Wasser sparen mit smarten Bewässerungssystemen

Frank­furt möchte Vor­re­it­er bei der wassers­paren­den Bewässerung von Stadt­bäu­men wer­den: Rund tausend Kubik­me­ter Wass­er kön­nte die Stadt durch die Opti­mierung von Bewässerungsvorgän­gen junger Stadt­bäume in Zukun­ft möglicher­weise weniger ver­brauchen. Das ist ein erstes Zwis­ch­en­ergeb­nis des Mod­el­lver­suchs „Smarte Bewässerung“, den Forschende der Uni­ver­sität Hohen­heim in Stuttgart zusam­men mit der FES Frank­furter Entsorgungs- und Ser­vice GmbH und anderen Pro­jek­t­beteiligten durch­führen. Dabei erfasst ein intel­li­gentes Mess- und Com­put­er-Sys­tem die aktuelle Wasserver­sorgung der Bäume. Kün­ftig kön­nte damit die Bewässerung bedarf­sori­en­tiert erfol­gen und dig­i­tal ges­teuert werden.
Angesichts der zunehmend heißen und trock­e­nen Som­mer wird das The­ma Wasserk­nap­pheit auch in Deutsch­land immer wichtiger. Ins­beson­dere in Großstädten, die bere­its heute ihren Wasserbe­darf aus dem Umland deck­en müssen, ver­schär­fen ver­siegelte Ober­flächen und sink­ende Grund­wasser­stände das Prob­lem. In den Som­mer­monat­en führt dies oft zu ein­er man­gel­nden Wasserver­sorgung von Stadt­bäu­men mit schw­er­wiegen­den Fol­gen. So gehen laut Presse­bericht­en in deutschen Städten jedes Jahr mehrere Tausend Bäume an Wasser­man­gel ein.
Dabei sind Bäume entschei­dend für das Mikrokli­ma ein­er Stadt und ihrer Luftqual­ität, sie spenden nicht nur Schat­ten, erhöhen die Luft­feuchtigkeit, senken die Umge­bung­stem­per­atur und fil­tern Staub und Schad­stoffe aus der Luft her­aus. Sie haben auch einen pos­i­tiv­en Ein­fluss auf die men­schliche Psy­che und tra­gen zum Wohlbefind­en der Stadtbewohner:innen bei.

Kaum Studien über intelligente Bewässerungssysteme in der Stadt

Mit dem Kli­mawan­del wen­den sich immer mehr Städte intel­li­gen­ten Stadtkonzepten zu, die fortschrit­tliche Infor­ma­tion­stech­nolo­gien nutzen, um knappe Ressourcen zu scho­nen. Ger­ade im Hin­blick auf die Wasserver­sorgung von Stadt­bäu­men kann die Ein­rich­tung intel­li­gen­ter Bewässerungssys­teme sin­nvoll sein. Das zeigt ein Forschung­spro­jekt der Uni­ver­sität Hohen­heim und der FES Frank­furter Entsorgungs- und Ser­vice GmbH in Koop­er­a­tion mit dem Frank­furter Grün­flächenamt, dem Frank­furter Pal­men­garten, der IoT Con­cepts GmbH & Co KG, der click­bar. GmbH, sowie der Pro­jek­t­gruppe Wirtschaftsin­for­matik des Fraun­hofer FIT und dem FIM Research Center.
Aktuell wer­den in der Stadt Frank­furt, wie in vie­len anderen Städten auch, Bäume nach einem im Voraus fest­gelegten Plan mit ein­er fes­ten Wasser­menge bewässert. Dieser starre Bewässerungs­plan kann Experten zufolge zur Über­be­wässerung einiger Arten führen und eröffnet das Poten­zial für Wassere­insparun­gen. Zudem nutzen die beauf­tragten Dien­stleis­ter aus Wet­tbe­werb­s­grün­den teil­weise Trinkwass­er, obwohl das städtis­che Grün­flächenamt stadtweit mehrere Prozess- und Regen­wasserquellen zur Ver­fü­gung stellt, die für Bewässerungs­di­en­ste genutzt wer­den kön­nten. In einem Mod­ell­pro­jekt unter­sucht das Forschung­steam in Zusam­me­nar­beit mit der Stadtver­wal­tung, IT-Spezialist:innen und Botaniker:innen, wie ein intel­li­gentes Bewässerungssys­tem für Stadt­bäume gestal­tet wer­den kann.

„Im land­wirtschaftlichen Bere­ich gibt es bere­its eine Vielzahl intel­li­gen­ter Bewässerungsmeth­o­d­en. Stu­di­en, die unter­suchen, wie intel­li­gente Bewässerungssys­teme in der Stadt ausse­hen kön­nen, sind jedoch rar. Unsere Studie gehört nach unserem Wis­sen zu den Ersten, die ein Design für ein intel­li­gentes Bewässerungssys­tem für Stadt­bäume vorschlägt.“
—  Dr. Valerie Graf-Drasch, Habil­i­tandin im Fachge­bi­et Dig­i­tales Man­age­ment der Uni­ver­sität Hohenheim

Intelligentes Bewässerungssystem ermittelt künftig Wasserbedarf

Um Wasserver­luste zu min­imieren, muss ein intel­li­gentes Bewässerungssys­tem den Wasserbe­darf der Pflanzen möglichst genau ermit­teln und für eine opti­male Wasserver­sorgung sor­gen. Dafür wur­den in dem Ver­such kleine, mit einem Sender aus­ges­tat­tete Mess­geräte in den Boden von acht jun­gen Eschen einge­set­zt. Denn ger­ade frisch gepflanzte, junge Bäume sind auf eine aus­re­ichende Wasserver­sorgung angewiesen.
Dabei sind sowohl Boden­feuchtigkeitssen­soren als auch Ten­siome­ter im Ein­satz. Diese erfassen das so genan­nte Wasser­poten­zial des Bodens. Es gibt an, wie viel Wass­er den Pflanzen in ver­schiede­nen Tiefen zur Ver­fü­gung ste­ht und welche Kraft die Bäume benötigten, um es aus dem Boden zu ziehen.
Die Dat­en wer­den über ein spezielles stadteigenes Funknetz direkt an einen zen­tralen Rech­n­er über­mit­telt, der daraus kün­ftig den indi­vidu­ellen Wässerungs­be­darf jedes einzel­nen Baumes errech­nen soll. Ziel ist, nicht mehr pauschal jeden Baum mit ein­er vorbes­timmten Menge Wass­er zu ver­sor­gen, son­dern je nach Stan­dort die benötigte Menge zu ermit­teln und so Wass­er zu sparen. „Bis ein smartes Bewässerungssys­tem aus Boden­pa­ra­me­tern und weit­eren Ken­ngrößen automa­tisch einen indi­vidu­ellen Wasserbe­darf errech­nen kann, ist noch weit­ere Forschung nötig. Bis dahin helfen die gesam­melten Dat­en aber in jedem Fall dabei, men­schliche Experten zu unter­stützen“, betont Flo­ri­an Hawl­itschek, Inno­va­tion­s­man­ag­er bei FES.
Dass dies gelin­gen kann, bestätigt auch das Pilot­pro­jekt: Eine erste Auswer­tung der gesam­melten Dat­en zeigt, dass den unter­sucht­en Bäu­men im April 2021 eigentlich genü­gend Wass­er zur Ver­fü­gung stand und sie den­noch bewässert wur­den. Nach Ansicht der Forschen­den hätte mit einem opti­mierten Bewässerungss­chema im Früh­jahr dieses Jahres der Wasserver­brauch in deutschen Städten um mehrere Mil­lio­nen Liter reduziert wer­den können.
Dr. Graf-Drasch weist allerd­ings darauf hin, dass diese vor­läu­fi­gen Ergeb­nisse mit Vor­sicht zu inter­pretieren seien. In anderen Jahren kön­nte das Ergeb­nis anders ausse­hen. „Die Ergeb­nisse dieses Tests zeigen jedoch, dass bei der Pflege des Stadt­grüns viel Wass­er ges­part wer­den kann. Denn umgekehrt erlaubt unser Sys­tem auch festzustellen, ob ein Baum zu viel Wass­er bekom­men hat. Ger­ade in Zeit­en ver­schärfter Wasserk­nap­pheit ist das eine wichtige Erken­nt­nis. Dig­i­tale und automa­tisierte Tech­niken kön­nen uns in Zukun­ft helfen, beim Umweltschutz bess­er und effizien­ter zu wer­den. Statt fest­gelegter Routen und Wasser­men­gen ist dann jedoch mehr Flex­i­bil­ität gefragt.“