengetan. Die Koordination obliegt der Stadtkämmerei.
Das gemeinsame Projekt leitet aus zukünftigen Entwicklungstrends wie Klimaanpassungen und demografischem Wandel Handlungsempfehlungen ab. Das Vorhaben ist inhaltlich und methodisch so angelegt, dass nicht nur Köln, sondern auch andere Kommunen von den Erkenntnissen profitieren.

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In Deutschland leben bereits mehr als 74 Prozent der Bevölkerung in Städten bzw. Ballungszentren; eine weitere Zunahme dieses Anteils ist unbestritten. Aus der hohen Siedlungsdichte ergeben sich spezifische Anforderungen an Infrastruktur und Organisation, die angesichts des bisherigen urbanen Wachstums schon heute teils kaum noch erfüllt werden können. Zusätzliche Herausforderungen entstehen durch den Klimawandel (veränderte saisonale Niederschlagsmuster, Starkregen, städtische Überwärmung, die Verschlechterung der Luftqualität, Lärmbelastung, Biodiversitätsverlust oder Flächennutzungskonkurrenz) und durch steigende Ansprüche an die Ressourcen- und Ökoeffizienz. 40 Prozent der energiebedingten Emissionen entfallen auf Wärme im Gebäudebereich.

Ausgehend von dieser Grundsituation fokussierte das Forschungsprojekt VertiKKA die Erforschung einer neuen Technologie und die prototypische Umsetzung zur lokalen Nutzung von Abwasser (Regenwasser, Brauchwasser) bei gleichzeitiger Verbesserung des lokalen Klimas und der Wärmedämmung sowie Kühlleistung von Gebäuden.
Ziel war die Entwicklung von wartungsarmen, selbstregelnden Grünmodulen zum Einsatz an Fassaden. Damit verbunden sind eine Vielzahl von Nutzeffekten für Ressourceneffizienz und Wasserwirtschaft im Stadtquartier.

Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme Ressourceneffiziente Stadtquartiere von 2019 bis 2022 gefördert. Die Verbundpartner des Projektes waren Björnsen Beratende Ingenieure GmbH (Verbundkoordinator), IZES gGmbH – Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme, ifak – Institut für Automation und Kommunikation e.V., PI Photovoltaik-Institut Berlin AG (PI Berlin), Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR (StEB Köln), Stadt Köln – Dezernat für Soziales Integration und Umwelt, Bauhaus Universität Weimar (BUW), Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is), Institut für Mathematik/Bauphysik (IMP), TU Kaiserslautern – Fg. Sozialwissenschaften (TUK) und die TU Darmstadt – Fachgebiet Entwerfen und Freiraumplanung (TUB).

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Wie sieht die Metropole der Zukunft aus? Unter Federführung der Stadt Köln haben Fraunhofer IAO, Esri Deutschland, Professor Schaller UmweltConsult (PSU) und die StEB Köln ein Netzwerk gegründet.
Hier werden die Partner aus der Industrie und die Repräsentanten der Stadt gemeinsam über zukunftsträchtige Technologien und Konzepte für nachhaltige urbane Systeme nachdenken.

Die Kernfrage lautet: Welche technischen, organisatorischen und politischen Konzepte, Ansätze und Instrumente können die vielversprechendsten Städte von heute und morgen nutzen, um den Herausforderungen von steigendem Mobilitätsbedarf, schwindenden Ressourcen, Klimawandel und Bevölkerungswachstum zu begegnen. Darüber hinaus geht es darum, Nachhaltigkeitsdefizite an globalen state-of-the-art Lösungen zu erkennen und in Systeminnovationen zu überführen.
Die StEB Köln haben im Rahmen des Projektgebietes Mülheimer Hafen Informationen zu Starkregen- und Hochwasserüberflutungskarten bereitgestellt und die Partner unterstützt. Laufzeit des Projektes war von 2014 bis 2016.

Trotz modernster Fahrzeuge müssen begehbare Kanäle oftmals mit viel Handarbeit unter widrigen Bedingungen gereinigt werden. Das aktuelle Hochdruckreinigungsverfahren verbraucht außerdem große Mengen an Diesel, was zu entsprechenden Emissionen führt.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickeln die StEB Köln im Projekt "AuRekA" gemeinsam mit dem Institut für Bergbau und dem Institute for Software and Systems Engineering der TU Clausthal ein Konzept für ein System, das die Feststoffe im Abwasser kontinuierlich stromab transportiert, um Ablagerungen vorzubeugen.

Die eingesetzten Roboter sollen sich autonom im Kanal bewegen und zum einen die Kanäle reinigen sowie zum anderen auch eine Vielzahl an Daten liefern. So können z.B. Hindernisse gemeldet werden und Kameras einen Eindruck vom Zustand der Kanäle liefern.

Als Ergebnis konnte im Juni 2021 ein Konzept mit Machbarkeitsstudie beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Antrag für eine Förderungen eingereicht werden. In diesem beantragten Folgeprojekt soll die praktische Erprobung und Umsetzung der Ideen erfolgen.

Wie lässt sich Abwasser noch besser reinigen? Mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen (ISA) und der Hydro-Ingenieure Planungsgesellschaft für Siedlungswasserwirtschaft mbH arbeiteten die StEB Köln an einem Forschungsprojekt, um mittels Ozonung und Aktivkohlefiltration Reste nachweisbarer Schadstoffe aus dem bereits biologisch gereinigten Abwasser zu entfernen. Dies sind hauptsächlich organische Stoffe aus Chemie, Medizin, aber auch Haushaltschemikalien, die in der aquatischen Umwelt zu unerwünschten Wirkungen führen können.

2014 wurde bereits eine halbtechnische Anlage, bestehend aus zwei Filtersäulen, mit granulierter Aktivkohle im Klärwerk Köln-Rodenkirchen in Betrieb genommen und seit 2016 auch im Großklärwerk Köln-Stammheim eingesetzt. Nach Durchführung des großtechnischen Umbaus der Filteranlage im Klärwerk Köln-Rodenkirchen in 2016/2017 und der anschließenden Betriebsphase wurden die Untersuchungen Ende 2019 abgeschlossen.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, unter Nutzung der vorhandenen Filteranlagen der bisherigen 3. Reinigungsstufe die ökologisch und ökonomisch sinnvollste Variante zur Spurenstoffelimination (Umrüstung zur 4. Reinigungsstufe) zu finden.

Laufzeit des Projektes:

Phase I befasste sich mit der Voruntersuchung und Planung der Versuchsanlage (05/2012 – 12/2016). Den zugehörigen Abschlussbericht finden Sie hier (PDF, 5,90 MB) . Den zugehörigen Anhang finden Sie hier (PDF, 10,36 MB) und hier (PDF, 3,30 MB) .

Phase II befasste sich mit dem Bau und den Betrieb der großtechnischen Versuchsanlage (11/2015 – 12/2019). Den zugehörigen Abschlussbericht finden Sie hier (PDF, 10,19 MB) und den Anhang hier (PDF, 7,79 MB) . Den zugehörigen Kurzbericht finden Sie hier (PDF, 2,41 MB) .

Die beiden untersuchten Verfahren sind grundsätzlich zur Spurenstoffentfernung aus dem Abwasser geeignet. Die bisherigen Versuche zeigen allerdings, dass eine ausschließende Entscheidung für die Verfahrenstechnik Aktivkohlefiltration oder Ozonbehandlung die Potenziale der Technik nicht ausschöpft. In dem seit Anfang 2021 laufenden Anschlussvorhaben "RedOxA" soll die Kombination beider Verfahren (Aktivkohle + Ozonung) in Hinblick auf eine betriebswirtschaftlich optimierte Spurenstoffelimination untersucht werden.

Nasses Einspülen granulierter Aktivkohle ins Filterbecken

Mit dem Forschungsprojekt "RedOxA" erreichen die StEB Köln ein neues Level in Sachen Spurenstoffelimination im Abwasser. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie bauen sie auf den Ergebnissen des Vorprojekts "AdOx Köln" auf. In diesem wurden die Verfahren der Ozonung und Aktivkohlefiltration anhand einer Pilotanlage im Klärwerk Köln-Rodenkirchen großtechnisch untersucht.

In Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen (ISA) ging es anschließend darum, die Effizienz des Reinigungserfolges noch weiter zu steigern; beide Verfahren wurden hierzu miteinander kombiniert.

Diffusorgitter Ozonreaktor

Gegenüber den Einzelverfahren verspricht dieses Kombinationsverfahren zusätzliche wirtschaftliche Vorteile. Um für die Untersuchungen gerüstet zu sein, wurde dazu in 2020 die vorhandene Filteranlage auf der Kläranlage Köln-Rodenkirchen maschinentechnisch saniert und umgerüstet. Die Projektlaufzeit belief sich von Dezember 2020 bis März 2022.

Den zugehörigen Abschlussbericht finden Sie hier (PDF, 10,18 MB) .

Das Projekt „Co-Fermentation“ stellt eine von mehreren Maßnahmen dar, die dazu beitragen sollen, den Grad der Eigenenergieerzeugung auf den Kläranlagen zu steigern. Die Energieerzeugung basiert hierbei auf der gleichen Grundlage wie bei Biovergärungsanlagen.
Bis zu 50.000 Tonnen pro Jahr an energiereichen, biologisch abbaubaren Abfällen (z.B. Fette), auch „Co-Substrate“ genannt, können in den Faultürmen der Großkläranlage Köln-Stammheim zusammen mit dem Klärschlamm vergoren werden und das entstehende Faulgas (Biogas) anschließend in einem angegliederten Blockheizkraftwerk zur Gewinnung von Strom und Wärme herangezogen werden.
Die daraus gewonnene ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Energie soll dazu beitragen, den Eigenbedarf der StEB Köln für den Betrieb ihrer Anlagen teilweise zu decken und steht im Einklang mit der nachhaltigen und ortsnahen Nutzung der Ressource Abfall.
Zudem werden Kohlendioxid-Emissionen reduziert, indem fossile Energieträger (Erdgas) durch regenerative Energieträger (Biogas) ersetzt werden. Auf diese Weise werden jährlich ca. 900 Tonnen Kohlendioxid eingespart.

Laufzeit des Projektes:

• Versuchsbetrieb 1: Betrieb der Anlage und technische Optimierung (12/2015 – 11/2017)
• Versuchsbetrieb 2: Betrieb der Anlage und Untersuchung Rückbelastung (12/2017 – 12/2018)
• Versuchsbetrieb 3: Betrieb der Anlage und Erhöhung der Annahmemenge (01/2019 - 12/2019)

Die Versuchsphasen sind abgeschlossen. Die Anlage zur Co-Fermentation befindet sich seit Januar 2020 im Regelbetrieb. Die ortsnahe Mitvergärung biologisch abbaubarer Abfälle in der GKA Stammheim hat sich unter den Aspekten der "Nachhaltigkeit" als klimarelevantes Vorzeigeprojekt der StEB Köln etabliert. Mit einer geplanten Anlagenerweiterung in 2021 sollen zukünftig noch mehr Kohlendioxid-Emissionen reduziert werden.

Unter dem Motto "Aus Co-Fermentation wird Grün-Fermentation" soll der besonders ökologisch vorteilhafte Charakter des Projekts hervorgehoben werden.

In der Großkläranlage Köln-Stammheim fallen jährlich circa 3.500 Tonnen an sogenanntem Rechengut an, welches dem ankommenden Abwasser entnommen wird und kostenpflichtig entsorgt werden muss.
Vor dem Hintergrund steigender Kosten sollte eine kostengünstigere Alternative erprobt werden, bei der das Rechengut zunächst zerkleinert wird, um es dann mit dem Überschussschlamm zu faulen und als Klärschlamm thermisch zu verwerten.

Die bisherigen Projektergebnisse zeigen, dass der notwendige Aufbereitungsgrad erreicht und das zerkleinerte Rechengut problemlos über die vorhandenen Förderanlagen der Faulung zugeführt werden kann. Bei regulär anfallenden Rechengutmengen gab es keine Beeinträchtigungen des Anlagenbetriebes.
Lediglich bei größeren Spülstößen erreichte die Anlage ihre Kapazitätsgrenzen und es traten bislang noch ungeklärte Verstopfungen auf. Die Integration der Anlage in die Prozessleittechnik und die Steuerung in der Leitwarte verliefen problemlos.

Im Rahmen des Projektes soll das Verfahren weiter optimiert werden. Eine An- und Abfahrprozedur wurde bereits programmiert, um die Anlage in einem gereinigten Zustand fahren zu können. Die genaue Beobachtung der Zerkleinerungsvorgänge und das Erkennen von Spitzenbelastungen für ein rechtzeitiges Umschalten auf andere störungsfreie Förderwege sollen Lösungen bei der Reduzierung der Verstopfungen herbeiführen. Die Ermittlung der Auswirkungen des Rechengutes auf die Entwässerbarkeit des Faulschlamms, die Zugabe des zerkleinerten Rechengutes zur Faulung und letztendlich die Auswirkungen auf die Gasausbeute sind noch anstehende Fragestellungen der kommenden Projektschritte.

Wie kann der ukrainische Wasserbetreiber Lvivvodokanal seine Dienstleistungen optimieren? Und wie können seine deutschen Partner ihn dabei unterstützen? Die Antworten hierauf nutzte die deutsch-ukrainische Betreiberpartnerschaft als Basis, um einen ambitionierten Arbeitsplan zu erstellen. Dabei geht es nicht nur um technische Themen.
Ziel der Partnerschaften ist es, das Know-how deutscher Betreiber über umfängliche Beratungsleistungen zu allen Themen der Trinkwasserver- und Abwasserentsorgung verfügbar zu machen und gemeinsame Erfahrungen auszutauschen. Das Pilotvorhaben „Betreiberplattform zur Stärkung von Partnerschaften kommunaler Unternehmen weltweit“, kurz „Betreiberplattform“ wird durch das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) finanziert und ab Juli 2019 als Kooperationsprojekt der Deutschen Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ GmbH) und der Engagement Global (EG) mit ihrer Servicestelle Kommunen in der Einen Welt (SKEW) umgesetzt.
Die Entwicklung und Durchführung der Betreiberplattform erfolgt darüber hinaus in enger Zusammenarbeit mit dem Verband Kommunaler Unternehmen (VKU) und insbesondere mit German Water Partnership (GWP).

Die deutschen Partner (StEB Köln, Berliner Wasserbetriebe und die Stadtentwässerung Dresden als deutscher Lead Partner) haben sich zur Partnerschaft mit LMKP Lvivvodokanal aus Lviv verständigt. Der Fokus des Projekts liegt auf der Pilotierung und nachhaltigen Entwicklung der Partnerschaft auf Augenhöhe und dient bei positiver Entwicklung dem langfristigen Aufbau von Netzwerken.

Auf Basis einer Kooperationsvereinbarung im Zuge eines Zuschussvertrages wird sich die StEB Köln mit Know-how und insbesondere der Erstellung von Handlungsempfehlungen für Strukturen eines bedarfsgerechten und langfristig sicheren Anlagenmanagements am Beispiel von Klärwerken und Pumpwerken einbringen.

Die Partnerschaft stellt ein Projekt der örtlichen Entwicklungshilfe dar. Die Tätigkeit beschränkt sich auf fachlich und organisatorisch beratende bzw. unterstützende Funktionen und umfasst keine wirtschaftlichen und unternehmerischen Aktivitäten. Das Projekt ermöglicht durch den Austausch mit deutschen und internationalen Partnern die Überprüfung der StEB Köln-internen Strukturen und Prozesse für die Erfüllung der Kernaufgabe Abwasserbeseitigung in Sinne eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses.

Laufzeit des Projektes:
Juli 2019 - Mitte 2023

Weitere Informationen zur Partnerschaft finden Sie hier .