Perspektiven der Wassergütewirtschaft 2050 – gesicherte Grundlagen, ungewisse Zukunft

Helmut Kroiss, Wien

1.    Einleitung

Bei der Beschäftigung eines Wissenschaftlers mit Prognosen tritt immer das Problem auf, dass er sich auf ein Terrain wagen muss, das nicht durch experimentelle oder andere empirische Daten abgesichert werden kann. Die Zukunft bleibt daher in vieler Hinsicht prinzipiell ungewiss. Nicht umsonst gibt es daher das Bonmot:

Prognosen sind besonders dann problematisch, wenn sie die Zukunft betreffen.

Das Ziel dieses Beitrages ist es darzustellen, welche Gesetzmäßigkeiten auch für die zukünftige Entwicklung der Wassergütewirtschat als gesichert wirksam angenommen werden können und welche Entwicklungen mit ebenso großer Sicherheit nicht gesichert vorhergesagt werden können.

Der Prognosezeitraum von 40 Jahren ist so lang, dass man aus der historischen Erfahrung weiß, dass zumindest im politischen Bereich Brüche auftreten können, die nicht prognostizierbar sind. Man denke nur an die „Wende“ im Osten Europas vor ca. 20 Jahren. Auf der anderen Seite sind 40 Jahre für die Siedlungswasserwirtschaft kein besonders langer Zeitraum, wenn man bedenkt, dass wir Kanalnetzen eine Lebensdauer von 40 bis 100 Jahren zuordnen und auch Kläranlagen durchaus 40 Jahre ohne wesentliche Veränderungen betrieben werden können, wenn sie laufend instand gehalten werden.

Die Wassergütewirtschaft geht deutlich über die Siedlungswasserwirtschaft hinaus. Sie muss immer an die spezifischen lokalen und regionalen Bedingungen angepasst werden, wird aber auch von globalen Aspekten beeinflusst. Für Deutschland einem Umwelttechnik Exportland erscheint es wichtig, dieses Spannungsfeld zwischen den regionalen und den globalen Entwicklungen näher zu betrachten

2    Naturwissenschaftliche Grundlagen der Wassergütewirtschaft

Es geht im Folgenden um die Darstellung von Gesetzmäßigkeiten, deren Wirkung wir auch für die Zukunft als gesichert annehmen können. Insbesondere geht es um die Gesetzmäßigkeiten lebendiger Systeme, in die die Wassergütewirtschaft integriert ist bzw. die in ihren technischen Einrichtungen und Maßnahmen auch genutzt werden. Die Auswahl der Gesetzmäßigkeiten in der folgenden Ausführung ist natürlich sehr beschränkt und spiegelt auch den Bewusstseinsstand des Autors hinsichtlich ihrer Relevanz wieder. Daraus folgt auch die Begrenztheit der daraus gezogenen Schlüsse.

2.1    Thermodynamik offener Systeme

Thermodynamisch offene Systeme sind solche, die auf einen ununterbrochenen „Durchfluss“ von Materie und Energie angewiesen sind. Das gesamte Klimageschehen, die Zusammensetzung der Atmosphäre und damit auch alle Wassersysteme sind von der Entwicklung des Lebens auf der Erde abhängig. Letzteres ist zumindest auf die dauernde Zufuhr von Sonnenenergie und den Vorrat an chemischen Elementen in der Erdkruste angewiesen. Die Erde stellt daher physikalisch gesehen ein „thermodynamisch offenes“ System dar. Sie besitzt ganz besondere Eigenschaften, die üblicherweise in der allgemeinen Schulausbildung in Physik kaum vermittelt werden. Dort dominieren immer noch die klassische Physik und neuerdings auch die Atomphysik. Aus der Quantenphysik kann abgeleitet werden, dass die zukünftige Entwicklung „Freiheitsgrade“ besitzt, die Zukunft also prinzipiell nicht eindeutig vorhersehbar ist, die Vergangenheit jedoch prinzipiell nachvollziehbar ist.

Für lebendige Systeme ist diese Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft besonders charakteristisch und bedeutsam.

Lebensvorgänge sind prinzipiell nie vollständig reversibel, das ist uns Menschen sehr bewusst. Die vollständige Wiederherstellung vergangener Zustände ist daher unmöglich, was uns Menschen sehr bewusst ist. Auch die Erhaltung eines stationären Zustandes ist auf Dauer unmöglich, weil schon die externen Einflüsse (z. B. die Sonneneinstrahlung) dauernd schwanken. Die Verknüpfung von „Nachhaltigkeit“ mit der Erhaltung eines spezifischen stationären, krisenfreien Fließgleichgewichtes über Generationen, muss für lebendige Strukturen sowohl auf lokaler wie auch globaler Ebene zur Festlegung von falschen Zielen und falschen Wegen, diese zu erreichen, führen.

Aus der Theorie thermodynamisch offener Systeme kann man ableiten, dass sogenannte Bifurkationen (PRIGOGINE) auftreten können. Unter bestimmten Randbedingungen kann sich daher so ein System in zwei gänzlich unterschiedliche Richtungen entwickeln, wobei prinzipiell nicht vorhersagbar ist, in welche.

Lebendige Systeme haben die Eigenschaft, dass auch sehr kleine und sehr langsame Veränderungen zu Kipp-Prozessen führen können, wo ein System kurzfristig in ein gänzlich anderes „kippt“. So ist häufig der Übergang von „gesund“ zu „krank“. Aus der Wassergütewirtschaft kennen wir solche Kippvorgänge etwa von unseren Alpenseen. Sie halten sich entweder von selbst sauber oder sie werden „eutroph“ (überernährt). Der Zustand eines eutrophen Sees „verschlechtert“ sich (hinsichtlich unserer Ansprüche) ohne Eingriff von selbst. Auch bei den Anaerobprozessen kennen wir solche Kippvorgänge sehr gut. In sehr vielen Fällen bewirkt der menschliche Eingriff in die Natur, aber auch in die politisch-sozialen Mechanismen der Gesellschaft solche sprunghaften Veränderungen.

2.2     1. Hauptsatz der Thermodynamik

Allgemein bekannt ist meist der Erste Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass Materie und Energie in einem geschlossenen System nicht verschwinden können. Dieser Hauptsatz ist für die gesamte Wassergütewirtschaft und andere Umweltwissenschaften von fundamentaler Bedeutung, auch wenn das vielleicht nicht sofort einsichtig ist. Bei einem thermodynamisch offenen System (z. B. unserem Körper oder einem Siedlungsraum) gibt es einen ständigen Energie- und Materiestrom, der durch das System hindurchgeht. Daher müssen wir zuerst ein System sehr genau abgrenzen, damit wir diesen Hauptsatz für eine Stoffbilanz sinnvoll anwenden können. Alles was z. B. an Stoffen in ein Siedlungsgebiet hineingelangt, muss entweder im Siedlungsgebiet (Lager) oder als „Export“ aus dem Bilanzraum wiedergefunden werden können. Stoffbilanzen stellen eine hervorragende Methode dar; mit der man die Richtigkeit und Vollständigkeit von Daten prüfen kann.

Der 1. Hauptsatz besagt, dass Elemente und Energie nicht verschwinden können,

wobei für die Wassergütewirtschaft das Energieäquivalent von Materie (E=m.c2) vernachlässigt werden kann.
Für biologische Systeme folgt aus dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik, dass aus einer bestimmten Fracht an Nahrung (M/T1) nur eine bestimmte Menge an Organismen am Leben erhalten werden kann.

2.3     2. Hauptsatz der Thermodynamik

Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz) ist zwar ebenso fundamental wie der 1., allerdings in seinen Konsequenzen viel komplexer. Er wird dort relevant wo es um Qualität bzw. den Wert von Energie oder um die Reinheit von Stoffen geht. Er ist auch relevant für die möglichen Entwicklungen eines Systems.

Wenn wir z. B. saubere Gewässer haben wollen, geht es um die Frage, wie viel hochwertige elektrische Energie wir in geringwertige Niedertemperaturwärme umwandeln wollen, um Abwasser zu reinigen.

Wo ist die Grenze, ab der wir insgesamt höhere Belastungen der Umwelt bewirken, als wir an Wert für saubere Gewässer gewinnen?

Wenn der Mensch Ressourcen (Stoffe) verwendet, bleiben sie zwar erhalten (1. HS. der Thermodynamik), aber ihr Wert für gewisse Anwendungen verringert sich. Wenn wir z. B. Phosphorerzlager zur Erzeugung von Dünger ausbeuten und dann fein in der Landwirtschaft verteilen und schließlich über die Flüsse ins Meer gelangen lassen, ist der Phosphor von der Erde zwar nicht verschwunden, aber für uns und unsere Nachkommen nunmehr mit sehr hohen Kosten (Energieeinsatz) zurückzugewinnen.

Jeder Stoff, der überhaupt erzeugt und verwendet wurde oder wird, wird über kurz oder lang mit Luft und Wasser auf der ganzen Erde fein verteilt. So kann man die Bleiverhüttung während der Römerzeit im Eis der Antarktis nachweisen, ebenso wie z. B. polyfluorierte Tenside (PFT), die erst im 20. Jahrhundert entwickelt wurden. Man kann berechnen, dass mit ca. einem Kilogramm eines Stoffes, den wir in die Umwelt entlassen, jeder Liter Wasser auf der Erde inklusive der Meere mit ca. 10 bis 1.000 Molekülen „verunreinigt“ werden kann.

Alle lebendigen Strukturen brauchen eine ununterbrochene Energie-Zufuhr, und sie bewirken eine ununterbrochene Zunahme an Unordnung (Entropie); das ist eine Eigenschaft aller lebendigen Systeme. Aus hochwertiger Nahrung entsteht minderwertiges Abwasser, aus hochwertigen Metalllegierungen entstehen Schwermetallverunreinigungen in der Umwelt.

Die Sonne sichert eine zwar begrenzte aber dauernd gesicherte Zufuhr an hochwertiger Energie. Die Wärmeabstrahlung der Erde bewirkt eine dauernde gesicherte Entfernung von relativ minderwertiger Energie. Für das Leben auf der Erde steht also eine gesicherte Entropie-Differenz („Unordnungsentsorgung“) dauernd zur Verfügung.
Die Atmosphäre und das Klima sind mit der Biosphäre ganz eng verknüpft, das Klima hat also physikalische und biologische Ursachen, und das Leben hat sich rund um das Wasser entwickelt. Dieses Wasser war nie reines H20, sondern es war Wasser, das mit allen Stoffen verunreinigt war, die zumindest in der Erdkruste und in der Atmosphäre vorhanden waren. Leben ist nicht aus reinem H20 entstanden.

Daraus ergibt sich ein Problem, für die Bewertung unseres Handelns mit Hilfe des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik. Wir wissen von vielen Stoffen, dass sie erst in geringen Konzentrationen (hoher Verdünnung) Wertstoffe für lebendige Strukturen darstellen, während sie in höheren Konzentrationen (niedriges Entropieniveau) schädlich wirken können, in noch höherer Reinheit können sie wiederum sehr wertvoll sein. Am Beispiel von Kupfer wird jeder Wassergütewirtschafter dies verstehen. Es gibt daher eigentlich keine „Schadstoffe“ oder alle Stoffe sind solche, solange es keine eindeutige Messvorschrift gibt, die dem Begriff zugeordnet wird. Wir sollten daher den Begriff „Schadstoff“, wie er derzeit verwendet wird, eliminieren.

Es gibt inzwischen etwa 50 Millionen registrierte Stoffe, ob sie nützlich, schädlich oder wirkungslos sind, hängt an ihrer Konzentration, ihrer Dosis und dem Ort wo sie auftreten. Das ist bei Medikamenten durchaus bekannt, gilt aber prinzipiell für alle Stoffe. Für viele Stoffe, die wir heute verwenden, ist ihre Wirkkonzentration oder -dosis für Mensch und Umwelt noch nicht bekannt, insbesondere bezüglich der Langzeit- oder der Synergiewirkung. Auf diesen Gebieten wird weltweit intensiv geforscht.

Das Entropieniveau von Stoffverteilungen kann jedenfalls nicht für jeden Stoff zu ihrer Bewertung verwendet werden. Der „Verlust“ einer hochwertigen (reinen) Substanz oder Energieform durch feine Verteilung in der Umwelt kann nicht nur negativ beurteilt werden. Auch die Natur erzeugt hochwirksame Gifte, die durch Verdünnung in der Umwelt unschädlich werden. Die meisten Schwermetalle, auch jene in der Erdkruste sind erst durch hohe Verdünnung im Wasser zu wertvollen und häufig essenziellen Spurenstoffen für die Entfaltung der Biosphäre geworden.
Es erscheint zulässig aus dem Entropiesatz abzuleiten, dass es keine vollständigen (100%-igen) physikalischen, chemischen oder biochemischen Umsetzungen oder Abbauvorgänge von Stoffen gibt.

2.4     Steuerung des Wachstums lebender Zellen

Alle Lebewesen besitzen Steuerungs- und Regelungssysteme zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensvorgänge, wobei deren Komplexität sehr unterschiedlich und noch keineswegs vollständig aufgeklärt ist. Jedenfalls muss man davon ausgehen, dass diese Steuerungssysteme sehr relevante Selektionsmechanismen für die Entwicklung der Biosphäre darstellen.

Wie neueste Forschungen (VERSTRAETE) nahelegen, sind mehrere fundamentale Steuerungsmechanismen universell im genetischen Code lebendiger Zellen verankert. Einer davon ist in der Wassergütewirtschaft sehr gut bekannt und in Bild 1 dargestellt. Es handelt sich um die Steuerung des Wachstums bzw. des Substratumsatzes von Zellen über das Nahrungsangebot. Die Wachstumsrate lebendiger Zellen wird über die Konzentration jenes essenziellen Nährstoffes in der Umgebung der Zelle gesteuert, der das Wachstum begrenzt. Dieser Zusammenhang durch das Forscherpaar Michaelis-Menten (1913) für die Enzymkinetik (Stoffumsatz) und in der dargestellten Form von Monod (1942) experimentell für die Wachstumsrate abgesichert. Dieser Zusammenhang ist stark temperaturabhängig. Nur für ganz wenige Stoffe und Zellarten ist dieser Zusammenhang quantitativ bekannt. Jede konkrete Monod-Kurve stellt den Ort aller möglichen Gleichgewichte zwischen dem Angebot an einem essenziellen Nährstoff und der Wachstumsrate dar.

Bild 1: Steuerung des Wachstums lebendiger Zellen durch Mangel an einem Nährstoff

Bild 1:    Steuerung des Wachstums lebendiger Zellen durch Mangel an einem Nährstoff

Aus Bild 1 kann man ableiten, wie sich lebendige Zellen und Organismen bei Ressourcenmangel und -überfluss verhalten. Wenn alles Lebenswichtige im Überfluss zugänglich ist, dann steuert die genetisch fixierte, maximale Wachstumsrate oder Stoffumsatzrate das System. In der Biotechnologie versucht man meist alle durch Mangel verursachten Wachstumshemmungen zu beseitigen, um zu maximalen Raumausbeuten zu gelangen. Auch an der Maximierung der Stoffumsatzraten durch verbesserte genetischer Eigenschaften der eingesetzten Organismen wird gearbeitet (Züchtung, Gentechnik). Die dafür relevanten Zusammenhänge sind mit dem rechten oberen Teil der Kurve verbunden (a).

Wenn sich die Konzentration nur eines einzigen essenziellen Nährstoffes in der Umgebung des Organismus (der Zelle) gegen Null bewegt, kommt es relativ schlagartig zu einer massiven Reduktion der Wachstumsgeschwindigkeit. Die meisten von uns sehr geschätzten natürlichen, artenreichen Öko-Systeme sind durch Nahrungsmangel gekennzeichnet. Sie haben enorme Reserve-Kapazität, um auf kurzfristige Veränderungen des Nahrungsangebotes durch Veränderungen der Wachstumsgeschwindigkeit zu reagieren und die Stabilität des Ökosystems zu sichern.
Bei der biologischen Abwasserreinigung nützen wir diesen Zusammenhang indem wir Bedingungen schaffen, bei denen das Wachstum von (natürlichen) Biozönosen durch Mangel möglichst vieler Abwasserinhaltsstoffe begrenzt wird. Damit erreichen wir sehr geringe Restkonzentrationen im gereinigten Abwasser.

In den letzten 2 Jahrhunderten ist es auf Basis der Fortschritte in Wissenschaft und Technik gelungen zumindest in den reichen Ländern Ressourcenmangel weitgehend zu beseitigen. Unter Ressourcenüberfluss, werden dann die genetisch fixierten Eigenschaften der Menschen und die Entwicklung und Entfaltung der geistigen Fähigkeiten (Ausbildung, Organisation und Erziehung) zu den begrenzenden Faktoren. In der Landwirtschaft hat dieser Zusammenhang in der Düngelehre und der Züchtung ertragreicherer Nutzpflanzen seinen Niederschlag gefunden. Um höhere Erträge pro Flächeneinheit zu erzielen muss nicht nur der erhöhte Düngestoffgehalt der Ernte abgedeckt werden, sondern es muss auch die Düngerkonzentration im Boden angehoben werden. Die durch Düngung erhöhten Nährstoffkonzentrationen im Boden führen allerdings auch zu erhöhten Verlusten von Nährstoffen aus den Böden in das Grundwasser und die Oberflächengewässer. Dort verursachen sie allerdings verschiedene Qualitätsverluste, wie das Nitratproblem für die Trinkwassergewinnung aus dem Grundwasser und ein übermäßiges Algenwachstum in den Oberflächengewässern (Eutrophierung).

Wir haben also ein klassisches Optimierungsproblem vor uns. Ohne ausreichende Düngung kann die Ernährung der noch immer steigenden Weltbevölkerung nicht gesichert werden. Sie verursacht aber eine erhöhe Belastung der Gewässer mit Nährstoffen, was dort Qualitätsprobleme verursacht (Eutrophierung, Nitrat im Grundwasser). Gleichzeitig „verliert“ man diese Stoffströme durch Verdünnung im Meer.

3    Grenzen der Ressourcenverfügbarkeit

Spätestens seit dem Buch „Grenzen des Wachstums“ des Club of Rome vor 40 Jahren besteht das Bewusstsein, dass unsere Ressourcen begrenzt sind. Nur sind sie ganz unterschiedlich begrenzt und das muss man beim Versuch der Lösung dieses fundamentalen Problems immer beachten.

Es gibt Ressourcen, ohne die wir nicht leben können und die nicht substituierbar sind, so wie z. B. Wasser, Stickstoff, Phosphor, Kalium, Kalzium, Schwefel und die meisten Schwermetalle. Alle diese lebenswichtigen Stoffe müssen dauernd in ausreichender Menge zur Verfügung stehen, sonst kann die Erdbevölkerung nicht am Leben erhalten und ernährt werden. Bei wahrscheinlich 10 Milliarden Menschen im Jahre 2050 können diesbezüglich gravierende Probleme entstehen.

Die vielleicht wichtigste nicht substituierbare Ressource für uns und unsere Umwelt ist Süßwasser. Es ist eine begrenzte, aber erneuerbare Ressource. Die Sonne bewirkt den Wasserkreislauf, in dem auch eine weitgehende Erhaltung der Qualität des Wassers integriert ist. Die Verfügbarkeit dieser begrenzten Ressource ist lokal und regional äußerst unterschiedlich und primär klimatisch bestimmt.
Stickstoff ist der wichtigste Bestandteil der Atmosphäre und stellt eine praktisch unbegrenzte Ressource, dar. Die Natur hat zusätzlich vorgesorgt, dass Stickstoff aus lebendigen Strukturen auch immer wieder recycelt wird.

Phosphor ist zwar ubiquitär in geringen Konzentrationen vorhanden, aber für die Ernährung der noch immer steigenden Weltbevölkerung ist der Einsatz von Phosphordünger aus fossilen Lagern unumgänglich. Die Phosphorerz-Lager sind absehbar begrenzt, Phosphor kann zwar global gesehen durch Nutzung nicht verloren gehen, aber derzeit verlieren wir große Mengen an Phosphor in den Meeren, von wo wir ihn aus ökonomischen und ökologischen Gründen nicht als Dünger wiedergewinnen können. Wir müssen also darauf achten, dass wir Phosphor möglichst in regionalen Kreisläufen erhalten. Das hat man bisher kaum beachtet und ist heute Gegenstand intensiver Überlegungen zumindest in der Forschung.

Die fossilen Energieträger sind nicht nur begrenzt, sie gehen auch durch die Nutzung für uns für immer verloren. Die bei der Nutzung freiwerdende Energie bleibt erhalten, aber sie ist so fein verteilt, dass wir sie kaum mehr nutzen können und sie ist nach derzeitigem Wissen mitverantwortlich für den globalen Klimawandel. Wasserdampf stellt das am stärkste wirksame Klima-Gas der Atmosphäre dar und ist vermutlich der große Regulator für die langfristigen Klimaveränderungen. Wie schnell und in welchem Maße der Mensch das Klima in Zukunft beeinflussen wird, ist nach wie vor nicht gesichert vorhersagbar, aber nach dem Stand des Wissens von der Entwicklung der Menschheit abhängig.

Es gibt auch substituierbare Ressourcen. Etwa in der Bauwirtschaft werden viele „alte“ Baustoffe durch Stahl, Kunststoffe und Glas substituiert. Stahl kann wiederum für gewisse Anwendungen durch Karbonfasern substituiert werden. Dennoch werden wir wegen der begrenzten Substituierbarkeit aller Stoffe ein rigides Ressourcenmanagement brauchen um Mangelerscheinungen aller Ressourcen zu vermeiden oder zumindest erträglich zu erhalten.

4    Absehbare Entwicklung der Erdbevölkerung und ihre Folgen

Bild 2 zeigt, dass die Weltbevölkerung über sehr lange Zeiträume, Jahrtausende lang, nur wenig gewachsen ist und bis etwa 1700 n. Chr. unter 500 Mio. Menschen lag. In den letzten ca. 200 Jahren ist die Wachstumsrate dramatisch angestiegen, was im unteren Bild zu sehen ist. Man rechnet mit einer deutlichen Abflachung dieser Kurve in den nächsten 50 Jahren.
Die Entwicklung während der letzten 200 Jahre ist in mehrfacher Hinsicht absolut singulär in der Weltgeschichte. Dies gilt nicht nur für die Bevölkerungszunahme, sondern in noch stärkerem Maße für den Ressourcenumsatz und den davon verursachten Einfluss des Menschen auf die Umwelt. So eine Entwicklung birgt zumindest den Keim für Krisen, zu deren Bewältigung die historische Erfahrung alleine wenig beitragen kann. Erkenntnis der entscheidenden Zusammenhänge, Innovation, Bereitschaft zu Veränderungen des Verhaltens und eine sensitive Beobachtung der Veränderungen in Gesellschaft und Umwelt sind notwendig.

Bild 2:    Entwicklung der Weltbevölkerung während der letzten 3000 Jahre

Auf Grund dieser Entwicklung erscheint es nicht mehr sinnvoll den Menschen aus der Natur gedanklich zu extrahieren. Er muss als Teil einer Einheit gedacht werden, in der Mensch und Natur miteinander auskommen. Es gibt keinen anderen Weg, weil beider Wohlergehen untrennbar verquickt ist.

Bild 3:  Entwicklung der Weltbevölkerung von 1950 bis 2050 nach Regionen. (http://timeforchange.orgigrowing-world-population)

Wie aus Bild 3 zu entnehmen ist, ist das Bevölkerungswachstum regional sehr ungleichmäßig über die Erde verteilt. Die Prognosen bis 2050 lassen nur einen geringen Spielraum für politische Einflussnahme. Nur nicht prognostizierbare globale Krisen und Kriege können relevante Abweichungen verursachen. Der größte einwohnerspezifische Ressourcenverbrauch ist derzeit in den Industriestaaten konzentriert, die Schwellenländer in Süd- und Ostasien oder Südamerika sind auf dem Wege ihren Ressourcenverbrauch stark zu steigern. Für die Ressource Wasser verursacht die Entwicklung der Bevölkerung je nach regionaler Besonderheit ganz unterschiedliche Problemstellungen.

5      Folgen der Bevölkerungszunahme für die Wasserwirtschaft

Zweifellos stellt eine ausreichende Versorgung der Gesellschaft mit Ressourcen eine ganz wichtige Voraussetzung für deren Entfaltung dar. Aber was heißt ausreichend? Den immer noch steigenden Ressourcen-„Verbrauch“ werden sich auch die entwickelten Länder bis 2050 mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht leisten können, insbesondere wenn alle Staaten die gleichen Ansprüche stellen.

Bei einer globalen Bevölkerung von etwa 10 Milliarden Menschen, stellt sich daher die Frage nach dem Anspruch auf Entfaltung des Einzelnen bzw. der Gesellschaften. Die Entfaltung braucht zumindest zwei Substrate: Ressourcen und Sinnerfüllung während der Lebenszeit. Es geht daher in den nächsten 40 Jahren nicht nur darum für 9-10 Milliarden Menschen ausreichende Ressourcen, sondern auch Arbeitsplätze mit Sinnerfüllung bereitzustellen. Die Landwirtschaft bzw. Nahrungserzeugung haben diesbezüglich über Jahrtausende eine zentrale Rolle gespielt, die laufend an Bedeutung verliert.

Für die Wasserwirtschaft und insbesondere die Wassergütewirtschaft wird die Zunahme der Bevölkerung bis 2050 deutliche Auswirkungen haben, zu deren Abschätzung der jährliche Wasserbedarf eines Menschen (z. B. in der EU) folgendermaßen aufgegliedert werden kann:

•    1 m3/Jahr als Wasser zum Trinken, muss jederzeit zur Verfügung stehen,
•    20 bis 60 m3/Jahr für Reinigung und Hygiene, sollte auch immer gesichert vorhanden sein.
•    200 m3/Jahr für Industrie (Kühlwasser, Abwasser), stark variabel und technisch beeinflussbar
•    >1000 m3/Jahr Wasser für Nahrungsproduktion in der Landwirtschaft

Der Wasserbedarf, der aus Trinkwassernetzen gedeckt wird oder werden kann, ist aus wasserwirtschaftlicher Sicht mengenmäßig gering, allerdings mit einem hohen Qualitätsanspruch. Dieser Wasserbedarf kann auch in Zukunft mit schon heute bekannten technischen Verfahren überall und global gesehen vermutlich auch wirtschaftlich verträglich abgedeckt werden.

In Deutschland beträgt der Trinkwasserbedarf je Einwohner etwa 40 m3 pro Jahr. Nur ca. 1 m3/a dient als Lebensmittel der Rest als Transportmittel für die menschlichen Ausscheidungen und jene Verunreinigungen, die unsere Gesundheit gefährden können (Hygiene). Über innovative Wasser- und Abwassersysteme könnte man diesen Wasserbedarf schon heute ohne Komfortverlust auf ca. die Hälfte reduzieren. Mit moderner Technologie kann man auch Abwasser großtechnisch als Trinkwasser wiederverwenden (Singapur) und damit den Frischwasserbedarf noch weiter senken. Aber selbst ein Bedarf an Trinkwasser von ca. 50 m3/Einwohner und Jahr fällt in einer regionalen Wassermengenwirtschaft nur unter ganz besonderen Randbedingungen ins Gewicht.

Der Nutzwasserbedarf der Industrie liegt in der Größe von 200 m3 pro Jahr. Dieser Bedarf ist in den Industriestaaten eher rückläufig. Ein großer Teil dieses Bedarfes ist Kühlwasser, wo mit dem Wasser meist nur Wärme abtransportiert wird.

Bei der Nutzung des Wassers in Haushalt und Industrie wird Wasser nicht verbraucht, nur seine Qualität wird verändert. Übertriebenes Wassersparen im Haushalt durch kostenintensive Technik der Kreislaufführung oder teilweise Substitution durch Regenwasser kann ökologisch schwer begründet werden. Es werden damit neue kostenintensive Probleme in unseren Leitungsnetzen für Trink- und Abwasser verursacht. Dort, wo die Kreislaufführung von Abwasser zu Kostenminderungen führt, sollte man dies nutzen.

Der bei weitem größte regionale Wasserbedarf wird von der Landwirtschaft verursacht. Das Wasser geht dabei durch Evapotranspiration regional für die Nutzung verloren, auch wenn es im natürlichen Kreislauf des Wassers erhalten bleibt. Jedenfalls muss immer zwischen Gebrauch und „Verbrauch“ von Wasser unterschieden werden, wenn es um regionale Betrachtungen geht.

Für die Erzeugung ausreichender Nahrung sind für jeden Menschen mindestens 700 bis 1000 m3 Wasser pro Jahr erforderlich. Die Verwendung des Abwassers in der Landwirtschaft kann bestenfalls regionale Engpässe entschärfen aber das globale Problem nicht lösen. Den minimalen Wasserbedarf für die Ernährung muss man zumindest global abdecken, wenn man Hunger und in der Folge Krieg oder Wanderbewegungen vermeiden will. In einer steigenden Anzahl von Staaten reichen die lokalen Wasserressourcen nicht aus, um die Bevölkerung aus dem eigenen Lande zu ernähren. Dort muss Nahrung aus anderen Ländern als „virtuelles Wasser“ importiert werden.
Man weiß heute, dass Gesundheit und körperliches Wohlbefinden aber auch die intellektuelle Entwicklung der heranwachsenden Menschen von einer ausreichenden und vielseitigen Ernährung abhängen. Es ist auch bekannt, dass die Produktion von tierischem Eiweiß etwa um den Faktor 4 bis 5 mehr an Wasser, Fläche und Düngereinsatz braucht als die jene der gleichen Menge an pflanzlichem Eiweiß. Der hohe Fleischkonsum in den Industriestaaten führt dort zu einem Wasserverbrauch in der Landwirtschaft von über 2000 m3 pro Einwohner und Jahr. In China hat der rapide Anstieg des Fleischkonsums und damit des Wasserbedarfes der Landwirtschaft zu dramatischen negativen Folgen für die Wasserführung viele Flüsse (Bewässerung) und als Folge auch ihrer Wassergüte geführt.
In ganzjährig „nassen“ Regionen können regionale Wasserverbraucher, wie Landwirtschaft oder auch Wald wichtige Funktionen für Hochwasserschutz und Erosionsminderung haben. In Trockenregionen oder bei langen Trockenzeiten (z. B. Monsungebiete) kann es zu starker Konkurrenz um die lokalen Wasserressourcen zwischen Landwirtschaft und Wasserversorgung kommen.

6    Energiehaushalt und globale Wirtschaft

Über Jahrtausende war die Entwicklung der Menschheit durch eine begrenzte Verfügbarkeit an mechanischer Leistungskraft geprägt. Sie war durch die Arbeitskraft der Menschen und später der Haustiere begrenzt. Beide waren von der landwirtschaftlichen Produktion abhängig. Der Mensch selbst hat eine Gesamtleistung von etwas über 0,1 kW. In den letzten 200 Jahren hat sich das grundlegend geändert. Heute beträgt die einwohnerspezifische Leistung aus Primärenergie (fossile Brennstoffe, Wasserkraft etc.) in Europa ca. 6 kW. Das heißt, dass, grob gesprochen, ununterbrochen ca. 60 Sklaven für jeden von uns Arbeit leisten ohne Nahrung zu beanspruchen. Die mechanische Leistungsfähigkeit des Menschen hat daher stark an Bedeutung verloren, weil sie durch Maschinen ersetzbar geworden ist. Dafür sind gänzlich neue Entfaltungsmöglichkeiten durch technische Entwicklungen möglich geworden, die allerdings entsprechende Bildung und Ausbildung sowie ausreichende Versorgung mit sehr vielen Ressourcen erfordern.

7    Veränderungspotenziale in der Wassergütewirtschaft

Bestehende wasserwirtschaftliche Strukturen sind zumindest in den entwickelten Gebieten der Erde fast immer für sehr lange Zeiträume geplant und gebaut worden. Sie werden daher vermutlich bis 2050 auch bei Auftreten großer technischer Revolutionen nur begrenzte Veränderungen erleben. Innovationen werden also überwiegend dort eingesetzt und ausprobiert, wo noch keine oder wenig Infrastruktur vorhanden ist oder die bestehende Infrastruktur die Funktionen nicht mehr erfüllen kann bzw. mit geringeren Kosten erfüllt werden kann.

Welche neuen Impulse und Fragestellungen kann man heute erkennen?

In den Industriestaaten werden bereits die meisten Gewässer so vor Verunreinigungen geschützt, dass sich dort eine standortspezifische Artenvielfalt entwickeln kann und jene Funktionen erfüllt werden können, die für die Menschen in den Flussgebieten als wichtig und notwendig erscheinen. Kommunales und industrielles Abwasser werden dazu auf Kläranlagen gereinigt, viele Stoffe werden bereits an der Quelle zurückgehalten oder nicht mehr verwendet.
Neue Impulse gehen besonders von 2 Entwicklungen aus:

  • Trotz des hohen Standards der Abwasserreinigung sind noch viele sogenannte „Mikroverunreinigungen“ in den Kläranlagenabläufen, Gewässern und im Trinkwasser nachweisbar (geworden), weil sie nur teilweise und in sehr unterschiedlichem Maße in Kläranlagen und Wasseraufbereitungsanlagen entfernt werden. Viele dieser Stoffe gelangen mit alltäglich oder gezielt eingesetzten Produkten in den Haushalten, oder aus Industrie und Gewerbe über das (gereinigte) Abwasser (Punktquellen) oder aus diffusen Quellen über den Niederschlagsabfluss in die Gewässer.
  • Abwasser und seine Inhaltsstoffe werden nicht nur als Entsorgungsproblem und Verunreinigung, sondern als Wertstoffe (Wasser, Nährstoffe, Energie, Spurenstoffe) erkannt und ihre Nutzung durch neue technische Einrichtungen (Sanitäranlagen, Klärschlammbehandlung, etc.) vorangetrieben (Larssen, Londong, Otterpohl, Dinkloh). Für diesen 2. Punkt wird hier nur auf die umfangreiche Literatur verwiesen, obwohl er natürlich mit dem ersten eng verknüpft ist.

Aus dem Problemkreis der Mikroverunreinigungen können folgende Fragen abgeleitet werden:

  • Ab welcher Konzentration oder Dosis sind solche Stoffe für die Menschen oder die Umwelt gefährlich? Gibt es für jeden Stoff eine Konzentration, bei deren Unterschreitung keine negative Wirkung mehr zu besorgen ist?
  • Müssen wir bestimmte Stoffe weitgehend aus dem Wasser entfernen oder können wir sie in gewissen Konzentrationen im Trinkwasser und in den Gewässern dulden, weil sie dort keine negative Wirkung haben?
  • Stellen gewisse Konzentrationen von allen Stoffen, die wir erzeugen oder verwenden, erzeugt oder verwendet haben, ein unzulässiges Gefahrenpotenzial für Mensch und Gewässerbiozönose dar?
  • Welchen Nutzen stiften welche Stoffe, und welcher Aufwand ist notwendig um ein zumutbares Risiko (Schaden) zu vermeiden, oder dürfen gewisse Stoffe nicht produziert werden, müssen also an der Quelle vermieden werden?

All das sind ganz aktuelle Fragen in den entwickelten Ländern. Zur ihrer Lösung ist eine intensive Zusammenarbeit der Wassergütewirtschaft mit anderen Fachbereichen, wie der Hydrologie, Landwirtschaft, Industrie und Städtebau, Gesundheits- und Bildungswesen und natürlich den technischen Wissenschaften erforderlich.

Wir können immer mehr Stoffströme im Wasser und in den Gewässern messtechnisch erfassen und ihr Gefährdungspotenzial bestimmen. Die Entscheidung über ein zulässiges Risiko, das von dem menschlichen Eingriff in die Wasser- und Gewässergüte verknüpft ist, muss dann politisch entschieden werden, was einer intensiven auch öffentlich geführten Diskussion bedarf.

In den Schwellenländern sind noch große Investitionen in die Errichtung der grundlegenden Infrastruktur für die Wassergütewirtschaft zu tätigen um einen Mindeststandard an Hygiene und Gewässerschutz zu erreichen. Dazu sind weltweit entsprechende Investitionen im Gange, aber es ist schon jetzt abzusehen, dass die Zielerreichung nicht am Mangel finanzieller Ressourcen, sondern am Mangel an Bildung, Ausbildung und effizienten Organisationsstrukturen in den betroffenen Ländern scheitern wird.
Schon heute wird die Forderung erhoben, dass dieser Mindeststandard durch eine gesicherte Versorgung mit einwandfreiem Trinkwasser in jedem Haus und eine hygienisch einwandfreie Abwasserentsorgung für alle Menschen charakterisiert sein muss. Das ist mehr als die WHO derzeit als Ziel formuliert und den Millenniumsgoals zugrunde gelegt hat. (IWA Development Congress Mexico, 2009).

Die Lösungen der großen Wasserprobleme der Entwicklungsländer werden in erster Linie davon abhängen, ob es gelingt die Bildung und Ausbildung, insbesondere auch der Frauen, erheblich zu verbessern und angepasste Organisationsstrukturen aufzubauen. Dies sind nach dem Stand des Wissens auch die wirksamsten Maßnahmen zur Eindämmung des Bevölkerungswachstums.

Wenn wir eine evolutionäre Entwicklung annehmen, dann wird die Weltbevölkerung in den nächsten 40 Jahren auf etwa 9 Milliarden Menschen ansteigen. Dies verursacht einen enormen zusätzlichen Bedarf an Nahrung. Der kann nur über zusätzliche Flächen für die Landwirtschaft und/oder Erhöhung der Intensität der flächenspezifischen Produktion erreicht werden. Beide stehen in Konkurrenz zu Zielen der Wassergütewirtschaft. Die Ausweitung der Land- und forstwirtschaftliche Nutzflächen stehen in Konkurrenz zu Naturlandschaften (Artenvielfalt) und naturnahen Fließgewässern. Die Erhöhung der Intensität durch Düngung und Pestizideinsatz steht in Konkurrenz zum Grundwasserschutz und der Eindämmung der Eutrophierung von Oberflächengewässern. Die Erhöhung der Intensität durch Bewässerung (mit oder ohne Wasserspeicherung) steht in Konkurrenz zur Erhaltung des natürlichen Abflusses in den Fließgewässern (z. B.: Ebro, Hoang Ho) bzw. einer ausgeglichenen Wasserbilanz stehender Gewässer (z. B. Aralsee, Kaspisches Meer) und damit zumindest regional auch in Konkurrenz zur Wasserversorgung der Siedlungsgebiete (Manila, Jakarta, Madrid).

Die Siedlungswasserwirtschaft kümmert sich traditionell nicht um den Wasserbedarf der „Natur“. Die Ökologen kämpfen darum die Artenvielfalt zu schützen, wofür sowohl Fläche als auch Wasser ausreichend verfügbar sein müssen. Bild 4 stammt aus einer weltweit sehr beachteten amerikanischen Studie (VÖRÖSMARTY et al. 2000) über die zu erwartende Entwicklung des Wasserstresses für Mensch und Umwelt. Sie berücksichtigt die Bevölkerungsentwicklung und den Wasserbedarf der Naturlandschaften, die für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichtes und der Artenvielfalt relevant sind. Die roten Flecken stellen Regionen dar, die bis 2050 unter Wasserstress geraten werden, einmal ohne (mittleres Bild) und einmal mit Berücksichtigung des Klimawandels. Dazu braucht es keinen Kommentar.

Bild 4: Zunahme des regionalen Wasserstresses

Bild 4:  Zunahme des regionalen Wasserstresses bis 2050 mit und ohne Klimawandeleinfluss (rot = Wassermangel)

Bis 2050 werden bei evolutionärer Entwicklung vermutlich 75% der Weltbevölkerung in Ballungsgebieten (>3 Mio. Einwohner) leben. Diese als wertvollen Lebensraum zu gestalten und mit einer nachhaltigen und leistbaren technischen Infrastruktur auszustatten, stellt eine große politische Aufgabe dar, die nur in enger Zusammenarbeit mit den Fachleuten aus Sozial- und Wirtschaftswissenschaften sowie den technischen Wissenschaften (Architektur, Raum- und Städteplanung, Bauingenieurwesen, Verkehrsplanung etc.) gelingen kann. Wenn man den Nahrungsbedarf der Ballungsgebiete in „virtuelles Wasser“ umrechnet, wird auch klar, welch enormer „Wasserbedarf“ in ihnen konzentriert wird. Der größte Teil dieses „Wasserbedarfs“ wird nicht durch den „Gesamtwasserbedarf gedeckt!
Dem enormen Zuwachs an Bevölkerung in den Ballungsgebieten steht eine stagnierende bis abnehmende Bevölkerung im ländlichen Bereich entgegen. Der Lebensstandard ist dort häufig gering, was die Errichtung einer geordneten Siedlungswasserwirtschaft erschwert und innovative, robuste Lösungskonzepte mit geringen einwohnerspezifischen Kosten erfordert.

Unter der Annahme einer evolutionären Veränderung der aktuellen Ansprüche und des Zuwachses von ca. 3 Milliarden Menschen bis 2050 (75 Mio. neue Bewohner/Jahr) ergibt sich die Notwendigkeit einer hohen Geschwindigkeit von Anpassung und Innovation nicht nur in der Wasserwirtschaft. Entwicklungen, die bis 2050 relevant wirksam sein sollen, müssen heute schon begonnen haben, das kann man aus der Entwicklung des Gewässerschutzes ableiten.
Lösungskonzepte müssen nicht nur entwickelt, sondern auch implementiert werden. Dafür sind Leistbarkeit und Akzeptanz erforderlich. Beides ist regional stark unterschiedlich. Regional angepasste Lösungen müssen daher vorrangig in den betroffenen Ländern selbst entwickelt und umgesetzt werden.

8    Visionen und Ziele bis 2050

Alle bisher beschriebenen Entwicklungstrends gehen von einer überwiegend evolutionären Entwicklung aus. Bei revolutionären Entwicklungen sind kaum rational begründbare Prognosen möglich. Aus der Geschichte kennen wir politische Revolutionen, die relativ rasch sowohl das Bewusstsein als auch das Verhalten der Menschen verändert haben, in der Regel treten sie dann auf, wenn die Anpassung an geänderte Macht und Umweltverhältnisse zu langsam vor sich gehen und massive Hemmungen der Entfaltung durch Mangel auftreten (Freiheit, Nahrung, Rohstoffe, Macht). Für solche Entwicklungen gibt es keine Prognose. Technische Neuerungen sind ebenfalls nicht prognostizierbar, sie führen meist zu keinen Revolutionen können aber die Evolution stark beschleunigen und in gänzlich neue Richtungen führen.

Die Regionen mit Wasserstress werden weltweit deutlich zunehmen. Dies gilt auch für die Bedeutung der optimalen Nutzung der lokalen natürlichen Ressourcen. Die Anpassung der Wassergütewirtschaft bzw. der gesamten Wasserinfrastruktur an die jeweils spezifische lokale Situation wird an Bedeutung gewinnen.

Wir werden weltweit ein neues Verhältnis zum Risiko brauchen. Risiko wird heute fast nur als Bedrohung und nicht auch als Entfaltungspotenzial gesehen. Bild 5 stellt den Versuch dar, „Nachhaltigkeit“ in einen zumindest qualitativen Zusammenhang mit dem Risiko zu bringen. Das läuft auf eine Optimierung des Kosten Nutzen Verhältnisses von Maßnahmen der Wassergütewirtschaft zum Schutz der Gewässer und unserer Gesundheit hinaus.

Bild 5: Nachhaltigkeit, Risiko, Kosten

Bild 5:  Wechselwirkung zwischen Nachhaltigkeit, Risiko und Kosten von Maßnahmen zum Risikomanagement in der Wassergütewirtschaft

Auf der rechten Seite des Bildes 5 haben wir bereits viele, durch Erfahrung und Wissen abgesicherte, Grundlagen. In vielen Bereichen können wir die Kosten durch Schäden den Kosten zu ihrer Vermeidung gegenüberstellen und sogar ein Optimum bestimmen. In der sehr komplexen Wassergütewirtschaft ist dies schwierig. In vielen Ländern vor allem Zentraleuropas hat man vorerst nicht exakt festgelegt, wie „sauber die Flüsse sein müssen um Schadensfälle zu vermeiden, sondern hat sich, auch aus wirtschaftlichen Überlegungen, für die Anwendung eines moderaten und gut begründetes Vorsorgeprinzips (Best Available Technique) entschieden.

An Hand der bisherigen Erfahrung kann angenommen werden, dass wir uns heute überwiegend in dem mittleren Bereich des Bildes 5 befinden. Hohe Kosten durch akute von Verunreinigungen verursachte Schäden sind überwiegend nur bei Übertretung der selbst gewählten Regeln aufgetreten.
Bezüglich der langfristigen Wirkung von Mikroverunreinigungen, die trotz Vorsorgeprinzip in den Gewässern und im Trinkwasser auftreten, herrscht Unsicherheit bezüglich des Risikos. Auf der linken Seite des Bildes 5 ist dargestellt, dass ein spezifisches Risiko meist nur dann gegen Null gebracht werden kann, wenn hohe Kosten in Kauf genommen werden und/oder die Nachhaltigkeit des Gesamtsystems geopfert wird, weil Freiheit und Kreativität weitgehend eingeschränkt werden müssen. Ab wann der Aufwand zur Vermeidung eines Einzelrisikos kontraproduktiv für das Gesamtsystem wird, wissen wir nicht bzw. fehlen uns die Maßstäbe und Methoden. IMBERGER (2006) meint, dass das globale Risiko nur dadurch in Grenzen gehalten werden kann, indem insbesondere die reichen Länder ein erhöhtes lokales Risiko zulassen. Die Festlegung eines „akzeptablen“ Risikos muss dabei prinzipiell auf politischer Ebene entschieden werden, die Wissenschaft kann nur Grundlagen dafür liefern. Diese Probleme werden uns bis 2050 begleiten.

Bild 6 stellt den Versuch dar, einerseits das Spannungsfeld zwischen Politik, Forschung und Technik und andererseits jenes zwischen Rechtssystem, persönlicher Wertvorstellung und naturwissenschaftlicher Gesetzmäßigkeit aufzuzeigen.

Eine ganz wesentliche Funktion der Politik ist es, den Wertewandel der Gesellschaft über Rechtsnormen für die Gesellschaft verbindlich und umsetzbar zu machen. Technik bewegt sich im Spannungsfeld zwischen den Naturgesetzen, die wir nicht ändern und auf die wir uns auch verlassen können und den Rechtsnormen.

Bild 6: Politik, Technik, Forschung

Bild 6:  Wechselwirkung zwischen Politik, Technik und Forschung

Vielfach erfüllt die Technik die Aufgabe rechtlich formulierte Ziele erreichbar zu machen, umgekehrt sollte ein Gesetz nie ein Ziel vorgeben, das technisch nicht erreichbar ist. Forschung steht im Spannungsfeld zwischen Wertewandel (der den Forscher auch erfasst) und den naturwissenschaftlichen Erkenntnissen. Naturwissenschaft, Rechtssystem und Wertewandel arbeiten mit unterschiedlichen Begründungsmethoden, die nicht kompatibel sind. Es kann daher keine auf Dauer richtige Handlungsweise geben, sondern nur einen historisch begrenzten Konsens aller Betroffenen. Um dies zu erreichen wird es notwendig sein, die Sprach- und Kommunikationsfähigkeit über die vielen betroffenen Disziplinen und Verantwortlichkeiten hinweg zu pflegen und weiter zu entwickeln, eine ganz große Aufgabe der Fachverbände auch in den nächsten 40 Jahren!

Das Internet ermöglicht zumindest im Prinzip einen fast unbegrenzten Zugang jedes Menschen zum Stand des Wissens. Diese Innovation wird allerdings nur für jene Menschen wirksam, die die Information auch verstehen. Es wird, global gesehen, keine Patentlösungen geben. Wir besitzen eine zunehmende Fülle von vielfältigen „Werkzeugen“ um die Probleme der Wassergütewirtschaft zu lösen. Es werden daher Menschen gebraucht, die diese Werkzeuge kennen und richtig bedienen können, damit eine Anpassung von Technik, Organisation und Verhalten an die jeweilige lokale Situation optimal durchgeführt werden kann. In Nordeuropa werden ganz andere Lösungen sinnvoll sein als in Zentralafrika oder Indien. Dennoch erscheint es sinnvoll eine globale Krisenvorsorge für die ganz großen regionalen Notfälle auf internationaler Ebene zu organisieren.

Für die Wassergütewirtschaft kann man ableiten, dass Bildung und Ausbildung die zentralen politischen Aufgaben der nächsten Zeit bleiben werden. Weltweit muss der steigende Bedarf an einer breiten Bildung und einer differenzierten Ausbildung allen Menschen bewusst gemacht und durch entsprechende Angebote befriedigt werden. Das kostbarste Gut der Länder mit hohem Standard der Wassergütewirtschaft ist daher nicht das Wasser, weil wir das aus wirtschaftlichen Gründen höchstens 100 bis 200 km transportieren können, sondern das angesammelte Wissen und vor allem die Fähigkeit zur Zusammenarbeit aller betroffenen Akteure. Der Wettbewerb um eine dauernde Verbesserung der Lösungen muss und darf darunter nicht leiden.

Wir brauchen Visionen und Innovationen, für die die Verschränkung der verschiedenen Fachgebiete, wie Wassergütewirtschaft, Ressourcenmanagement, Gesundheit, Landwirtschaft, Ernährung, Verkehr, Recht, Politik und Verwaltung eine fruchtbare Grundlage darstellen kann sowie eine laufende Weiterentwicklung der technischen Infrastruktur zusammen mit Städteplanung, Architektur etc., die auch für revolutionäre Lösungen offen ist.

Vision und Innovationen werden aber erst dann wirksam, wenn sie in die Praxis umgesetzt werden, 40 Jahre sind dazu ein kurzer Zeitraum. An erster Stelle wird eine regional angepasste aber global wirksame Bildungs- und Ausbildungsoffensive für erforderlich gehalten, die alle Menschen umfasst und einen Bewusstseinssprung hinsichtlich des Umganges mit Wasser und seiner Güte verursacht.

Auch Wissenschaft, Forschung und technische Entwicklung werden vor große Herausforderungen gestellt sein. Eine davon wird in der Bescheidenheit liegen, bei allen neuen erfolgreichen Ideen und Lösungen die spezifischen Bedingungen für den Erfolg und die Relevanz des Erfolges mitzudenken und zu kommunizieren, damit die begrenzten Mittel nicht an falscher Stelle eingesetzt werden und Politik und Markt nicht in die Irre geführt werden.

Literatur

  • Kroiss, H. (2009): Neue Herausforderungen an die Wassergütewirtschaft. Wiener Mitteilungen Bd. S 1 bis ÖWAV Seminar März 2009, TU-Wien
  • Larssen, T.A.; Lienert, J: (2007): NoMix-Technologie. GWA Gas, Wasser, Abwasser, 2007, 4, 255-262
  • Londong, J. (2008): Zukunftsperspektiven Neuartiger Sanitärsysteme. Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Band 215, Aachen 2008, Seite 8/1-8/9, ISBN 978-3-938996-21-8
  • Weltbevölkerung: http://de.wikipedia.org/wiki/Weltbevölkerung
  • Otterpohl, R.; Wendland, C.(2007): Innovative Sanitärkonzepte – mitteleuropäische Pilotprojekte und ihre Rolle im internationalen Kontext. http://www.wrrl-info.de/docs/vortrag_sem26_wendland.pdf
  • Vörösmarty, C.J.; Green, P.; Salisbury, J.; Lammers, R.B. (2000): Global Water Resources: Vulnerability from Climate Change and Population Growth. Science, Vol. 289. no. 5477, pp. 284-288
  • Prigogine, I.; Stengers, I. (1993): Dialog mit der Natur. Serie Piper, München 1993,ISBN 3-492-11181-5
  • Imberger, J.: Vortag „Life In A Changing Climate – Consequences of Perfecting Personal, Local, Risk Management“ (internet: 29.01.2010, 11:30), http://www.cwr.uwa.edu.au/~jimberger/Life%20in%20a%20Changing%20Climate%28New%29/2008_10_21_Wouk/1.01_Title.html
  • Verstraete,W. (2009) Vortrag Gestion des Ressources Microbiennes

Anschrift des Verfassers:
Prof. Dr. Dr. h.c. Helmut Kroiss
Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft der TU Wien,
Karlsplatz 13, A-1040 Wien
E-Mail: hkroiss AT iwag.tuwien.ac.at

nen. Dieser Hauptsatz ist für die gesamte Wassergütewirtschaft und andere Umweltwissenschaften von fundamentaler Bedeutung, auch wenn das vielleicht nicht sofort einsichtig ist. Bei einem thermodynamisch offenen System (z.B. unserem Körper oder einem Siedlungsraum) gibt es einen ständigen Energie- und Materiestrom,, der durch das System hindurchgeht. Daher müssen wir zuerst ein System sehr genau abgrenzen, damit wir diesen Hauptsatz für eine Stoffbilanz sinnvoll anwenden können. Alles was z.B. an Stoffen in ein Siedlungsgebiet hineingelangt, muss entweder im Siedlungsgebiet (Lager) oder als „Export“ aus dem Bilanzraum wiedergefunden werden können. Stoffbilanzen stellen eine hervorragende Methode dar; mit der man die Richtigkeit und Vollständigkeit von Daten prüfen kann. Der 1. Hauptsatz besagt, dass Elemente und Energie nicht verschwinden können, wobei für die Wassergütewirtschaft das Energieäquivalent von Materie (E=m.c2) vernachlässigt werden kann.
Für biologische Systeme folgt aus dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik, dass aus einer bestimmten Fracht an Nahrung (M/T1) nur eine bestimmte Menge an Organismen am Leben erhalten werden kann.
2.3 2. Hauptsatz der Thermodynamik
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz) ist zwar ebenso fundamental wie der 1., allerdings in seinen Konsequenzen viel komplexer. Er wird dort relevant wo es um Qualität bzw. den Wert von Energie oder um die Reinheit von Stoffen geht. Er ist auch relevant für die möglichen Entwicklungen eines Systems.
Wenn wir z.B. saubere Gewässer haben wollen, geht es um die Frage, wie viel hochwertige elektrische Energie wir in geringwertige Niedertemperaturwärme umwandeln wollen, um Abwasser zu reinigen. Wo ist die Grenze, ab der wir insgesamt höhere Belastungen der Umwelt bewirken, als wir an Wert für saubere Gewässer gewinnen? Wenn der Mensch Ressourcen (Stoffe) verwendet, bleiben sie zwar erhalten (1. HS. der Thermodynamik), aber ihr Wert für gewisse Anwendungen verringert sich. Wenn wir z.B. Phosphorerzlager zur Erzeugung von Dünger ausbeuten und dann fein in der Landwirtschaft verteilen und schließlich über die Flüsse ins Meer gelangen lassen, ist der Phosphor von der Erde zwar nicht verschwunden, aber für uns und unsere Nachkommen nur mehr mit sehr hohen Kosten (Energieeinsatz) zurückzugewinnen.
Jeder Stoff, der überhaupt erzeugt und verwendet wurde oder wird, wird über kurz oder lang mit Luft und Wasser auf der ganzen Erde fein verteilt, So kann man kann die Bleiverhüttung während der Römerzeit im Eis der Antarktis nachweisen, ebenso wie z.B. polyfluorierte Tenside (PFT) die erst im 20. Jahrhundert entwickelt wurden Man kann berechnen, dass mit ca. einem Kilogramm eines Stoffes, den wir in die Umwelt entlassen, jeder Liter Wasser auf der Erde inklusive der Meere mit ca. 10 bis 1000 Molekülen „verunreinigt‘ werden kann.
Alle lebendigen Strukturen brauchen eine ununterbrochene Energie-Zufuhr, und sie
bewirken eine ununterbrochene Zunahme an Unordnung (Entropie)–, das ist eine
Eigenschaft aller lebendigen Systeme. Aus hochwertiger Nahrung entsteht minder-
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