Außergewöhnlich lang anhaltender und starker Regen führte großflächig zu
Überschwemmungen

Ein regenreicher Mai und Rekordniederschläge zum Monatsende führten in
Deutschland zu großflächigen Überschwemmungen. Innerhalb von 48 Stunden
fielen im Süden und Westen Bayerns sowie im Osten Baden-Württembergs
Regenmengen von mehr als 100 Litern pro Quadratmeter, binnen 120 Stunden
kamen nicht selten mehr als 200 Liter pro Quadratmeter zusammen. Durch das
folgende Hochwasser kamen sechs Menschen ums Leben (Stand 06.06.2024) und
es entstanden hohe Sachschäden.

Während das Hochwasser noch im Gange war, haben Forschende des Center for
Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) am Karlsruher
Institut für Technologie (KIT) eine historische Einordnung des Ereignisses
vorgenommen und Regionen nach dem Grad der zu erwartenden Schäden
klassifiziert.

„Das Besondere an diesem Niederschlagsereignis war, dass über einen
relativ langen Zeitraum und eine große räumliche Ausdehnung viel
Niederschlag gefallen ist“, sagt Professor Michael Kunz,
wissenschaftlicher Sprecher des CEDIM und Co-Autor der Studie. „Wenn wir
die Niederschläge lokal betrachten, konnten wir solche Ereignisse in
Deutschland in den letzten 60 Jahren durchaus schon häufiger beobachten.
Betrachtet man aber die Niederschlagssummen über einem größeren Gebiet,
beispielsweise von rund 35 000 Quadratkilometern, was der Fläche Baden-
Württembergs entspricht, dann waren die Niederschlagsmengen durchaus
außergewöhnlich.“ Von Oberschwaben bis zum Donaumoos entsprächen diese
einem Ereignis, das statistisch seltener als einmal in hundert Jahren
vorkomme.

Vor allem die Ausdehnung unterscheide das Ereignis von der
Hochwasserkatastrophe im Ahrtal im Juli 2021, so Kunz: „Damals fiel der
Regen in kürzerer Zeit und über einem deutlich kleineren Gebiet mit sehr
steilen Hängen, an denen das Wasser schnell in das Tal floss. Die
großräumigen Niederschlagssummen im Mai/Juni 2024 überstiegen die vom Juli
2021 dagegen deutlich.“

Neben einer hydrologischen Einordnung des Hochwassers geben die
Forschenden des CEDIM in ihrem Bericht auch eine erste Einschätzung des zu
erwartenden Schadensausmaßes in den beiden am stärksten betroffenen
Bundesländern: „Insbesondere die Region Günzburg und das Gebiet darum in
Bayern hat es besonders erwischt“, so Dr. James Daniell vom CEDIM,
ebenfalls Co-Autor der Studie. „Aber letztendlich ist in allen
Landkreisen, in denen auch der Katastrophenfall ausgerufen wurde, mit
meist hohen Schäden zu rechnen.“

Über das Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology
(CEDIM)

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des CEDIM, einer
interdisziplinären Einrichtung des KIT, forschen zu Katastrophen, Risiken
und Sicherheit. Das Ziel ist es, natürliche und menschengemachte Risiken
in einer sich rasch verändernden, von Bevölkerungswachstum, Urbanisierung
und Klimawandel geprägten Welt genauer zu verstehen, früher zu erkennen
und besser zu bewältigen.

Weitere Informationen:
https://www.cedim.kit.edu/download/FDA_Hochwasser2024_SD_final.pdf

Forschungspreis für die Wissenschaftshistorikerin Pamela Smith, die die
Genese von Wissen über Dinge und Substanzen in den Mittelpunkt ihrer
innovativen Forschungen stellt.

Zur festlichen Verleihung des internationalen Forschungspreises am 5. Juni
2024 durch die Herzog August Bibliothek und die Hans und Helga
Eckensberger Stiftung sprach die Preisträgerin Professorin Dr. Pamela H.
Smith von der Columbia University in the City of New York über: „Making
and Knowing in Early Modern Sites of Industry“: „I also want to think
about the interaction of human beings with the material world – nature, if
you want to call it that – in order to consider what studying these sites
of industry – or socio-natural sites – where human and natural histories
intersect and shape each other can tell us about the complex
interrelationships of human activity and earth systems. At this moment of
crisis in climate and biodiversity, we need a much fuller understanding,
including historical knowledge, of the interaction of human motivations,
actions, and ideas and biophysical systems.”

Prof. Dr. Peter Burschel, Direktor der HAB, stellt die Verdienste der
Preisträgerin schon in seiner Begrüßung heraus: „What I personally
appreciate about Pamela Smith is her ability to uncover the complex
transformations of experiential knowledge: to the written word, as the
title of one of her publications puts it, but also in terms of the history
of the body. Enviable!“

Smiths Forschungsinteresse gilt dem Zeitalter der wissenschaftlichen
Revolution der Frühen Neuzeit und vor allem den Wissensordnungen des
Handwerks, seinen Techniken und Medien. Sie überzeugte die
Auswahlkommission mit den originellen Ansätzen, mit denen sie den Beitrag
der nicht-akademischen Welt zur Genese von Wissen über Dinge und
naturwissenschaftliche Substanzen ins Zentrum der Forschung rückt. Dabei
arbeitet die Preisträgerin kollaborativ mit den Naturwissenschaften
zusammen und trägt so zum interdisziplinären Dialog und einer historischen
Verortung des Gegenstands bei.

„Professor Smith macht uns Wissenspraktiken, Wissenschaftsmethoden und
Experimentalverfahren der Vormoderne erfahrbar – ruft sie regelrecht ins
Leben manueller Vollzüge sozialgeschichtlichen Alltags und hat damit einen
ganz eigenen, außergewöhnlichen und weltweit angesehenen Ansatz
etabliert“, unterstrich die Laudatorin Anne Eusterschulte, Professorin für
Geschichte der Philosophie an der Freien Universität Berlin.

Der Preis zeichnet ausgewiesene Forscher*innenpersönlichkeiten aus, die im
Bereich der Kulturgeschichte – schwerpunktmäßig zur Mediengeschichte oder
Wissensgeschichte – arbeiten. Mit der Dotierung in Höhe von 10.000 Euro,
finanziert von der Eckensberger Stiftung, treibt die Bibliothek die
Erforschung dieser Themenfelder voran. Dr. Wilhelm J. Koller, Vorstand der
Hans und Helga Eckensberger Stiftung, betonte die intensive Zusammenarbeit
mit der Herzog August Bibliothek. Für die Stiftung, die in diesem Jahr ihr
50-jähriges Bestehen feierte, sei die Förderung von Bildung, Ausbildung,
Sozialem und Kultur von großer Bedeutung. Dabei nehme die HAB unter den
geförderten Institutionen eine Spitzenrolle ein.

Gemeinsam mit Tina Asmussen, Juniorprofessorin für frühneuzeitliche
Bergbaugeschichte an der Ruhr-Universität Bochum, organisiert Pamela H.
Smith die Summer School „MINESCAPES: Socio-Natural Landscapes of
Extraction and Knowledge in the Middle Ages and the Early Modern Period”,
die vom 31. Mai bis 10. Juni 2024 an der Herzog August Bibliothek (HAB)
stattfindet.

Am 6. Juni 2024 war Baden-Württembergs Ministerpräsident Winfried
Kretschmann zu Gast im Lehr- und Forschungsklärwerk Büsnau. Forschende der
Universität Stuttgart und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
zeigten an einer Pilotanlage, wie Kläranlagen durch die Rückgewinnung von
Rohstoffen zur Klimaneutralität beitragen können.

„Das Lehr- und Forschungsklärwerk der Universität Stuttgart verfolgt ein
großes Ziel: Aus Abwasser sollen wertvolle Rohstoffe gewonnen und wieder
in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. So kann der organische
Kohlenstoff des Abwassers nachhaltig genutzt werden. Zudem arbeitet man im
Forschungsklärwerk daran, den hohen Ausstoß von klimaschädlichen Gasen in
herkömmlichen Klärwerken zu verringern“, so Ministerpräsident Winfried
Kretschmann. „Doch hier wird nicht nur auf hohem Niveau getüftelt.
Schließlich ist das Klärwerk auch eine Ausbildungsstätte für das Personal
in Abwasseranlagen und unterstützt Firmen bei der Entwicklung von
Anlagentechnik. Damit fördert das Klärwerk die wichtige Durchlässigkeit
von der Wissenschaft in die Anwendung.“

In unserem Abwasser stecken nicht nur Schmutz und Ausscheidungen, sondern
auch wertvolle Rohstoffe wie Stickstoff und organische
Kohlenstoffverbindungen. Mithilfe chemischer, biologischer und
physikalischer Verfahren können diese Rohstoffe aus Abwasser
zurückgewonnen werden, um daraus Produkte wie Dünger, Wasserstoff und
Biokunststoff herzustellen. Diesen Prozess erforscht seit 2021 das Projekt
KoalAplan („Kommunales Abwasser als Quelle für Ammoniumstickstoff,
Wasserstoff und Bioplastik – die Bioraffinerie Büsnau“).

Wissenschaftler*innen der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut
des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Universität Stuttgart,
des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB),
der Technischen Universität Hamburg und der Technischen Universität
Clausthal arbeiten im Projekt KoalAplan gemeinsam mit der Landesagentur
für Umwelttechnik und Ressourceneffizienz in Baden-Württemberg
(Umwelttechnik BW). KoalAplan wird gefördert vom Ministerium für Umwelt,
Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg und dem Europäischen Fonds
für Regionale Entwicklung (EFRE). Es ist Teil der Landesstrategie
„Nachhaltige Bioökonomie für Baden-Württemberg“.

Im Lehr- und Forschungsklärwerk Büsnau der Universität Stuttgart testen
die Forschenden unter realen Bedingungen, wie die Rückgewinnung von
Rohstoffen in Klärwerken großtechnisch realisiert werden kann. Hierfür
wurde eine Bioraffinerie als Pilotanlage eingerichtet, die seit 2023
erfolgreich im Dauerbetrieb ist. Bei seinem Besuch am 6. Juni informierte
sich Baden-Württembergs Ministerpräsident Winfried Kretschmann über
bisherige Projekterkenntnisse.

Bioraffinerie im erfolgreichen Dauerbetrieb

Peter Maurer, Leiter des Lehr- und Forschungsklärwerks der Universität
Stuttgart, und Prof. Dr. Harald Horn, Koordinator des Projekts KoalAplan
und Professor für Wasser und Wassertechnologie am Karlsruher Institut für
Technologie (KIT), führten Ministerpräsident Winfried Kretschmann sowie
eine Gruppe von Medienvertreter*innen durch die Bioraffinerie und
erklärten das angewandte Verfahren.

Normalerweise entsteht aus dem organischen Kohlenstoff beim Durchlaufen
eines Klärwerks Kohlendioxid. „Unser Verfahren reduziert die Entstehung
dieses klimaschädlichen Gases. Gleichzeitig gewinnen wir Rohstoffe, die
dabei helfen, erdölbasierte Stoffe zu ersetzen. Mit dieser zweigleisigen
Strategie könnten die Klärwerke der Zukunft einen wichtigen Beitrag zur
Klimaneutralität leisten“, sagt Prof. Dr. Harald Horn.

Traditionelle Verfahren der Abwasserbehandlung werden durch neue Bausteine
erweitert

Das von der Projektgruppe angewandte Konzept zur Abwasserbehandlung
besteht aus chemischen, physikalischen und biologischen Prozessschritten.
Im Rahmen der Vorklärung findet zunächst eine mechanische Reinigung statt.
Grober Schmutz wird beseitigt, hier wird bereits ein Drittel des
organischen Kohlenstoffs abgetrennt. Mithilfe von feinsten Mikrosieben
wird im Anschluss ein weiteres Drittel des Kohlenstoffs aus dem
Hauptabwasserstrom abgetrennt. „Die Mikrosiebe sind ein Kernstück unserer
Idee. Der Kohlenstoff, der uns nach diesem Schritt vorliegt, ist so
hochkonzentriert, dass er in der Biotechnologie eingesetzt werden kann“,
sagt Professor Horn.

In der Folge wird im Hauptstromverfahren Ammoniumstickstoff mittels
Ionentauscher entfernt. Dabei entsteht ein Produkt, das als Düngemittel
eingesetzt werden kann. Die abfiltrierten Feststoffe sowie der
Primärschlamm werden im Nebenstromverfahren durch saure Hydrolyse zunächst
in organische Säuren umgewandelt, dabei entstehen auch Biowasserstoff und
CO2.

Das Hydrolysat wird filtriert und mittels mikrobieller Elektrolyse zu
Wasserstoff umgesetzt. Wasserstoff findet vielfältige Anwendung in der
chemischen Industrie und gilt als zukünftiger Energieträger. Die Gasströme
aus mikrobieller Elektrolyse und Dunkelfermentation werden in einer
Machbarbarkeitsstudie in einem biotechnologischen Prozess für die
Produktion wertvoller Chemikalien verwertet, dabei wird auch das
enthaltene Kohlenstoffdioxid wieder fixiert. Der im Ablauf der
mikrobiellen Elektrolysezelle verbleibende organische Kohlenstoff wird
anschließend zu einem Grundstoff für Bioplastik fermentiert. Zum Schluss
geht das Abwasser im Hauptstrom den in einer traditionellen Kläranlage
üblichen Weg: Verbleibender Stickstoff und Kohlenstoff wird in mehreren
Schritten abgebaut, anfallende Schlämme landen im Nachklärbecken, in dem
Methan gewonnen wird.

„Unsere Bioraffinerie hat seit dem letzten Jahr im Dauerbetrieb gezeigt,
dass die Prozesskette funktioniert. Das Verfahren könnte also auch in
anderen Klärwerken umgesetzt werden“, sagt der Leiter des
Forschungsklärwerks Peter Maurer. „Wir hoffen, dass wir mit dem
Pilotprojekt andere Unternehmen für die Potenziale von bioökonomischen
Strategien sensibilisieren können. Unser Beispiel zeigt, dass man den
Verbrauch fossiler Rohstoffe reduzieren und dadurch sogar Kosten sparen
und neue Produkte vermarkten kann.“

Das Lehr- und Forschungsklärwerk Büsnau

Im Lehr- und Forschungsklärwerk Büsnau forschen und experimentieren
Studierende, Doktorand*innen und Forschungsgruppen seit 1965 im
halbtechnischen und großtechnischen Maßstab zu innovativen Verfahren für
die Abwasserbehandlung. Das Lehr- und Forschungsklärwerk ist angegliedert
an das Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft
der Universität Stuttgart. Es dient nicht ausschließlich der Forschung,
sondern behandelt auch die Abwässer von 8500 Einwohner*innen eines
Stuttgarter Stadtteils. Ein Teilstrom des kommunalen Abwassers wird durch
die KoalAplan- Pilotanlage des Projekts geleitet.