Extremwetter in Deutschland verändert zunehmend den Wasserhaushalt. Das Faktenpapier 2026 des Deutschen Wetterdienstes (DWD), des DAS-Basisdienstes und des Extremwetterkongresses zeigt, dass die jährlich verfügbaren Wasserressourcen zurückgehen. Gleichzeitig wurden 2026 an zahlreichen Fließgewässern neue Niedrigwasserextreme und hohe Wassertemperaturen beobachtet. Für die Wasserwirtschaft ergeben sich daraus zusätzliche Anforderungen an die Bewertung von Wasserverfügbarkeit und Klimarisiken. Das Papier steht zum kostenfreien Download bereit.

Extremwetter in Deutschland verändert die Wasserverfügbarkeit

Die langfristigen Daten zeigen einen Rückgang der jährlich verfügbaren Wasserressourcen. Während Deutschland im Zeitraum 1961 bis 1990 durchschnittlich 188 Milliarden Kubikmeter Wasser pro Jahr zur Verfügung standen, waren es zwischen 1991 und 2020 noch 176 Milliarden Kubikmeter. Das entspricht einer Abnahme um 12 Milliarden Kubikmeter.

Elf der vergangenen 15 Jahre lagen unter dem Mittelwert der Referenzperiode 1991 bis 2020. Besonders ausgeprägt war die Situation 2025 mit weniger als 100 Milliarden Kubikmetern. Der Durchschnitt für 1996 bis 2025 liegt bereits rund 5 Milliarden Kubikmeter unter dem Mittelwert von 1991 bis 2020.

Zu den Einflussfaktoren zählen veränderte Niederschlagsmuster, höhere Verdunstungsraten und abnehmende Schneerücklagen. Die Autoren beobachten zugleich eine Intensivierung nasser und trockener Witterungsphasen. Dabei unterscheiden sich die Entwicklungen regional und zwischen den einzelnen hydrologischen Kenngrößen.

Niedrigwasser und steigende Gewässertemperaturen

Im Jahr 2026 erreichten zahlreiche Fließgewässer nach Angaben des Faktenpapiers ihre niedrigsten Pegelstände seit Beginn der jeweiligen Aufzeichnungen. Die Veränderungen betreffen nicht nur die verfügbaren Wassermengen, sondern auch die thermischen Bedingungen in den Gewässern.

An der Messstation Koblenz wurde im Sommer 2026 mit 29,0 Grad Celsius der bislang höchste Tagesmittelwert der Wassertemperatur registriert. In den vergangenen beiden Jahrzehnten überwogen positive Temperaturanomalien, obwohl Wärmeeinleitungen beispielsweise aus thermischen Kraftwerken zurückgegangen sind. Hohe Wassertemperaturen können aquatische Ökosysteme belasten und die Nutzung von Oberflächenwasser einschränken.

Niedrige Rheinpegel beeinträchtigen die Binnenschifffahrt

Wie stark sich Niedrigwasser auf wirtschaftliche Nutzungen auswirkt, verdeutlichen Untersuchungen am Mittelrhein. In Niedrigwasserphasen der vergangenen Jahre gingen die registrierten Schiffspassagen um bis zu 35 Prozent und die modellierten Gütertransportmengen um bis zu 75 Prozent zurück. Als Vergleich dient das erste Quartal 2020.

Dass die transportierten Gütermengen stärker zurückgehen als die Zahl der Schiffspassagen, deutet auf eine deutlich reduzierte Auslastung der Binnenschiffe hin. Damit beeinflussen niedrige Wasserstände nicht nur die Befahrbarkeit, sondern auch die Wirtschaftlichkeit des Gütertransports.

NIWIS erweitert die Informationsgrundlage

Mit dem 2026 eingeführten Niedrigwasserinformationssystem NIWIS steht ein Instrument zur kurzfristigen Einordnung und Analyse von Wasserständen in Grund- und Oberflächenwasserkörpern in Deutschland zur Verfügung. Es ergänzt die bereits bestehenden Informationsangebote für Klimamonitoring und Klimarisikoanalysen.

Der DAS-Basisdienst stellt hierfür seit 2020 relevante Daten bereit. Für Wasserwirtschaft, Behörden und Versorgungsunternehmen sind solche Informationsgrundlagen wichtig, um die Entwicklung der Wasserverfügbarkeit zu verfolgen und regionale Risiken besser einzuordnen.

Meeresspiegelanstieg erhöht Risiken in Flussmündungen

Das Faktenpapier betrachtet erstmals auch marine Extreme und ihre Auswirkungen ausführlicher. Die Nordsee erreichte 2025 mit einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur von 11,6 Grad Celsius einen neuen Jahresrekord. In der Ostsee lag der entsprechende Wert bei 9,7 Grad Celsius und damit auf dem zweithöchsten Niveau seit Beginn der Messreihen des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie.

Gleichzeitig liegt der Meeresspiegel an den deutschen Nord- und Ostseeküsten relativ zur Landoberfläche heute mehr als 20 Zentimeter höher als 1900. Dadurch steigt das Ausgangsniveau für Sturmfluten. Entsprechende Auswirkungen sind auch in tidebeeinflussten Flussmündungen zu erwarten, unter anderem an Elbe und Weser bis nach Hamburg und Bremen.

Bedeutung für die Wasserwirtschaft

Für die wasserwirtschaftliche Planung gewinnt die gemeinsame Betrachtung von Wasserverfügbarkeit, Niedrigwasser, Gewässertemperaturen und Extremniederschlägen an Bedeutung. Die dokumentierten Entwicklungen verdeutlichen, dass historische Mittelwerte allein nicht ausreichen, um zukünftige Belastungen zu bewerten.

Die Autoren halten die Entwicklung der Lufttemperaturen für wissenschaftlich eindeutig belegt. Bei Niederschlägen, Wind und gewässerbezogenen Kennwerten ist die Bewertung aufgrund überlagerter Prozesse differenzierter. Für die wasserwirtschaftliche Praxis unterstreicht dies den Bedarf an kontinuierlicher Beobachtung, regionalen Risikoanalysen und anpassungsfähigem Ressourcenmanagement.

Fazit

Das Faktenpapier 2026 dokumentiert einen langfristigen Rückgang der verfügbaren Wasserressourcen in Deutschland sowie neue Extreme bei Wasserständen und Gewässertemperaturen. Für die Wasserwirtschaft rücken damit die quantitative und qualitative Gewässerüberwachung sowie die vorausschauende Bewirtschaftung der Wasserressourcen weiter in den Mittelpunkt.

Das gesamte Papier steht zum kostenfreien Download bereit:

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Mit dem Willy-Hager-Preis werden jüngere Wissenschaftler:innen für hervorragende Arbeiten auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik der (industriellen) Wasser- oder Abwasseraufbereitung ausgezeichnet. Bei den Arbeiten soll in der Regel die verfahrens-technische Problemlösung im Vordergrund stehen. Typischerweise handelt es sich dabei um Dissertationen. Die Arbeiten sollten nicht länger als drei Jahre zurückliegen und an einer deutschen Hochschule durchgeführt worden sein.

Der Willy-Hager-Preis ist mit 6.000 Euro dotiert. Dieser Betrag wird je zur Hälfte zwischen Preisträger:in und dem Hochschulinstitut, an dem die Arbeiten durchgeführt wurden, geteilt.

Bewerbungen können über die jeweilige Leitung des Hochschulinstitutes eingereicht werden.

Die Ausschreibung erfolgt durch die DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. und die „Wasserchemische Gesellschaft“, Fachgruppe der Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh) im Namen und Auftrag der Willy-Hager-Stiftung. Über die Vergabe des Preises entscheidet der Stiftungsrat der Willy-Hager-Stiftung auf Vorschlag eines Sachverständigenkreises.

Quelle: Dechema

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Seit 1958 galt der Atlantische Lachs im Rhein als ausgestorben. In den 1990er-Jahren begannen erste Bemühungen, die Fischart wieder anzusiedeln. Im Rahmen des sechsjährigen Modell- und Demonstrationsvorhabens „Genetisches Monitoring zur Wiederansiedlung des Lachses im Rheingebiet“ (GeMoLaR) wurde untersucht, wie erfolgreich der Besatz mit Junglachsen aus Aufzuchtstationen ist und in welchem Umfang sich die Tiere bereits auf natürliche Weise vermehren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Maßnahmen zur Rückkehr der Lachse beitragen. Eine sich selbst erhaltende Population konnte sich bislang jedoch nicht etablieren. Die Erkenntnisse des Projekts sind in einen praxisorientierten Leitfaden eingeflossen.

Jährlich werden mehr als eine Million Junglachse aus Aufzuchtstationen in Deutschland und Frankreich in ökologisch geeigneten Nebenflüssen des Rheins ausgesetzt. Ziel ist es, den Atlantischen Lachs langfristig wieder im Rheinsystem anzusiedeln. Die Maßnahmen orientieren sich am natürlichen Lebenszyklus der Wanderfische. Lachse schlüpfen in kühlen, klaren Fließgewässern und verbringen dort ihre erste Lebensphase. Spätestens im Alter von zwei Jahren wandern sie als sogenannte Smolts ins Meer ab. Nach mehreren Jahren kehren sie zum Laichen in ihre Heimatgewässer zurück.

Genetische Analysen geben Aufschluss über den Wiederansiedlungserfolg

Im Mittelpunkt des Projekts GeMoLaR stand die Frage, welchen Beitrag die verschiedenen Besatzmaßnahmen zum heutigen Lachsbestand leisten und wie viele Jungfische bereits aus natürlicher Fortpflanzung hervorgehen. Dazu analysierten die Forschenden insgesamt 15.566 genetische Proben Atlantischer Lachse aus dem Rheingebiet.

Die Ergebnisse bestätigen, dass die Wiederansiedlungsprogramme in Deutschland gemeinsam mit den Maßnahmen in Frankreich und der Schweiz die Rückkehr des Atlantischen Lachses in das Rheinsystem ermöglichen. Die heutigen Bestände weisen eine hohe genetische Vielfalt auf, die auf die unterschiedlichen Herkünfte der im Laufe der Jahre eingesetzten Lachse zurückzuführen ist.

Auch eine natürliche Fortpflanzung konnte nachgewiesen werden. Allerdings hängt der Lachsbestand weiterhin überwiegend von den Besatzmaßnahmen ab. Die natürliche Reproduktion trägt bislang nur in geringem Umfang zum Bestand bei. Zudem gingen die Zahlen der zurückkehrenden Lachse während der Projektlaufzeit insgesamt zurück. Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen durch Niedrigwasser, steigende Wassertemperaturen und veränderte Abflussverhältnisse, die sowohl Wanderfische als auch andere Fischarten beeinträchtigen.

Neuer Leitfaden unterstützt das genetische Monitoring

Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, die Wiederansiedlung bedrohter Fischarten künftig besser zu koordinieren. Dabei spielt insbesondere die Zusammenarbeit zwischen den Bundesländern und den angrenzenden Staaten eine wichtige Rolle.

Die entwickelten Methoden und der daraus entstandene Leitfaden bilden eine Grundlage für ein langfristiges genetisches Monitoring. Darüber hinaus enthalten sie konkrete Empfehlungen, wie das Reproduktionsmanagement verbessert und die Wiederansiedlung des Atlantischen Lachses weiter vorangetrieben werden kann.

Die Ansätze lassen sich auch auf andere Wanderfischarten sowie weitere Projekte des Fischereimanagements übertragen. Zudem wurde GeMoLaR als Fallstudie in die „Leitlinie zum genetischen Management von Besatzprogrammen für aquatische Arten“ (S. 55–56) der Welternährungsorganisation (FAO) aufgenommen.

Quelle: Neuer Leitfaden zur Wiederansiedlung von Atlantischen Lachsen im Rhein

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Die International Water Association (IWA) hat die Gewinner der IWA Project Innovation Awards 2026 bekannt gegeben. Die IWA zeichnete in Glasgow 23 Finalisten in sechs Kategorien mit Gold, Silber oder Bronze aus. Insgesamt hatten sich 320 Projekte aus 65 Ländern für die 15. Ausgabe der internationalen Auszeichnung beworben. Der Grand Innovation Award ging an ein chinesisches Projekt zur integrierten Abwasserbehandlung und Ressourcenrückgewinnung.

IWA Project Innovation Awards 2026: Hauptpreis geht nach China

Mit dem Grand Innovation Award 2026 zeichnete die IWA das Projekt „Transforming Wastewater into Value: A Megacity-Scale Water-Energy Nexus Model“ aus. Entwickelt wurde das Vorhaben von Zhongyuan Environmental Protection Co., Ltd. und der Kläranlage Zhengzhou Xinqu in China.

Im Mittelpunkt steht die Umwandlung einer konventionellen Kläranlage in ein integriertes Zentrum zur Wasser- und Ressourcenrückgewinnung. Das Konzept kombiniert weitergehende Abwasserreinigung, Wasserwiederverwendung, Klärschlammbehandlung und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen.

Ein Bestandteil des Projekts ist die Behandlung des Abwassers mit funktionalen Materialien. Durch den Einsatz von Aktivkoks sollen auch neuartige Schadstoffe entfernt werden. Das entsprechend aufbereitete Wasser steht anschließend für die Wiederverwendung zur Verfügung.

Für die Klärschlammbehandlung setzt das Projekt auf Pyrolyse und Vergasung. Das dabei entstehende Pyrolysegas wird energetisch genutzt. Feste Rückstände sollen zu Recyclingbaustoffen weiterverarbeitet werden. Zusätzlich wird Wärmeenergie aus dem Abwasser zurückgewonnen und in das Gesamtsystem eingebunden.

Der Ansatz verknüpft damit verschiedene Verfahren zur stofflichen und energetischen Nutzung von Abwasser. Ziel ist es, die Ressourceneffizienz der kommunalen Abwasserwirtschaft zu verbessern und die Versorgungssicherheit in großen Städten zu unterstützen.

Sechs Goldauszeichnungen für internationale Wasserprojekte

Neben dem Grand Innovation Award vergab die IWA Gold-, Silber- und Bronzeauszeichnungen in sechs Kategorien. Die Goldpreise gingen an Projekte aus China, Portugal, den Vereinigten Arabischen Emiraten, Spanien und Kenia. Die ausgezeichneten Ansätze reichen von biologischen Reinigungsverfahren bis zur digitalen Bewirtschaftung wasserwirtschaftlicher Systeme.

Wassertechnologien und Infrastruktur

In der Kategorie „Zukunftsweisende Wassertechnologien und Infrastruktur“ erhielt das chinesische Wasser-Energie-Verbundprojekt aus Zhengzhou ebenfalls Gold. Die Jury würdigte damit die Verbindung von Abwasserreinigung, Wasserwiederverwendung und Ressourcenrückgewinnung.

Silber ging an IDE Water Technologies aus Israel für ein Projekt zur Verringerung des Gesamtsalzgehalts und zur Wasserwiederverwendung im Cherokee Metropolitan District. Bronze erhielten ein chinesisches Vorhaben zu energiearmen Membranbioreaktoren mit vibrierenden Membranen sowie eine Anlage zur vierten Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroschadstoffen in Flandern, umgesetzt von Sweco Belgium und Aquafin.

Leistungssteigerung und betriebliche Lösungen

Die Goldauszeichnung dieser Kategorie ging an Águas do Douro e Paiva aus Portugal. Das Projekt „From Waste to Roof Tiles: a Circular Economy Approach in the Portuguese Water Sector“ beschäftigt sich mit der stofflichen Nutzung von Reststoffen aus der Wasserwirtschaft zur Herstellung von Dachziegeln.

Silber erhielt ein chinesisches Projekt zur Gewässerrenaturierung und zum resilienten Betrieb wasserökologischer Infrastruktur im Einzugsgebiet des Shiwuli-Flusses. Bronze ging an die Kläranlage Winchburgh von Scottish Water sowie an ein Projekt der Public Utilities Board (PUB) aus Singapur, das Membranbioreaktoren mit MABR- und AGS-Technologien kombiniert.

Forschung und Entwicklung

In der Kategorie „Durchbrüche in Forschung und Entwicklung“ zeichnete die IWA ein chinesisches Projekt zur biologischen Abwasserbehandlung mit Gold aus. Die Beijing University of Technology und die Shenzhen Water and Environment Group entwickelten einen Ansatz mit anaerober, aerober und anoxischer Verfahrensführung (AOA). Dieser dient der weitergehenden Stickstoff- und Phosphorelimination auf der kommunalen Kläranlage Shenzhen Binhe.

Silber ging an das niederländische KWR Water Research Institute für KI-gestützte Strategien zur Weiterentwicklung von Wassersystemen. Bronze erhielten die Chinese Academy of Sciences für naturbasierte Maßnahmen gegen Geruchsbelastungen durch Cyanobakterien sowie die University of Technology Sydney für das Projekt EMISI zur Emissionsmessung im Sanitärbereich Indonesiens.

Planung und Umsetzung von Wasserprojekten

Gold in der Kategorie „Herausragende Planung und Umsetzung von Projekten“ erhielt das Meerwasserentsalzungsprojekt Hassyan in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Die Anlage ist auf eine Kapazität von 180 Millionen Imperial Gallons pro Tag (MIGD) ausgelegt und nutzt das Umkehrosmoseverfahren (SWRO).

Zu den ausgezeichneten Projektpartnern gehören die Power Construction Corporation of China, SEPCOIII Electric Power Construction Co., Ltd. und ACWA Power International.

Silber ging an VA Tech Wabag für ein integriertes Abwasserinfrastrukturprojekt mit einer Kapazität von 150 Millionen Litern pro Tag in Patna, Indien. Bronze erhielt die Municipal Water and Sewage Company in Wroclaw für organisatorische Maßnahmen zur Verringerung von Wasserverlusten.

Governance und soziales Unternehmertum

In dieser Kategorie wurde die „Kiunga Solar Desalination and Water-for-Peace Initiative“ der Lamu County Government in Kenia mit Gold ausgezeichnet. Das Projekt kombiniert solare Meerwasserentsalzung mit der Initiative ‚Water-for-Peace‘.

Silber erhielt das Projekt WaterGov von LIS-Water und der Inter-American Development Bank zur Verbesserung der Steuerung im Wasser- und Sanitärsektor. Bronze ging an ein chinesisches Managementmodell zur integrierten Wasserbewirtschaftung in Rongcheng sowie an ein Projekt zur Ausweitung inklusiver Sanitärversorgung in Bangladesch.

Intelligente Systeme und digitale Wasserwirtschaft

Die Goldauszeichnung für intelligente Systeme erhielt der spanische Wasserversorger EMASESA aus Sevilla. Das Projekt „The Digital Reservoir“ verfolgt einen Ansatz zur integrierten Bewirtschaftung des Wasserkreislaufs auf Grundlage cyber-physischer Systeme.

Silber ging an Shenzhen Smart Water und die Shenzhen Water and Environment Group für ein Wasserverlustmanagementsystem im Maßstab einer chinesischen Megastadt.

Bronze erhielten Beijing Kingtrol Data Technology für die unternehmensweite Big-Data-Plattform DataMine sowie die Stadt North Miami Beach in den USA für ein KI-gestütztes Konzept zur Verbesserung der Resilienz kommunaler Versorgungsunternehmen.

Ressourcenrückgewinnung und Digitalisierung im Fokus

Die ausgezeichneten Projekte zeigen mehrere technologische Entwicklungslinien der internationalen Wasserwirtschaft. Dazu gehören die weitergehende Entfernung von Schadstoffen, die energieeffiziente Abwasserbehandlung und die Nutzung von Reststoffen als Sekundärrohstoffe.

Auch die digitale Steuerung wasserwirtschaftlicher Anlagen spielt eine Rolle. Die prämierten Vorhaben befassen sich unter anderem mit datenbasiertem Wasserverlustmanagement, cyber-physischen Systemen und dem Einsatz künstlicher Intelligenz.

Für kommunale Betreiber und Planer sind insbesondere die Verknüpfung unterschiedlicher Behandlungsverfahren sowie die Integration von Ressourcenrückgewinnung und Energieversorgung relevant. Die Projekte liefern Beispiele dafür, wie technische Konzepte in wasserwirtschaftliche Infrastrukturen eingebunden werden können.

Über die IWA Project Innovation Awards

Die International Water Association vergibt die Project Innovation Awards seit 2006. Die Auszeichnungen werden alle zwei Jahre im Rahmen des World Water Congress & Exhibition verliehen.

Die Bewertung erfolgt durch eine unabhängige Fachjury. Neben dem Innovationsgehalt und den erzielten Ergebnissen berücksichtigt sie die jeweiligen Entwicklungsbedingungen sowie das Potenzial für eine breitere Anwendung der Projekte.

Für die Ausgabe 2026 gingen 320 Bewerbungen aus 65 Ländern ein. Daraus wurden 23 Finalisten ausgewählt, die in den sechs Kategorien mit Gold, Silber oder Bronze ausgezeichnet wurden.

Quelle: IWA

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Meer- und Brackwasser könnten künftig eine Alternative zu anderen Wasserressourcen für die Wasserstoffproduktion darstellen. Bislang benötigen herkömmliche Elektrolyseure jedoch aufwendig aufbereitetes, hochreines Wasser. Im Projekt SeaEly untersuchten das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES und das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM deshalb, wie gut sich Meer- und Brackwasser für die Wasserstoffproduktion eignen und welche Prüf- und Testinfrastruktur dafür erforderlich ist.

Besonders interessant ist die direkte Nutzung von Meer- und Brackwasser für küstennahe und Offshore-Anwendungen. Wird Strom aus Windenergieanlagen unmittelbar in Wasserstoff umgewandelt, entsteht ein speicher- und transportierbarer Energieträger. Dieser kann beispielsweise als chemischer Rohstoff, zur Energieversorgung oder für die Herstellung von Ammoniak und synthetischen Kraftstoffen eingesetzt werden.

Das vom Fraunhofer IWES koordinierte Verbundprojekt SeaEly lief von Oktober 2022 bis März 2026 und war Teil des Ideenwettbewerbs „Wasserstoffrepublik Deutschland“. Untersucht wurde die direkte Elektrolyse von Meer- und Brackwasser zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff. Neben Fraunhofer IWES und Fraunhofer IFAM waren unter anderem die TU Berlin, die Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG sowie das Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik beteiligt. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).

Meerwasser mit weniger Aufbereitung nutzen

„Die Idee war, zu prüfen, bis zu welchem Reinheitsgrad man das Meerwasser direkt in der Elektrolyse einsetzen kann, ohne die Geräte zu überfordern“, erklärt Dr. Nadine Menzel, Gruppenleiterin Elektrochemie und Analytik am Hydrogen Lab Leuna des Fraunhofer IWES.

Im Projekt wurde untersucht, inwieweit Meerwasser in der Elektrolyse als alternative Ressource zu Trink- und Brauchwasser eingesetzt werden kann. Am Fraunhofer IFAM entwickelten die Forschenden dafür neue Membranen für die Elektrolyse von nicht gereinigtem Meerwasser. Diese wurden mit einem modularen elektrochemischen Prüfstand untersucht.

Der Prüfstand ermöglicht es, Materialien unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu testen und anschließend gezielt zu analysieren. Dabei können unter anderem Ablagerungen, Veränderungen an Oberflächen sowie Korrosions- und Alterungsprozesse erfasst werden. Durch die Kombination von Materialentwicklung und Prüfung lässt sich die Stabilität der eingesetzten Komponenten unter verschiedenen Belastungen systematisch bewerten.

Membranen spielen eine zentrale Rolle

Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Eine wichtige Aufgabe übernimmt dabei die Membran. Sie trennt die beiden Reaktionsräume voneinander und ermöglicht gleichzeitig den für die elektrochemische Reaktion notwendigen Transport von Ionen. Vereinfacht funktioniert sie wie ein sehr feines Sieb, das bestimmte Ionen passieren lässt, während die entstehenden Gase möglichst voneinander getrennt bleiben.

Beim Einsatz von Meerwasser steigen jedoch die Anforderungen an die Komponenten. Chloride und weitere Inhaltsstoffe können Nebenreaktionen verursachen, sich auf Oberflächen ablagern oder Korrosions- und Alterungsprozesse begünstigen.

„Je unreiner wir mit unserem Elektrolyten werden, desto mehr stellt sich die Frage, wie lange halten unsere einzelnen Komponenten?“, sagt Andreas Brinkmann, Wissenschaftlicher Mitarbeiter aus der Abteilung Adhäsion und Grenzflächenforschung am Fraunhofer IFAM.

Materialien auf Verschleiß untersuchen

Um die Auswirkungen zu untersuchen, können am Fraunhofer IFAM verschiedene Elektrolyte und Zellkonfigurationen eingesetzt werden. Ergänzend zu elektrochemischen Messungen kommen Rasterelektronenmikroskopie, EDX, XPS und TOF-SIMS zum Einsatz. Damit lassen sich die Materialien nach den Versuchen detailliert analysieren. Auf diese Weise könne im Prinzip eine Verschleißgeschwindigkeit ermittelt werden, erklärt Brinkmann.

Parallel dazu entstand am Fraunhofer IWES ein größerer, multi-use-fähiger Prüfstand. Dort können unterschiedliche Elektrolysetechnologien und neu entwickelte Komponenten mit Brack- oder Salzwasser untersucht und miteinander verglichen werden. Dazu zählen PEM-, alkalische und AEM-Elektrolyse. Vielversprechende Materialien lassen sich so von kleineren Messzellen auf größere Aufbauten übertragen. Dadurch können die Forschenden neben dem Verhalten einzelner Materialien auch das Zusammenspiel mehrerer Zellen und weiterer Systemkomponenten untersuchen.

Langzeitstabilität rückt in den Fokus

Im Rahmen von SeaEly wurden Prüfstände und Komponenten für die Untersuchung der Elektrolyse mit Meer- und Brackwasser entwickelt und erste Machbarkeitsuntersuchungen durchgeführt. Die entstandene Infrastruktur schafft nun die Grundlage für systematische Langzeituntersuchungen. Im Mittelpunkt stehen dabei Alterung, Korrosion und Ablagerungen sowie die Frage, welchen Einfluss die Zusammensetzung des Elektrolyten auf die Lebensdauer der Komponenten hat.

Die im Projekt entwickelten Prüfstände werden bei Fraunhofer IFAM und Fraunhofer IWES auch nach Abschluss von SeaEly weiter eingesetzt. Untersucht werden damit unter anderem alternative Wasserquellen sowie die Eignung von Komponenten für die Elektrolyse. Darüber hinaus stehen die Prüfstände für Industrieprojekte und externe Anwendungen zur Verfügung.

Quelle: Ungereinigtes Meerwasser im Elektrolyseur: Fraunhofer testet Materialien und Membranen

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Bereits seit mehreren Jahren führt das Landesamt für Denkmalpflege und Archäologie (LDA) Sachsen-Anhalt taucharchäologische Untersuchungen im Arendsee im Altmarkkreis Salzwedel durch. Dabei sorgten unter anderem jungsteinzeitliche Fischzäune, ein hochmittelalterlicher Prahm – ein flachbodiges Lastschiff – sowie ein spätmittelalterlicher Einbaum für Aufsehen.

Im Sommer 2026 gelang den Forschenden eine weitere außergewöhnliche Entdeckung. Die neuen Funde führen rund 10.500 Jahre zurück in eine Zeit, in der die Menschen noch nicht dauerhaft sesshaft waren und sich vom Jagen, Sammeln und Fischfang ernährten. In dieser als Mesolithikum oder Mittelsteinzeit bezeichneten Epoche lebte auch die Schamanin von Bad Dürrenberg. Auch am Ufer des Arendsees hielten sich nachweislich bereits Menschen auf.

Besondere Bedingungen erhalten jahrtausendealte Spuren

Eine geologische Besonderheit des Arendsees hat dazu beigetragen, dass die Spuren der damaligen Besiedlung und der einstigen Uferlandschaft außergewöhnlich gut erhalten geblieben sind. Anders als viele Binnengewässer, die im Laufe der Jahrtausende langsam verlanden, sinkt der Grund des Arendsees durch geologische Prozesse über einem im Untergrund liegenden Salzstock langsam ab. Dadurch befinden sich die mesolithischen Funde heute unter einer dünnen Sedimentschicht in etwa 20 Metern Tiefe und sind ausgezeichnet konserviert.

Neben den für diese Zeit typischen Funden wie Steingeräten und Tierknochen konnten die Taucher auch selten erhaltene Hölzer bergen. „Die Funde werfen ein ganz neues Licht auf die Mittelsteinzeit, für die Spuren von Bauten bislang in Mitteldeutschland nur in Form von Erdverfärbungen bekannt sind“, erklärt Landesarchäologe Harald Meller. Nach ersten Erkenntnissen könnte es sich bei einem 1,60 Meter hohen Pfahl mit Fällspuren und bis zu 1,30 Meter langen Spaltbrettern um Überreste ehemaliger Konstruktionen handeln.

Bei einem etwa 1,60 Meter hohen Pfahl aus dem Arendsee mit Fäll- und Bearbeitungsspuren könnte es sich um das tragende Element eines mittelsteinzeitlichen Bauwerks gehandelt haben. Quelle: Juraj Lipták´Copyright: Landesamt für Denkmalpflege und Archäologie Sachsen-Anhalt

Welche Konstruktionen entstanden vor 10.500 Jahren?

Noch ist unklar, welchem Zweck die entdeckten Holzkonstruktionen dienten. „Ob wir hier Reste von Hütten, oder andere, bisher vollkommen unbekannte Holzkonstruktionen vor uns haben, ist Gegenstand der laufenden und zukünftigen Forschungen“, erläutert Marcel Weiß, Projektleiter auf Seiten des LDA Sachsen-Anhalt. Sollte sich zeigen, dass bereits vor 10.500 Jahren dauerhafte Bauten oder intensiv gestaltete Lebensräume existierten, könnte dies das bisherige Bild von Jägern und Sammlern verändern. Die Funde wären rund 3.000 Jahre älter als die Langhäuser der ersten Bauern in Mitteleuropa.

Bislang wird die grundlegende Umgestaltung der natürlichen Umwelt zu Kulturlandschaften vor allem mit den ersten Bauern verbunden, die um 5.500 vor Christus nach Mitteldeutschland einwanderten. Die Unterwasserarchäologie am Arendsee könne daher eine besondere Möglichkeit bieten, mehr über die Wurzeln moderner Kulturlandschaften zu erfahren.

Unterwasserroboter kartiert die Fundstelle

Nach der Entdeckung im Frühjahr 2026 wurden weitere Proben und einzelne Funde geborgen, um Alter und Ausdehnung der Fundstelle genauer zu bestimmen. In einer zweiten Kampagne arbeitete das LDA Sachsen-Anhalt mit dem Fraunhofer IOSB-AST in Ilmenau zusammen. Mithilfe eines Remote Operated Vehicles (ROV), eines ferngesteuerten Unterwasserroboters, entstanden hochauflösende Sonarscans des einstigen Uferreliefs.

Durch die genaue Bestimmung der einzelnen Fundlagen sollen Verdachtsflächen eingegrenzt und weitere unterwasserarchäologische Untersuchungen gezielt geplant werden. „Die Unterstützung der Arbeiten unter Wasser mit modernsten Technologien, die am Fraunhofer Institut in Ilmenau entwickelt werden, ist für die Archäologie von unschätzbarem Wert“, sagt Sven Thomas, Taucheinsatzleiter des LDA Sachsen-Anhalt am Arendsee.

Die rund 10.500 Jahre alten Funde aus dem Arendsee könnten neue Einblicke in die Zeit der Schamanin von Bad Dürrenberg ermöglichen. Sie steht derzeit im Mittelpunkt der Sonderausstellung „Die Schamanin“ im Landesmuseum für Vorgeschichte Halle (Saale).

Quelle: Reste von über 10.000 Jahre alten mittelsteinzeitlichen Holzkonstruktionen im Arendsee gefunden

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Die Erde nimmt derzeit mehr Wärme auf, als sie ins Weltall abgibt. Rund 90 Prozent dieser zusätzlichen Wärme werden von den Ozeanen aufgenommen. Das wirkt sich unter anderem auf den Meeresspiegel, marine Hitzewellen und Wetterphänomene wie El Niño aus.

Wie sich die Wärme innerhalb der Ozeane verteilt, lässt sich bislang mit frei treibenden Tauchbojen nur unvollständig erfassen. Forschende der Universität Bonn kombinieren deshalb Messungen dieser Bojen mit Satellitendaten zum Meeresspiegel. Auf dieser Grundlage können sie monatliche Karten erstellen und die Erwärmung des gesamten Ozeans rekonstruieren.

Messdaten und Klimamodelle zeigen Unterschiede

Über alle Weltmeere betrachtet stimmen die Ergebnisse der Forschenden weitgehend mit den Klimamodellen überein. Bei einzelnen Ozeanbecken zeigen sich jedoch deutliche Unterschiede zu den Modellsimulationen, die teilweise im zweistelligen Prozentbereich liegen. Besonders auffällig war die Entwicklung zwischen 2005 und 2015: In diesem Zeitraum nahm der Indische Ozean ungewöhnlich viel Wärme auf. Über die vergangenen 20 Jahre entfiel jeweils etwa ein Drittel der zusätzlichen Wärme auf Pazifik, Atlantik und Indischen Ozean. Nach Angaben der Forschenden deutet dies auf einen Wärmetransport zwischen den Ozeanen hin.

Für ihre Untersuchung kombinieren die Forschenden Bojenmessungen mit Daten verschiedener Satelliten. Radaraltimetersatelliten erfassen den Meeresspiegel sehr genau. Da sich Wasser bei steigenden Temperaturen ausdehnt, führt die Erwärmung zu einem Anstieg des Meeresspiegels im Millimeterbereich – ähnlich wie bei der Flüssigkeit in einem Thermometer.

Allerdings steigt der Meeresspiegel auch durch schmelzende Gletscher und Eisschilde. Um diesen Einfluss herauszurechnen, nutzt das Forschungsteam Messungen der GRACE-Satelliten. So lässt sich die Erwärmung des gesamten Ozeans bestimmen und ihre räumliche Verteilung abbilden. Die Bojendaten liefern zusätzlich Informationen über die Erwärmung der oberen Ozeanschichten. Dadurch können die Forschenden abschätzen, wie sich die zusätzliche Wärme in unterschiedlichen Tiefen verteilt.

Aufnahme von Wärmeenergie (OHU) in den großen Ozeanbecken, wie aus Satellitenmessungen der letzten 20 Jahre ermittelt. Copyright: Abbildung: Bernd Uebbing/Uni Bonn

Regionale Unterschiede genauer berücksichtigen

Ein neuer Bestandteil der Methode ist die Berechnung des Wärmeausdehnungskoeffizienten für verschiedene Regionen des Ozeans. Bislang wurde dieser Wert häufig als überall gleich angenommen. Nach Angaben der Forschenden kann dies zu erheblichen Fehlern führen.

Für die Untersuchung mussten große und sehr unterschiedliche Datensätze einheitlich ausgewertet werden. Moderne Rechenverfahren helfen dabei, Unterschiede in der Datenverteilung zu berücksichtigen und mögliche Fehlinterpretationen zu minimieren. Die Wärmeaufnahme und -verteilung in den Ozeanen kann sich innerhalb weniger Jahre deutlich verändern. Die Ursachen und Folgen dieser Veränderungen sind bislang noch nicht vollständig verstanden. Umso wichtiger seien langfristige und verlässliche Messungen durch Satelliten und Messsysteme im Meer.

Nach Ansicht der Forschenden sollte sich die Klimapolitik zudem nicht allein an der Entwicklung der mittleren Landoberflächentemperaturen orientieren. Der Ozean und insbesondere der Meeresspiegelanstieg seien als „Thermometer des Erdsystems“ besser geeignet, da sie deutlich geringeren Schwankungen unterliegen.

Analyse soll auf frühere Jahrzehnte ausgeweitet werden

Im nächsten Schritt wollen die Forschenden ihre Analyse auf frühere Jahrzehnte ausweiten. Da vor 1993 weniger Satellitendaten verfügbar sind, sollen dafür historische Messungen herangezogen werden. Künftig sollen außerdem Daten der Satelliten GRACE-C und NGGM in die Untersuchungen einfließen.

Originalpublikation: ESSD – Improving global and regional ocean heat content by consistently combining GRACE gravity, satellite altimetry and Argo profile observations in a joint inversion framework

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Forschende des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) und des Instituts für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg haben bislang unbekannte Mikroorganismen in den Kiemen von Korallenrifffischen entdeckt. Die Bakterien könnten vielfältige Stoffwechselfunktionen übernehmen. Besonders häufig stieß das Team auf eine neue Gruppe von Proteobakterien mit chemosynthetischem Potenzial.

Solche Bakterien können durch die Oxidation anorganischer Verbindungen Energie gewinnen und diese nutzen, um Kohlendioxid in Biomasse zu fixieren. Bekannt sind Mikroorganismen mit chemosynthetischen Fähigkeiten bereits aus verschiedenen marinen Lebensräumen und von wirbellosen Wirten wie Ringelwürmern und Weichtieren. Bei Fischen wurden sie nach Kenntnis der Forschenden bislang jedoch noch nicht dokumentiert.

Die Ergebnisse der in PLOS Genetics veröffentlichten Studie zeigen zugleich, dass Fischkiemen ein komplexes und spezialisiertes Mikrobiom beherbergen. Dieses ist bislang wenig erforscht, könnte aber eine wichtige Rolle für den Stoffwechsel, die Immunabwehr und die Gesundheit der Fische spielen.

Vom vermeintlichen Störfaktor zum Forschungsgegenstand

Für ihre Untersuchung griffen die Wissenschaftler auf Daten früherer Genomstudien an tropischen Hamletbarschen (Hypoplectrus spp.) aus der gesamten Karibik zurück. Dafür waren Hunderte Kiemenproben untersucht und die gesamte DNA in den Gewebeproben – das sogenannte Metagenom – sequenziert worden. Der Datensatz enthielt dadurch nicht nur die DNA der Fische, sondern auch die ihrer mikrobiellen Kiemenbewohner.

Ursprünglich interessierte sich das Team ausschließlich für die Fisch-DNA, um die Artbildung und Evolution der Tiere zu untersuchen. Die mikrobielle DNA sollte dagegen unberücksichtigt bleiben. Schließlich entschieden sich die Forschenden jedoch dafür, ihren Datensatz aus einer völlig anderen Perspektive zu analysieren.

„Früher haben wir uns bei unserer Arbeit ausschließlich auf die Fisch-DNA konzentriert und mikrobielle DNA als Verunreinigung betrachtet“, erinnert sich Oscar Puebla, Fischökologe am ZMT und Professor für Fischökologie am ICBM der Universität Oldenburg. „Eines Tages dachten wir uns: Warum betrachten wir die Sache nicht einmal aus der umgekehrten Perspektive, untersuchen das Mikrobiom der Kiemen und lassen die Fisch-DNA außer Acht?“

Aus diesem Perspektivwechsel entstanden neue Forschungsfragen. An den Untersuchungen waren neben ZMT und ICBM auch Kollegen vom Helmholtz-Institut für funktionelle marine Biodiversität (HIFMB) in Oldenburg sowie von den Universitäten Hongkong und Chicago beteiligt.

„Unser Plan bestand nun darin, herauszufinden, welche Mikroorganismen in den Kiemen dieser Fische leben, und so neue Aufschlüsse in das noch wenig erforschte Kiemenmikrobiom zu erlangen“, erklärt Sabrin Abdelghany, ehemalige Doktorandin am ZMT und Erstautorin der Studie.

Die Kiemen sind dabei ein besonders interessanter Lebensraum. Ihr Co-Autor Martin Helmkampf vom ZMT ergänzt: „Die Kiemen sind eine wichtige Schnittstelle zwischen dem Körper des Fisches und seiner Umwelt. Sie sind nicht nur für den Gasaustausch bei der Atmung von Bedeutung, sondern auch für die Immunabwehr, die Ausscheidung von Abfall- und Stoffwechselprodukten sowie für die Regulierung des pH-Werts und des Salzhaushalts im Körper.“

Weniger als fünf Prozent der DNA liefern neue Erkenntnisse

Mehr als 95 Prozent der aus den Kiemen gewonnenen DNA stammten von den Hamletbarschen. Auf die mikrobielle DNA entfielen weniger als fünf Prozent. Dieser vergleichsweise kleine Anteil genügte jedoch, um neue Erkenntnisse über das Kiemenmikrobiom zu gewinnen.

Den Forschenden gelang es, 70 bakterielle Genome aus insgesamt 17 Bakteriengruppen zu rekonstruieren. Die Mehrzahl dieser Bakterien war neu für die Wissenschaft. Zudem unterschied sich das Kiemenmikrobiom deutlich von der Gemeinschaft der Mikroorganismen im umgebenden Meerwasser. Die Zusammensetzung spricht nach Angaben der Forschenden dafür, dass das Mikrobiom der Kiemen nicht lediglich das Meerwasser-Mikrobiom widerspiegelt, mit dem die Tiere ständig in Kontakt kommen. Vielmehr scheint es speziell an das Leben auf den Kiemen angepasst zu sein.

Puebla sagt: „Die Gene in diesen neuen Bakteriengenomen deuten darauf hin, dass die in den Kiemen gefundenen Mikroorganismen eine Vielzahl von Stoffwechselfunktionen ausüben können, darunter zahlreiche potenzielle metabolische Wechselwirkungen sowohl zwischen verschiedenen Bakterien als auch zwischen den Bakterien und den Fischen.“

Hinweise auf Chemosynthese in den Fischkiemen

Eine weitere Entdeckung überraschte das Forschungsteam: Die am häufigsten in den Kiemen vorkommenden Bakterien verfügen über sämtliche Gene, die für die Chemosynthese erforderlich sind. Damit besitzen sie das Potenzial, Kohlendioxid zu binden. Die dafür benötigte Energie beziehen sie – anders als Pflanzen – nicht aus Sonnenlicht, sondern aus der Oxidation anorganischer Verbindungen.

„Wir haben die DNA von Proteobakterien aus der Familie der Burkholderiaceae mit chemosynthetischem Potenzial nachgewiesen“, berichtet Sabrin Abdelghany. „Bakterien mit solchen chemosynthetischen Fähigkeiten wurden bereits in verschiedenen Meereslebensräumen wie Tiefsee-Hydrothermalquellen oder in Verbindung mit Wirbellosen wie Ringelwürmern und Weichtieren gefunden. Nach unserem Kenntnisstand wurden sie bislang jedoch noch nicht bei Fischen dokumentiert.“

Bedeutung des Kiemenmikrobioms noch weitgehend unbekannt

Die Ergebnisse zeigen den Forschenden zufolge, dass die Kiemen ein komplexes und spezialisiertes Mikrobiom beherbergen. Welche Bedeutung diese Mikroorganismen für die Fische haben, ist allerdings noch weitgehend offen. Möglich ist, dass sie eine Rolle für Stoffwechsel, Immunsystem und Gesundheit spielen. Die neuen Erkenntnisse werfen deshalb weitere Forschungsfragen auf.

Helmkampf beschreibt es so: „Es ist wie zum ersten Mal durch einen Dschungel zu wandern, damit anzufangen, die dort lebenden Organismen zu untersuchen, und sich zu fragen, wie sie wohl miteinander interagieren.“

Puebla fasst zusammen: „Wir befinden uns eindeutig noch in einer Phase der Erkundung und Entdeckung und wissen so gut wie nichts darüber, welche Bedeutung das Kiemenmikrobiom für die Physiologie und Gesundheit von Fischen hat. Das ist sowohl für Aquakultur als auch für natürliche Populationen relevant, die mit raschen Umweltveränderungen konfrontiert sind.“

Originalpublikation: Proteobacteria with chemosynthetic potential are highly prevalent in the gills of Hypoplectrus reef fishes | PLOS Genetics

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Bei Hochwasser zählt oft jede Minute: Behörden müssen schnell erkennen, wo sich Wasser ausbreitet und welche Schutzmaßnahmen den größten Schaden verhindern. Im Forschungsprojekt BONSAI simulieren die Universität Siegen und 16 internationale Partner künftige, klimawandelbedingte Szenarien, um Schutzsysteme, Katastrophenschutz und Fachkräfteausbildung zu stärken – mit 10,7 Mio. Euro Budget, davon 6,42 Mio. Euro von der EU (Interreg North-West-Europe) und 634.000 Euro für die Uni Siegen.

„Durch den Klimawandel nehmen Starkregen, Sturmfluten und der Meeresspiegelanstieg zu. Dadurch geraten Deiche, Sperrwerke und andere Hochwasserschutzanlagen stärker unter Druck – vor allem in Gegenden rund um Flussmündungen“, erklärt Dr.

Dr. Evangelos Rozos, Leiter der Siegener Forschungsgruppe (Quelle: Universität Siegen/idw)

Evangelos Rozos, Leiter der Siegener Forschungsgruppe. „Es müssen robuste, physikalisch fundierte Methoden entwickelt werden, um zukünftige Hochwasserrisiken abzuschätzen und dieses Wissen in praktische, zuverlässige und anpassungsfähige Konzepte für den Hochwasserschutz zu überführen.“

Digitales Werkzeug für den Hochwasserschutz

Genau das soll im Projekt BONSAI umgesetzt werden. Von Seiten der Universität Siegen simuliert das Forschungsinstitut für Wasser und Umwelt (FWU) unter Prof. Dr. Jorge Leandro, wie sich Wasser bei Hochwasser über ein Gelände ausbreitet – unter Berücksichtigung von Topografie, Geländeeigenschaften und Randbedingungen. Gemeinsam mit der Universität Lille entwickelt Siegen zudem ein interaktives Online-Entscheidungsunterstützungssystem, das hydrodynamische Modellierung, räumliche Analyse und Optimierung verbindet. Es soll Einsatzkräfte dabei unterstützen, gefährdete Gebiete zu identifizieren, kritische Infrastruktur wie Krankenhäuser zu schützen und temporäre Schutzmaßnahmen – etwa mobile Hochwasserbarrieren – gezielt einzusetzen. Erprobt wird das Tool zunächst in der ostfriesischen Stadt Norden; viele Methoden sollen sich aber auch auf Binnenregionen wie Südwestfalen übertragen lassen.

Vom Forschungslabor in die Anwendung

Um im Projekt entwickeltes Wissen, Methoden und Werkzeuge direkt den Fachkräften zu präsentieren, richten die teilnehmenden Hochschulen regelmäßig Flood Academies (Flut Akademien) aus. September 2027 findet die Veranstaltung am Biggesee bei Olpe statt, veranstaltet durch die Uni Siegen. Die Veranstaltung richtet sich in erster Linie an Akteure, die unmittelbar für das Management von Hochwasserschutzmaßnahmen, die Katastrophenbewältigung sowie die Instandhaltung und den Betrieb von Deichen verantwortlich sind.

Eine internationale Gruppe von Expertinnen und Experten wird Vorträge und Diskussionsbeiträge anbieten. Die Teilnehmenden können sich über den aktuellen Stand der Forschung sowie über moderne Ansätze des Hochwasserschutzes aus verschiedenen Regionen und Perspektiven weltweit informieren. Das übergeordnete Ziel ist es, das Verständnis von Hochwasserrisiken zu erweitern und sowohl bekannte als auch weniger häufig berücksichtigte Gefahren für Hochwasserschutzanlagen in den Blick zu nehmen. Dabei geht es etwa darum, wie grabende Tiere die Stabilität von Deichen beeinflussen und wie sich Deiche mit schonenden Methoden stärken lassen, zum Beispiel, indem man gezielt geeignete Pflanzenarten einsetzt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Evangelos Rozos, Universität Siegen
Evangelos.Rozos@uni-siegen.de

Prof. Dr. Jorge Leandro, Universität Siegen
jorge.leandro@uni-siegen.de

Quelle: Universität Siegen

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Fraunhofer UMSICHT entwickelt mit ARKON ein neues Verfahren für die vierte Reinigungsstufe. Mikroschadstoffe und ein Teil der PFAS werden dabei an Harz gebunden, das direkt vor Ort regeneriert und erneut eingesetzt werden kann. Das soll Ressourcen, Energie und Entsorgungskosten sparen. Auf der Kläranlage Wolfsburg soll das Verfahren nun unter realen Bedingungen demonstriert werden.

Arzneimittelrückstände, Pestizide und Industriechemikalien gelangen über das Abwasser in Flüsse, Seen und das Grundwasser. Bereits in niedrigen Konzentrationen können sie Ökosysteme beeinträchtigen und die Gesundheit gefährden. Herkömmliche Kläranlagen können viele dieser Mikroschadstoffe nur unzureichend entfernen. Als besonders langlebig gelten per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), die sich in der Umwelt und in Organismen anreichern.

Mit der 2025 in Kraft getretenen EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) steigen die Anforderungen an die Abwasserreinigung. Große Kläranlagen müssen schrittweise um eine vierte Reinigungsstufe erweitert werden. Insbesondere Hersteller von Arzneimitteln und Kosmetika werden dabei in die Verantwortung genommen und sollen künftig mindestens 80 Prozent der Investitions- und Betriebskosten tragen. Allein in Deutschland gelten die Anforderungen für gut 570 kommunale Kläranlagen. Der Investitionsbedarf wird auf bis zu 10,5 Mrd. Euro geschätzt. Hinzu kommen jährliche Aufwendungen im hohen dreistelligen Millionenbereich. Damit gewinnen nachhaltige und bezahlbare Technologien für die vierte Reinigungsstufe an Bedeutung.

Harz wird im Kreislauf wiederverwendet

Konventionelle Verfahren für die vierte Reinigungsstufe wie Aktivkohle und Ozonung sind technisch etabliert, benötigen jedoch Energie und Ressourcen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickeln mit ARKON eine Alternative. Das Verfahren basiert auf den drei Schritten Adsorption, Regeneration und Konzentration.

Das biologisch gereinigte Abwasser strömt zunächst durch ein Harzbett. An dessen Oberfläche lagern sich Mikroschadstoffe sowie ein Teil der PFAS an. Anschließend werden die gebundenen Stoffe mithilfe von zwei unterschiedlichen Regenerationsmedien wieder vom Harz gelöst. Durch Filtration können die Regenerationsmedien danach weiter aufkonzentriert werden. So entsteht aus dem ursprünglichen Abwasserstrom ein kleinvolumiges Spurenstoffkonzentrat, das mit geringem Aufwand entsorgt werden kann. Die Regenerationsmedien verbleiben weitgehend im Prozess. Zusätzlich wird Wärme zurückgewonnen.

„Im Unterschied zu konventionellen Adsorptionsverfahren muss das Material nicht laufend ausgetauscht und kostenintensiv extern regeneriert werden. Bei ARKON führen wir es im Kreislauf. So verbinden wir eine leistungsfähige Adsorption mit einer ressourcenschonenden Regeneration“, erklärt Dr.-Ing. Lukas Rüller aus der Abteilung Circular Water and Biomass Utilization bei Fraunhofer UMSICHT.

Praxistest auf der Kläranlage Wolfsburg

Das UMSICHT-Team um Lena Fingerhut, Josef Robert und Lukas Rüller hat die entscheidenden Verfahrensschritte bereits im Labor und im Technikum erprobt. Als nächster Schritt soll ARKON auf der Kläranlage Wolfsburg in größerem Maßstab demonstriert werden. Geplant ist eine Teilstromanlage mit einem Durchsatz von 25 bis 50 m³ pro Stunde. Im Dauerbetrieb wollen die Forschenden unter anderem untersuchen, wie lange das Harz Schadstoffe bindet, wie häufig eine Regeneration erforderlich ist und wie sich der Energie- und Chemikalienverbrauch weiter reduzieren lässt.

Die Ergebnisse sollen verlässliche Auslegungsdaten für Kläranlagen unterschiedlicher Größe liefern und einen Vergleich mit Aktivkohle und Ozonung ermöglichen. Die Demonstrationsanlage in Wolfsburg soll zudem als Referenz für weitere kommunale Betreiber und Unternehmen im Anlagenbau dienen.

Darüber hinaus kommt das Verfahren auch für Anwendungen in der Chemie- und Pharmaindustrie, auf Deponien sowie in der Oberflächentechnik infrage.

Quelle: Vierte Reinigungsstufe: Kreislaufverfahren nimmt Mikroschadstoffe ins Visier

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Anthropogener Kohlenstoff hinterlässt inzwischen auch in tiefen Wassermassen des Nordatlantiks einen messbaren Fingerabdruck. Ein Forschungsteam des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen hat anhand von Kohlenstoff-Isotopen untersucht, wie weit der sogenannte Suess-Effekt in den Ozean vorgedrungen ist. Die Ergebnisse zeigen das Signal in fast allen untersuchten Wassermassen.

Anthropogener Kohlenstoff verändert die Isotopensignatur

In seiner stabilen Form besteht Kohlenstoff aus den Isotopen C-12 und C-13. Pflanzen binden während der Photosynthese bevorzugt das leichtere C-12. Da Brennstoffe überwiegend aus fossilem Pflanzenmaterial bestehen, enthalten diese vergleichsweise wenig des schweren Kohlenstoffisotops C-13. Durch ihre Verbrennung nimmt deshalb das Verhältnis von C-13 zu C-12 in der Atmosphäre ab. Durch den Austausch mit der Atmosphäre übernimmt das Oberflächenwasser zunehmend diese veränderte Isotopensignatur. Durch vertikale Vermischung und die Bildung von Tiefenwasser kann der anthropogene Kohlenstoff tief in den Ozean transportiert werden.

Messungen entlang des Nordatlantiks

Neue Messungen zeigen nun, wie weit dieses anthropogene Kohlenstoffsignal bereits in die Tiefenwassermassen des Nordatlantiks vorgedrungen ist. Für ihre in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichten Studie untersuchte das Team um Emma Bavoux Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse in Wasserproben, die während zweier Expeditionen mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN in den Jahren 2017 und 2018 entlang eines Schnitts bei etwa 48° Nord durch den gesamten Nordatlantik gewonnen wurden. Zusätzlich nutzten die Forschenden frühere Messungen des ebenfalls durch menschliche Aktivitäten erzeugten Spurengases Schwefelhexafluorid (SF₆), um den von Menschen verursachten Anteil im Kohlenstoff-Isotopenverhältnis abzuschätzen.

„Uns hat überrascht, wie groß der Suess-Effekt in den Tiefenwassermassen des Nordatlantiks bereits ist“, sagt Emma Bavoux.

Suess-Effekt nachweisbar bei bis zu 2.000 Metern

Der Suess-Effekt ist mittlerweile in fast allen untersuchten Wassermassen des Nordatlantiks nachweisbar. Junge, unter der Oberfläche liegende Wassermassen im Nordatlantik oder solche, die zuletzt Kontakt zur Atmosphäre hatten, wiesen den stärksten Suess-Effekt auf. Der Suess-Effekt war in tiefen, alten Wassermassen wie dem Nordostatlantischen Tiefenwasser, die wahrscheinlich seit mehreren hundert Jahren keinen Kontakt zur Atmosphäre hatten, äußerst schwach oder nicht nachweisbar. Proben aus dem westlichen Nordatlantik hingegen – das Labradormeerwasser und die durch die Dänemarkstraße strömenden und anschließend in größere Tiefen absinkenden Wassermassen – wiesen seit der vorindustriellen Zeit einen Suess-Effekt von etwa 0.3 bis 0.6 Promille auf. Den Forschenden gelang es darüber hinaus, einen großen ozeanischen Wirbel in der Labradorsee zu beobachten, der ein deutliches Suess-Effekt-Signal in Wassertiefen von bis zu 2.000 Metern transportiert.

Bedeutung für Kohlenstoffkreislauf und Ozeanforschung

Die Veröffentlichung zeigt, dass sich die Spuren industrieller Aktivitäten zunehmend im Ozean nachweisen lassen. Die Forschenden weisen aber auch darauf hin, dass der Suess-Effekt bereits in den Schalen von Mikrofossilien nachweisbar ist. Dazu gehören etwa die sogenannten Foraminiferen, die in den letzten Dekaden am Ozeanboden abgelagert wurden.

„Mit dem Suess-Effekt konserviert der Ozeanboden Signale menschlichen Ursprungs, die nun langfristig in diesen geologischen Archiven den Beginn des Anthropozäns markieren“, sagt Stefan Mulitza, Mitautor der Studie. „Wie stark sich diese stratigraphische Grenze ausprägen wird, hängt vor allem von der Entwicklung der zukünftigen Kohlendioxid-Emissionen ab.“

Originalpublikation:
Bavoux, E., Mulitza, S., Steinfeldt, R., Kuhnert, H., Martinez-Mendez, G., & Pälike, H.: Anthropogenic carbon isotope signals in North Atlantic water masses at 48°N. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121339. https://doi.org/10.1029/2025GL121339

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
MSc. Emma Bavoux
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
ebavoux@marum.de
Dr. Stefan Mulitza
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
smulitza@marum.de

Quelle: MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

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Normalerweise werden Cyanobakterien als im Wasser schwebende Organismen wahrgenommen, die unter günstigen Bedingungen sichtbare Blüten bilden. Es gibt jedoch auch Arten, die auf Wasserpflanzen wachsen – sogenannte pflanzen-assoziierte Cyanobakterien. Einige davon gelten als potenziell toxisch und können Nervengifte wie z. B. Anatoxine und Saxitoxine produzieren.

Mehr als nur Algenblüten

Ein neuer Übersichtsartikel zeigt, dass solche pflanzen-assoziierten Cyanobakterien keineswegs auf bestimmte Gewässertypen beschränkt sind. Die Forschenden dokumentierten entsprechende Vorkommen in 107 Süßwassersystemen in zwölf Ländern auf fünf Kontinenten. 97 der Fälle stammen aus Seen, Speichern und Teichen, zehn aus Flüssen, Bächen oder anderen Fließgewässern. Die untersuchten stehenden Gewässer reichten von einem bis 30.400 Hektar Fläche und von 1,8 bis 288 Metern maximaler Tiefe.
Besonders bemerkenswert: Die Organismen wurden auch in nährstoffarmen, oligotrophen Gewässern gefunden. Ihr Auftreten ist somit nicht auf stark nährstoffbelastete Seen und Flüsse beschränkt, in denen klassische Cyanobakterienblüten besonders häufig sind.

Die Übersicht umfasst mindestens 24 Wasserpflanzenarten, die mit toxischen oder potenziell toxischen Cyanobakterien in Verbindung gebracht wurden. Dazu zählen untergetauchte, schwimmende und über die Wasseroberfläche ragende Pflanzen. Häufig genannt werden Wasserpest (Hydrilla verticillata), Tausendblatt (Myriophyllum spicatum) und Hornblatt (Ceratophyllum demersum).

Bisher wenige beachtet

„Anders als frei schwebende Cyanobakterien können pflanzen-assoziierte Formen oft kleinräumig und ungleichmäßig verteilt auftreten. Die routinemäßige Wasserüberwachung konzentriert sich jedoch vielfach auf die Wassersäule. Dadurch können Vorkommen auf Pflanzen unentdeckt bleiben“, erläutert IGB-Forscherin Dr. Sabine Hilt, Erstautorin des Artikels.

Das ist insbesondere für die Uferzone relevant. Dort kommen Menschen und Tiere am häufigsten mit Wasserpflanzen in Kontakt. Werden Pflanzen durch Wellen, Strömungen oder andere Kräfte losgerissen, können sie die auf ihnen lebenden Cyanobakterien bis ans Ufer transportieren. In Europa und Nordamerika wurden bereits Todesfälle von Hunderten Vögeln und mindestens 26 Hunden mit pflanzen-assoziierten Cyanobakterien in Verbindung gebracht.

„Pflanzen-assoziierte Cyanobakterien sind bislang deutlich weniger untersucht als frei schwebende Formen. Unsere Übersicht zeigt, dass wir bei der Überwachung von Süßgewässern nicht nur in die Wassersäule schauen sollten, sondern auch auf die Lebensgemeinschaften auf Wasserpflanzen“, sagt Sabine Hilt.

Auch für aquatische Nahrungsnetze sind die Organismen relevant. Pflanzenfresser können Cyanobakterien mit ihrer Nahrung aufnehmen, während Zooplankton und wirbellose Tiere die Aufwuchsgemeinschaften abweiden. Hinweise auf einen Transfer von Toxinen durch Nahrungsnetze gibt es bereits. Wie häufig und unter welchen Bedingungen dieser Weg zu einer relevanten Belastung von Tieren führt, ist jedoch noch nicht zuverlässig bekannt.

Offen ist insbesondere, welche Umweltbedingungen das Wachstum und die Toxinproduktion auf Wasserpflanzen fördern. Ebenso fehlen belastbare Daten dazu, wie empfindlich verschiedene Tierarten auf die Toxine reagieren und wie stark diese in aquatischen und terrestrischen Nahrungsnetze weitergegeben werden. Ein pauschales Gesundheitsrisiko für Menschen lässt sich aus den bisherigen Befunden daher nicht ableiten.

Die Übersicht macht damit eine bislang wenig beachtete Lücke sichtbar: Wer toxische Cyanobakterien in Süßgewässern erfassen will, muss nicht nur ins Wasser schauen, sondern auch auf die Pflanzen darin.

Originalpublikation:
Sabine Hilt, Pablo Barrancos, Elena M Bezzubova, Haowu Cheng, Lea Drescher, Petr Dvořák, Hans-Peter Grossart, Ferdi Hellweger, Sven Meissner, Michael T Monaghan, Timo H J Niedermeyer, Alexander R Pelletier, Charlotte Schampera, Nikola Stankovic, Christoph van Thriel, Susan B Wilde, Susanna A Wood, Jutta Fastner, Aquatic plant-associated toxic cyanobacteria—a new threat to freshwater ecosystems, BioScience, 2026;, biag095, https://doi.org/10.1093/biosci/biag095

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Sabine Hilt, IGB

Quelle: Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

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Seit dem Jahr 2012 besteht die Klimapartnerschaft zwischen der Stadt Oldenburg und der südafrikanischen Buffalo City Metropolitan Municipality (BCMM). Seit Februar 2022 wird diese Partnerschaft um die Betreiberpartnerschaft zwischen dem Oldenburgisch-Ostfriesischen Wasserverband (OOWV), dem Wupperverband und BCMM ergänzt. Gemeinsam setzen die Stadt Oldenburg und die Betreiberpartnerschaft seit November 2023 das Modellprojekt „Entwicklung einer energieeffizienten Kläranlage in East London“ um. Gefördert wird dies durch das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) über das Förderprogramm für kommunale Klimaschutz- und Klimaanpassungsprojekte (FKKP). Ziel ist es, den Energieverbrauch der Kläranlage zu optimieren und einen Teil des Strombedarfs mit Photovoltaik selbst zu erzeugen.

Südafrikanische Fachkräfte besuchen OOWV-Anlagen

Projektingenieur Ingo Schuster führte die Besuchergruppe durch den Neubau des Wasserwerks Marienhafe (Quelle: Heino Hermanns/OOWV)

Kurz vor Projektende besuchte eine Delegation aus den Bereichen Wasser, Abwasser, Energie und internationale Beziehungen den OOWV. Auf dem Programm standen unter anderem die Klärschlammtrocknung Riepe, das Wasserwerk Marienhafe, die Kläranlage Oldenburg und das Wasser- und Waldzentrum Schortens.

„Wir brauchen den globalen Blick, um lokal auf Veränderungen reagieren zu können“, sagt OOWV-Geschäftsführer Karsten Specht. „Der direkte Austausch zwischen Expertinnen und Experten auf allen Ebenen macht die Partnerschaften so gewinnbringend für beide Seiten.“

Ein Schwerpunkt des Austauschs liegt auf der Frage, welche Technologien sich unter den Bedingungen in Südafrika einsetzen lassen. OOWV-Ingenieur Gerold Eiben verweist etwa auf Vandalismus und Materialdiebstahl, die den Betrieb technischer Anlagen erschweren.

„Das bedeutet aber auch, dass sehr viel improvisiert wird und die Technik so einfach wie möglich gehalten werden muss.“

Potenzial sehen die Beteiligten insbesondere bei Photovoltaik. OOWV-Projektkoordinatorin Anna Hörlein erklärt:

„Die Tatsache, dass Solarenergie bei uns funktioniert, obwohl das Potential nicht annähernd so hoch ist wie in Südafrika, hat die Partner überzeugt, es auch auszuprobieren.“ Die Zusammenarbeit mit so vielen verschiedenen Akteuren wie der Stadt Oldenburg, verschiedenen wissenschaftlichen Einrichtungen wie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und den Partnern von der Betreiberpartnerschaft klappe hervorragend. „Ich bin dankbar, dass ich so viele verschiedene Sichtweisen auf das Projekt kennenlernen kann und wir alle an einem Strang ziehen.“

16 Klärwärter bereits geschult

Neben der Technik ist der Wissenstransfer Bestandteil der Partnerschaft. Nach Angaben von BCMM haben bereits 16 Klärwärter an speziellen Trainings teilgenommen.

„Durch das Pilotprojekt wollen wir Erfahrungen sammeln im Umgang mit neuen Technologien“, sagt Ayanda Skwebu, stellvertretender Bereichsleiter für Wasser und Abwasser bei BCMM. Die Erfahrungen mit Photovoltaik, Klärschlammverwertung und Biogas unterstützten die Entscheidungsfindung in Südafrika. „Wir würden daher gerne weitere Projekte durchführen.“

Modellprojekt geht in die Schlussphase

Das Projekt soll im Dezember 2026 enden. Mit dem Delegationsbesuch geht die Zusammenarbeit damit in ihre Schlussphase. Die beteiligten Fachkräfte wollen die gewonnenen Erfahrungen unter anderem für Entscheidungen über Photovoltaik, Biogas und weitere technische Maßnahmen in der südafrikanischen Wasser- und Abwasserwirtschaft nutzen.

Für die wasserwirtschaftliche Praxis zeigt das Projekt zugleich, dass Energieeffizienz und Eigenversorgung nicht losgelöst von den örtlichen Betriebsbedingungen betrachtet werden können. Technische Konzepte müssen zu Infrastruktur, verfügbarem Fachwissen und den konkreten Herausforderungen des Anlagenbetriebs passen. Der Austausch zwischen Betreibern kann dabei helfen, Erfahrungen aus unterschiedlichen Rahmenbedingungen für neue Lösungen nutzbar zu machen.

Quelle: Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverband

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In diesem Hitzesommer wurden in Deutschland vielerorts nicht nur Temperaturrekorde erreicht. Aufgrund anhaltender Wasserknappheit galten regional auch Bewässerungsverbote. Trockene Gärten und Grünflächen sowie Ernteausfälle in der Landwirtschaft zeigen, wie wichtig ein effizienter Umgang mit der Ressource Wasser wird.

Wie lässt sich Wasser einsparen und gleichzeitig eine ausreichende Versorgung von Nutzpflanzen gewährleisten? Mit dieser Frage beschäftigt sich ein Forschungsprojekt der Universität Osnabrück. Mithilfe KI-gestützter Überwachung wollen die Forschenden untersuchen, wie sich Trockenstress bei Pflanzen zuverlässig erkennen lässt und wie darauf aufbauend ein intelligentes Wassermanagement umgesetzt werden kann.

Menschliche und künstliche Intelligenz verbinden

„Wir sehen Pflanzen beim Sterben zu“, bringt Piper Powell ihre Forschungsarbeit auf den Punkt und lacht.

Eigentlich hat die 28-Jährige mit Botanik wenig am Hut: Sie ist Informatikerin und Teil des HybrInt-Teams. HybrInt ist ein gemeinsames Projekt der Universität Osnabrück und der Universität Hannover und wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur mit rund drei Millionen Euro gefördert. Unterstützt wird das Projekt zudem durch die Zusammenarbeit mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Osnabrück. Dazu gehört unter anderem ein Gärtnermeister, der sich um die Versorgung der Versuchspflanzen kümmert.

Ziel von HybrInt ist es, KI-Methoden zu entwickeln, die Stärken menschlicher Intelligenz wie Kreativität und Intuition mit den Fähigkeiten maschineller Systeme, beispielsweise bei der Verarbeitung großer Datenmengen, verbinden. Das intelligente Wassermanagement bildet dabei eines der Teilprojekte.

Roboter ADA sammelt Daten über Pflanzen

Eine zentrale Rolle übernimmt der „Agricultural Data Acquisition Robot“, kurz ADA. Der Roboter wurde 2025 von einem Team der Universität Osnabrück und des DFKI entwickelt und kommt in einem Folientunnel auf dem Gut Arenshorst in der Gemeinde Bohmte zum Einsatz. Ausgestattet mit RGB-, Hyperspektral-, Tiefen- und Wärmebildkameras kann das tischmontierte System Tausende Bilder pro Stunde aufnehmen. Bei einem einzigen Versuch können auf diese Weise automatisch Datenmengen im Terabyte-Bereich entstehen.

Aktuell erfasst ADA die Pflanzen zunächst während ihres Wachstums und anschließend während einer gezielt herbeigeführten Trockenstressphase.

„Wir lassen die Pflanzen kontrolliert austrocknen und nehmen sie dabei auf“, erläutert Prof. Dr. Martin Atzmüller, Professor am Institut für Informatik der Uni Osnabrück und Leiter des Forschungsbereichs Kooperative und Autonome Systeme am DFKI.

Die gewonnenen Daten dienen dazu, neue Modelle zu trainieren, die den aktuellen Zustand einer Pflanze möglichst zuverlässig erkennen können.

„Das Ziel ist es, Ressourcen gezielt dort einzusetzen, wo und wann sie am meisten gebraucht werden“, so Atzmüller.

Wenn vertrocknete Pflanzen wieder zum Leben erwachen

Wie schwierig es sein kann, den tatsächlichen Zustand einer Pflanze einzuschätzen, zeigte sich auch während der Versuche.

„Wir hatten dabei auch schon den einen oder anderen Zombie-Moment“, sagt Piper Powell.

Die Doktorandin und ihre Kollegen Amos Smith und Isaak Ihorst hatten bereits völlig vertrocknet wirkenden Zuckerrüben-Pflänzchen wieder Wasser gegeben – mit überraschendem Ergebnis: Die Pflanzen erholten sich. Powell zufolge sei es daher gar nicht so leicht festzustellen, wann eine Pflanze tatsächlich abgestorben sei – zumindest bei Zuckerrüben.

Offene Daten für ein intelligentes Wassermanagement

Ergänzt werden die von ADA erhobenen Informationen durch sogenannte Ground-Truth-Daten zum Trockenstress. Dazu zählen unter anderem Messungen des Wassergehalts in den Blättern, die anhand der Blattdicke und des relativen Wassergehalts bestimmt werden. Zusätzlich dokumentieren die Forschenden den Gesundheitszustand der Pflanzen sowie einen möglichen Schädlingsbefall.

Die gesammelten Daten werden anschließend über OsnaData, die Forschungsdatenbank der Universität Osnabrück, öffentlich bereitgestellt.

„Indem wir die Daten offen zugänglich machen, schaffen wir eine wertvolle Grundlage für weitere wissenschaftliche Arbeiten“, so Prof. Dr. Joachim Hertzberg von der Uni Osnabrück.

Damit sollen die Forschungsergebnisse nicht nur innerhalb des HybrInt-Projekts genutzt werden, sondern auch weiteren wissenschaftlichen Arbeiten zugutekommen und langfristig die Entwicklung eines intelligenten und ressourcenschonenden Wassermanagements unterstützen.

Quelle: HybrInt-Projekt: Mit KI gegen den Trockenstress

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Till-Hendrik Macher und Robin Schütz, damals beide Doktoranden in der Biologie der Universität Duisburg-Essen, fuhren ein Jahr lang alle zwei Wochen zur renaturierten Lippemündung bei Wesel und filtrierten je zwei Wasserproben – 26 Termine, 52 Proben. Darin konnten sie in Summe 1.072 Arten nachweisen:

• 40 Fisch- und Neunaugenarten,
• 41 Vogel- und 26 Säugetierarten,
• 425 aquatische,
• 350 terrestrische Wirbellose und
• 190 Arten von Kieselalgen

Zum Vergleich: Für denselben Ort sind in der globalen Biodiversitätsdatenbank GBIF insgesamt 1.029 Arten registriert, die in über 130 Jahren zusammengetragen wurden.

DNA-Metabarcoding bildet Artenvielfalt und saisonale Muster ab

Bei der klassischen Methode werden Organismen einzeln mit Kescher, Pinzette, Lupe und Mikroskop bestimmt. Mittels DNA-Metabarcoding lassen sich Arten hingegen über ihre Erbinformationen identifizieren, die sich in den Proben nachweisen lassen.

„Wir haben mit zwei Litern Wasser pro Termin 1.072 Arten quer durch den Stammbaum des Lebens nachgewiesen – von Kieselalgen über Eintagsfliegen bis zum Biber“, sagt Till-Hendrik Macher, Erstautor der Studie, der inzwischen an der Universität Trier forscht. „Und wir konnten nachweisen, dass unsere Daten tatsächlich die Biologie der Lippe abbilden und nicht nur zufällig in den Fluss gespülte DNA ist“, ergänzt Robin Schütz, mittlerweile Wissenschaftler am Bundesamt für Naturschutz. „Denn Winterlaicher wie Quappe und Hecht zum Beispiel zeigten ihre DNA-Maxima im Winter, die Blässgans genau in ihrer Überwinterungszeit.“

Auch ökonomisch ist der Ansatz interessant, denn der Bedarf an solchen Daten wächst: Sowohl das globale Biodiversitätsrahmenwerk von Kunming-Montreal (GBF) als auch die nationalen und europäischen Berichtspflichten verlangen eine räumliche und zeitliche Datendichte, die mit klassischen Methoden kaum zu leisten ist.

Effizienz bei geringeren Kosten

Mit der Methode von Macher und Schütz kostete die Analyse aller 52 Proben rund 12.000 Euro. Eine vergleichbare klassische Erfassung derselben Organismengruppen über ein Jahr würde etwa 70.000 Euro kosten – rund das Sechsfache. Für die EU-Wasserrahmenrichtlinie werden derzeit pro Fluss im Schnitt 1,71 der vier biologischen Qualitätskomponenten (Fische, Wirbellose, Mikroalgen, Wasserpflanzen) untersucht, bei den wenigsten Gewässern alle vier.
Eine Kombination aus einer klassischen Erfassung mit drei Erhebungen, die auf Umwelt-DNA basieren, käme auf alle vier – bei etwa 115 Prozent des bisherigen Budgets.

„Die Rechnung zeigt, welches Potenzial in der Kombination der Methoden steckt“, sagt Florian Leese, Leiter der AG Aquatische Ökosystemforschung an der UDE. „Denn Biomasse und Individuenzahlen liefert die Umwelt-DNA nicht, sodass wir weiterhin auch andere Methoden brauchen, um ein vollständiges Bild zu bekommen.“

Die Untersuchungen entstanden im Rahmen der Projekte GeDNA und TrendDNA, gefördert vom Umweltbundesamt (FKZ 3719242040, Projektnummer 156318), in Kooperation mit Emschergenossenschaft und Lippeverband (EGLV).

Originalpublikation:
Macher T-H, Schütz R, Arle J, Beermann AJ, Haase P, Koschorreck J, Krehenwinkel H, Mora D, Sinclair JS, Zimmermann J, Leese F (2026): eDNA metabarcoding provides scalable and continuous biodiversity monitoring across the tree of life. Ecological Indicators 190, 115316. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2026.115316

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Florian Leese, Aquatische Ökosystemforschung
florian.leese@uni-due.de

Quelle: Universität Duisburg-Essen

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Das Wachstum und der Rückgang des isländischen Eisschildes haben die Meerwasserchemie des Nordatlantiks in den vergangenen 230.000 Jahren erheblich beeinflusst. Verantwortlich dafür ist das Zusammenspiel von Eis und Vulkanismus auf Island. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler des Instituts für Umweltphysik an der Universität Heidelberg nach der Untersuchung von Sedimentkernen vom Rockall Plateau im nordöstlichen Atlantik. Das Team analysierte dafür die Isotopenzusammensetzung des Seltene-Erden-Elements Neodym in den Bohrproben. Dabei zeigte sich, dass das isotopische Signal zwischen glazialen und interglazialen Perioden deutlich schwankte und dem „Rhythmus“ der Eiszeiten folgte, wie die Untersuchungen unter der Leitung von Prof. Dr. Norbert Frank zeigen.

Neodym als chemischer Fingerabdruck des Meerwassers

Die Isotopenzusammensetzung von Neodym (Nd) im Meerwasser gehört zu den häufig verwendeten Methoden, um Veränderungen der Ozeanzirkulation in der jüngeren geologischen Vergangenheit zu rekonstruieren. Grundlage ist die Annahme, dass die chemischen „Fingerabdrücke“ der großen Wassermassen über lange Zeiträume weitgehend konstant geblieben sind.

Die Ergebnisse der Heidelberger Wissenschaftler stellen diese Annahme zumindest für den Nordatlantik während glazialer Perioden infrage. Die Analysen der Tiefseesedimente vom Rockall Plateau zeigen, dass sich die Chemie des nordatlantischen Meerwassers wiederholt und deutlich verändert hat. Als Ursache sehen die Forschenden vulkanisches Material, das von Island in den Ozean gelangte.

Gesteinsmehl gelangte durch das Eis in den Atlantik

Verschiedene kontinentale Gesteine besitzen unterschiedliche isotopische Signaturen. Das Verhältnis der Isotope 143Nd und 144Nd des im Meerwasser gelösten Neodyms gibt deshalb Hinweise darauf, aus welchen Gesteinen das Seltene-Erden-Element herausgelöst wurde.

Rückte der Eisschild auf Island während eines Glazials vor und bewegte sich über das basaltische Grundgestein, entstanden große Mengen feinen und hochreaktiven Gesteinsmehls. Dieses Material gelangte in den Nordatlantik und setzte dort Neodym mit einer ausgeprägten radiogenen Signatur frei, das mit 143Nd angereichert war. Die Untersuchung der Neodym-Isotope aus dem Sedimentkern ODP Site 982 des Rockall Plateau zeigt, dass die oberen Wassermassen des Nordatlantiks während der Höhepunkte der Eiszeiten deutlich radiogener waren als während der warmen Zwischeneiszeiten. Die Schwankungen standen dabei in engem Zusammenhang mit dem Volumen des isländischen Eisschildes.

Meerwasserchemie folgte der Dynamik des Eises

Mithilfe eines sogenannten Boxmodells konnten die Heidelberger Wissenschaftler die Ergebnisse ihrer Analysen der Tiefseesedimente reproduzieren. Demnach verliefen die Veränderungen der Meerwasserchemie infolge des vulkanischen Eintrags nicht gleichmäßig. Vielmehr reagierten sie auf die Dynamik des Eises auf Island und erreichten während Phasen schneller Vergletscherung ihre stärkste Ausprägung.

„Das isotopische Signal folgte dem Rhythmus der Eiszeiten fast Schritt für Schritt“, sagt Dr. Antao Xu. „Das weist darauf hin, dass die isländischen Eisschilde selbst die treibenden Kräfte dafür waren, dass die Meerwasserchemie des Nordatlantiks während der vergangenen 230.000 Jahre mehrfach umgestaltet wurde.“

Die Ergebnisse zeigen zudem, dass der Eisschild den Eintrag von Mikronährstoffen wie Eisen beeinflusste. Dies dürfte sich während der Eiszeiten auch auf das marine Leben und den Kohlenstoffkreislauf ausgewirkt haben, so Dr. Xu, der Mitglied der von Prof. Frank geleiteten Arbeitsgruppe „Physik der Umweltarchive“ ist.

Neue Erkenntnisse über die Regulierung der Ozeanchemie

„Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeiten unterstreichen, dass die Eisschildsysteme in hohen Breitengraden bei der Regulierung der Ozeanchemie eine entscheidende Rolle spielen“, betont Prof. Frank.

Die Erkenntnisse haben nach Einschätzung des Wissenschaftlers weitreichende Konsequenzen für die Rekonstruktion vergangener Veränderungen der Ozeane. „Sie mahnen zur Vorsicht bei der Annahme, dass feste isotopische Fingerabdrücke existieren, die zur Rekonstruktion der vergangenen Ozeanzirkulation eingesetzt werden können. Zudem decken sie einen bislang unterschätzten Zusammenhang zwischen der Kryosphäre, der kontinentalen Verwitterung und der Chemie des Ozeans auf.“

Sedimentkerne dokumentieren vergangene Klimaphasen

Die Untersuchungen waren Teil eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich Ozeanzirkulation und geochemische Kreisläufe während großer Klimawandelphasen der Vergangenheit entwickelt haben. Die Forschung basiert auf Sedimentkernen einer Expedition des Ocean Drilling Program (ODP) / International Ocean Discovery Program (IODP). Zur Verfügung gestellt wurden die Proben vom IODP Bremen Core Repository am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. Die Ergebnisse der Heidelberger Forschungsarbeiten sind in „Science Advances“ erschienen.

Originalpublikation: A. Xu, K. Just, A. M. Piotrowski, J. Stohl, N. Frank: Ice-sheet dynamics drive glacial-interglacial shifts in North Atlantic seawater neodymium isotopes. Science Advances (19 August 2026), DOI: 10.1126/sciadv.aeg5747

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Im Mittelpunkt der Forschung steht die einzellige Süßwasseralge Tetradesmus lagerheimii. Im Technikum des Fachbereichs Chemie- und Biotechnologie der h_da wird sie in grün leuchtenden Photobioreaktoren kultiviert. Dort untersuchen Prof. Dr. Rüdiger Graf, Doktorandin Samira Reuscher und Dr. Gerd Klock, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich, gemeinsam mit Partnern aus der Papierindustrie und der TU Darmstadt, wie sich Mikroalgen künftig in Klärwerken oder Industrieanlagen einsetzen lassen.

„Wir sind eins besser als das Ü-Ei“, stellt Prof. Dr. Rüdiger Graf fest und erklärt den ungewöhnlichen Vergleich: „Das Ü-Ei hat drei Pluspunkte – Spannung, Spielzeug und Schokolade. Wir nutzen Sonnenenergie, um Biomasse aufzubauen, binden dabei CO₂ und reinigen Abwasser. Und dann kommt noch der vierte Punkt dazu: Wir produzieren wertvolle Algenöle.“

Hormonell wirksame Stoffe aus dem Abwasser filtern

Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Reinigung industrieller Abwässer. Zwar erfüllen sie alle gesetzlichen Vorgaben. Trotzdem können geringe Mengen hormonell wirksamer Stoffe zurückbleiben. Und hier kommen die Mikroalgen ins Spiel: Sie können diese Stoffe aufnehmen, anreichern und im besten Fall sogar vollständig abbauen.

„Die genauen molekularen Mechanismen sind zwar bisher nur teilweise erforscht“, erläutert Doktorandin Samira Reuscher. „Wir wissen aber, dass es funktioniert: Mikroalgen filtern hormonell wirksame Substanzen aus dem Abwasser.“

Natürliche Arbeitsteilung im Algen-Reaktor

Ganz ohne Nebenwirkungen geht das allerdings nicht. Durch ihren Stoffwechsel geben die Algen organische Stoffe ab, die die Wasserqualität mindern. Um das Problem zu lösen, setzen die Forschenden auf eine natürliche Arbeitsteilung im Algen-Reaktor: Verschiedene Bakterienstämme werden den Algenkulturen zugesetzt und bauen die unerwünschten Stoffwechselprodukte wieder ab.

„In der Natur sind die Algen auch mit anderen Organismen vergesellschaftet“, erklärt Dr. Gerd Klock. „Die verschiedenen Organismen müssen sich aufeinander einstellen.“

Algenöl statt Ackerflächen

Die Mikroalgen nutzen Sonnenlicht und Kohlendioxid zum Wachsen, sie binden CO₂ und vermehren sich dabei fleißig, bilden also Biomasse. Und die ist nicht nur die Grundlage für die Reinigung des Abwassers, sondern auch für den zweiten Nutzen des Forschungsprojekts: die Herstellung von Algenölen.

Unter idealen Bedingungen investieren die Algen ihre Energie vor allem in Wachstum. Erst wenn sie gezielt unter Stress gesetzt werden – etwa durch Nährstoffmangel oder weniger Licht –, verändern sie ihren Stoffwechsel und speichern Energiereserven in Form von Lipiden. Diese begehrten Algenöle können unter anderem zur Herstellung von Bio-Kraftstoffen verwendet werden. Im Gegensatz zu Mais oder Raps beanspruchen die Alleskönner-Algen dafür keine Ackerflächen.

„Man muss der Alge Stress machen, damit sie versteht: Jetzt muss ich Lipide herstellen, statt immer weiter Zellteilung zu betreiben“, beschreibt Prof. Dr. Rüdiger Graf die Herangehensweise.

Ziel der Forschenden ist es, dabei die richtige Balance zu finden: möglichst viel Biomasse zu erzeugen bei gleichzeitig hoher Ölproduktion.

Auf dem Weg in die großtechnische Anwendung

Noch ist das Verfahren nicht wirtschaftlich genug für den großtechnischen Einsatz.

„Deshalb arbeiten wir intensiv daran, unter anderem den Energiebedarf während des Kultivierungsprozesses zu senken“, sagt Graf.

Für das Forschungsteam steht das Potenzial der Technologie dennoch außer Frage: Künftig könnten modulare Algenanlagen direkt an Industrieunternehmen oder Klärwerke angeschlossen werden. Dort würden sie Abwasser reinigen, Kohlendioxid verwerten und gleichzeitig nachwachsende Rohstoffe erzeugen – eine Innovation mit vielen Vorteilen für Umwelt und Industrie. Das Kooperationsprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Quelle: Hochschule Darmstadt

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Salz und Zucker aus dem Meer können bis in die freie Troposphäre aufsteigen und damit sowohl die Wolkenbildung als auch das Klima in der Arktis beeinflussen. Das zeigen Ballon-Messungen, die ein Forschungsteam im Herbst 2021 und Frühjahr 2022 auf Spitzbergen durchgeführt hat. Mit einer zunehmend eisfreien Arktis könnten immer mehr dieser Wolkenzutaten aus dem Meerwasser in die Atmosphäre gelangen und das Strahlungsbudget beeinflussen. Die Ergebnisse tragen so zu einem besseren Verständnis der überdurchschnittlichen Erwärmung der Arktis bei, schreibt das Team im Fachjournal „Atmospheric Chemistry and Physics“.

An der Studie unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) waren auch die Universität Köln, das Alfred-Wegener-Institut, das Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie sowie die Universitäten Oldenburg und Bremen beteiligt.

Meeresgischt als Wolkenmacher

Die zentrale Arktis ist ein Ozean, der im Winter von Meereis bedeckt ist und im Sommer zunehmend offene Wasserflächen aufweist. Partikel aus Meeresgischt-Aerosol spielen dort eine Schlüsselrolle für die Wolkenbildung – und ihre Bedeutung wächst mit der Erwärmung und dem Rückgang des Meereises. Die Partikel gelangen durch brechende Wellen und platzende Luftblasen in die Luft. Sie bestehen aus Meersalz-Ionen sowie organischem Material, darunter marine Kohlenhydrate – meist komplexe, verzweigte Polysaccharide von Algen und Bakterien. Eine TROPOS-Studie von 2025 hatte bereits gezeigt, dass diese Zucker die Eiskeimbildungsaktivität der Partikel beeinflussen, was wiederum Wolkenbildung und Niederschlag prägt.

Messungen mit dem Fesselballon BELUGA

Der Fesselballon BELUGA während der Kampagne HALO-(AC)³ im März/April 2022 auf Spitzbergen in der Arktis (Quelle: Sebastian Zeppenfeld, TROPOS).

Bislang fehlten Messungen, die den Transport dieser marinen Zucker in höhere Luftschichten tatsächlich belegen. Die Forschenden schlossen diese Lücke: Bei Ny-Ålesund auf Spitzbergen nahmen sie mit dem Fesselballon BELUGA Luftproben in 300 bis 1000 Metern Höhe. Diese wurden im Labor mit Meerwasser- und Oberflächenfilmproben aus dem Kongsfjorden verglichen.

„Die Kombination der Aerosolmessungen am Boden und in verschiedenen Höhen mit den Wasserproben hat uns erstmals ermöglicht, den Transport mariner Zucker vom Ozean in die Atmosphäre direkt nachzuvollziehen“, erläutert Dr. Manuela van Pinxteren (TROPOS).

Eine dynamischere Atmosphäre als gedacht

Zusätzlich deuten Labor- und Feldbeobachtungen darauf hin, dass sich diese Zucker teils erst in der Atmosphäre bilden oder umwandeln – ausgelöst durch chemische und biologische Prozesse. Unter feuchten Bedingungen, besonders bei Niederschlagswolken, konnte das Team eine solche Zuckerbildung direkt in der Luft beobachten, möglicherweise im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel von Mikroorganismen.

„Die Atmosphäre ist also viel lebendiger als wir lange dachten“, folgert Dr. Sebastian Zeppenfeld (TROPOS).

Da der Transport in wolkenbildungsrelevante Höhen die Wolkenmikrophysik beeinflusst und seine Bedeutung mit dem Rückgang des Meereises weiter zunimmt, plant das BELUGA-Team, 2028 im Rahmen der Polarstern-Expedition „Antarctica-Insync“ vergleichbare Messungen im Südpolarmeer durchzuführen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Sebastian Zeppenfeld
wissenschaftlicher Mitarbeiter, Abteilung Chemie der Atmosphäre, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig

und
Dr. Manuela van Pinxteren

Originalpublikation:
Zeppenfeld, S., Schaefer, J., Pilz, C., Ebell, K., Zeising, M., Stratmann, F., Siebert, H., Wehner, B., Wietz, M., Bracher, A., and van Pinxteren, M.: Marine carbohydrates and other sea spray aerosol constituents across altitudes in the lower troposphere of Ny-Ålesund, Svalbard, Atmos. Chem. Phys., 26, 7235–7260, DOI: 10.5194/acp-26-7235-2026, 2026. (Published 27 May 2026)
https://doi.org/10.5194/acp-26-7235-2026

Quelle: Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

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Bakterien in Springbrunnen können insbesondere dann zum hygienischen Risiko werden, wenn Menschen mit dem Wasser oder den entstehenden Aerosolen in Kontakt kommen. Im Forschungsprojekt SpriBak entwickelt ein Team der Fachhochschule Südwestfalen deshalb ein mikrobiologisches Überwachungssystem, das Bakterien automatisiert erkennen soll. Parallel untersuchen die Projektpartner, wie sich Springbrunnen technisch so gestalten lassen, dass bakterielle Belastungen reduziert werden.

Bakterien in Springbrunnen als hygienisches Risiko

Öffentliche Springbrunnen und Wasserspiele werden an heißen Tagen häufig zur Abkühlung genutzt. Nach Angaben der Fachhochschule Südwestfalen besteht durch Hautkontakt mit dem Wasser oder das Einatmen von Aerosolen jedoch ein erhöhtes Infektionsrisiko, insbesondere für Kinder. Genannt werden unter anderem Escherichia coli, Enterokokken und Pseudomonas. Diese Bakterien können beispielsweise Magen-Darm- und Wundinfektionen oder Lungenentzündungen verursachen.

„Öffentliche Springbrunnen sind keine Trinkwasserbrunnen“, erklärt Projektmitarbeiterin Dr. Jacqueline Hollensteiner.

Anders als bei Trinkwasser werde nicht permanent frisches und geprüftes Wasser zugeführt. Das Wasser zirkuliere in der Regel und werde lediglich von Zeit zu Zeit aufgefüllt.

„Der Eintrag von Nährstoffen und Fäkalien von Tieren in rezirkulierende Wassersysteme mit Becken, Pumpen und Filtern begünstigt die Keimbildung“, weiß die in Göttingen promovierte Mikrobiologin.

Hinzu kommt nach Angaben des Forschungsteams, dass für Springbrunnen im Vergleich zum Trinkwasser spezifische Regularien fehlen.

Vorstudie zeigt hohe bakterielle Belastung

Eine Vorstudie liefert Hinweise auf den Handlungsbedarf. Hollensteiner und Professor Dr. Dr. Alexander Prange werteten dafür Wasserproben aus öffentlichen Springbrunnen aus.

„Von 280 im Sommer 2023 in öffentlichen Springbrunnen genommenen Wasserproben entsprachen 65 Prozent nicht den Bewertungsgrenzen für die Bakterienbelastung“, verdeutlicht Hollensteiner.

Eine OpenStreetMap-Analyse des Teams ermittelte zudem 26.443 gemeldete Springbrunnenobjekte in Deutschland, davon mehr als 3.000 in Nordrhein-Westfalen. Das Forschungsteam geht von einem prognostizierten jährlichen Marktwachstum der Springbrunnen in deutschen Innenstädten von 3,5 Prozent aus.

Damit stellt sich auch die Frage, wie eine mikrobiologische Überwachung in größerem Umfang praktisch umgesetzt werden kann.

„Diese regelmäßig zu testen bedeutet erheblichen personellen und finanziellen Aufwand“, sagt Hollensteiner.

In die Anlagen integrierte Messsysteme könnten diesen Aufwand reduzieren.

Automatisierte Testkammer soll Wasserqualität überwachen

Unter Leitung von Professor Dr. Dr. Alexander Prange, Professor für Lebensmittel-Mikrobiologie, arbeitet die Fachhochschule Südwestfalen mit der AquaActiv Springbrunnen- und Wassertechnik GmbH aus Lage zusammen. Ein Projektziel ist die Entwicklung eines robusten Testsystems zur Überwachung der Wasserqualität in öffentlichen Springbrunnen.

Gleichzeitig soll der technische Aufbau der Anlagen optimiert werden, um bakterielle Belastungen möglichst zu vermeiden beziehungsweise zu reduzieren. Das Team arbeitet dafür derzeit an einer automatisierten Testkammer.

„Erste Laborversuche verlaufen vielversprechend, mit deren Hilfe Stoffwechselaktivitäten lebender Zellen sichtbar gemacht und das Vorhandensein von Bakterien nachgewiesen werden kann“, sagt Hollensteiner.

Das geplante System verbindet damit mikrobiologische Detektion und Anlagentechnik. Der Kurztitel SpriBak steht für Springbrunnen-Bakterien. Entwickelt werden soll eine keimsensible Wasseraufbereitungsanlage mit integrierter Messeinheit, Filterung und Entkeimungsvorrichtung.

Wasserhygiene gewinnt bei städtischen Wasserspielen an Bedeutung

Mit steigenden Temperaturen können Springbrunnen und Wasserspiele zugleich für die Gestaltung des städtischen Mikroklimas an Bedeutung gewinnen. Eine intensivere Nutzung erhöht jedoch auch die Anforderungen an die hygienische Bewertung solcher Anlagen.

Sogenannte städtische Hitzeinseln werden in Zuge des Klimawandels zunehmen und Springbrunnen oder Wasserspiele können helfen, das städtische Mikroklima im Sommer zu kühlen. Eine steigende Frequentierung durch die Bevölkerung mache nach Einschätzung der Mikrobiologin eine Risikoanalyse und Risikominimierung umso notwendiger.

SpriBak wird über das ZIM-Programm gefördert

Das Forschungsprojekt hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Es wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert. Ziel ist, bis zum Ende der Projektlaufzeit ein funktionierendes Testsystem für die mikrobiologische Überwachung von Springbrunnen zu entwickeln.

Quelle: Fachhochschule Südwestfalen

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Wolkentröpfchen sind in flachen Cumulus-Wolken offenbar deutlich ungleichmäßiger verteilt als bislang angenommen. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) haben Bereiche von weniger als einem Meter nachgewiesen, in denen sich die Tröpfchen lokal konzentrieren. Die veröffentlichten Ergebnisse liefern neue Hinweise darauf, wie Regen in Wolken ohne Eiskristalle entstehen kann.

Wolkentröpfchen geben Einblick in die Entstehung von Regen

Flache Wolken kommen sowohl über Ozeanen als auch über Land vor. Insbesondere flache Cumulus-Wolken können ausschließlich aus kleinen flüssigen Wassertropfen bestehen. Eiskristalle, die als Keime für die Niederschlagsbildung dienen könnten, fehlen dort. Dennoch können diese Wolken innerhalb weniger Minuten Regen erzeugen.

Damit Niederschlag entsteht, müssen kleine Tröpfchen miteinander kollidieren und größere Tropfen bilden, die schließlich zu Boden fallen. Wie die dafür notwendigen ersten Kollisionen zustande kommen, ist eine bislang nicht abschließend geklärte Frage der Atmosphärenwissenschaft.

„Wir haben die Struktur einer flachen, warmen Wolke mit hoher räumlicher Auflösung untersucht“, sagt Mohsen Bagheri, Gruppenleiter am MPI-DS und einer der Leiter der Studie. „Es ist wie ein 3D-Mikroskop in den Wolken zu nutzen, das Partikelgröße und -verteilung untersucht“, fährt er fort.

CloudKite untersucht Wolken mit hoher räumlicher Auflösung

Flache Wolken weisen Bereiche mit hoher Partikelkonzentration auf, die möglicherweise der Schlüssel zur Regenbildung sind. (Quelle: MPI)

Für ihre Untersuchungen entwickelten Forschende des MPI-DS um Mohsen Bagheri und Institutsdirektor Eberhard Bodenschatz die Messplattform CloudKite. Grundlage ist ein Helikite-Ballon, der die Messinstrumente mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 Metern pro Sekunde durch die Wolken bewegt. Damit ist die Plattform deutlich langsamer als Forschungsflugzeuge.

Das Observatorium verfügt über zwei speziell entwickelte optische Bildgebungssysteme mit Lasern und Hochgeschwindigkeitskameras. Eines der Systeme kann die dreidimensionalen Positionen und Größen einzelner Wolkentröpfchen 75-mal pro Sekunde rekonstruieren. Das zweite System erfasst die Turbulenz innerhalb der Wolken mittels Partikelbild-Velozimetrie.

Beide Instrumente arbeiten autonom und ermöglichen die gleichzeitige Untersuchung von Wolkenmikrophysik und Turbulenz über unterschiedliche räumliche Skalen.

„Zusammen mit der hohen Bildaufnahmerate des Instruments ermöglicht dies Messungen im Abstand von 12 Zentimetern – etwa 250-mal häufiger als bei früheren Beobachtungen aus der Luft“, sagt Eberhard Bodenschatz. „Der CloudKite eröffnet somit ein gänzlich neues Beobachtungsfenster in die Wolken“, fasst er zusammen.

Lokales Clustering der Wolkentröpfchen

Mit den CloudKite-Daten rekonstruierten die Forschenden die innere Struktur eines 55 Meter langen Abschnitts einer flachen Cumulus-Wolke. Dabei zeigte sich, dass die Tröpfchen nicht gleichmäßig verteilt waren. Stattdessen identifizierte das Team stark lokalisierte Bereiche mit einem Durchmesser von etwa einem Meter oder weniger.

In diesen Hotspots liegen die Tröpfchen näher beieinander als in anderen Teilen der Wolke. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sie miteinander kollidieren und größere Tropfen entstehen. Die Messungen stellen damit die bisherige Annahme infrage, wonach Tröpfchen lediglich schwach und vergleichsweise gleichmäßig verteilt clustern.

„Da die Tröpfchen dort clustern, werden Kollisionen viel wahrscheinlicher. Diese lokal begrenzten Hotspots könnten daher die Stellen sein, an denen es in flachen Cumuluswolken zu regnen beginnt“, sagt Birte Thiede, Erstautorin der Studie.

Bedeutung für Wetter- und Klimamodelle

Das MPI-DS-Team untersucht derzeit, wie Turbulenz und die beobachteten Clustering-Hotspots zusammenhängen. Weitere Feldkampagnen mit dem CloudKite-Observatorium sind in Amazonien, an der Ostsee und in Nordfinnland geplant.

Die Prozesse in warmen Wolken sind auch für Wetter- und Klimamodelle relevant. Wie effizient sich kleine Wolkentröpfchen zu Regentropfen entwickeln, beeinflusst die Lebensdauer der Wolken und ihre Fähigkeit, Sonnenlicht zurück ins All zu reflektieren. Die Beschreibung dieser Prozesse ist daher ein wichtiger Faktor für die Modellierung von Niederschlag und Energiehaushalt.

„Die Aufdeckung der verborgenen Struktur warmer Wolken wird zu besseren Beschreibungen der Regenbildung und genaueren Wettervorhersagen führen“, fasst Mohsen Bagheri zusammen.

Originalpublikation: B. Thiede, M.L. Larsen, F. Nordsiek, O. Schlenczek, Y. Kim, E. Bodenschatz, & G. Bagheri, Highly localized droplet clustering in shallow cumulus clouds, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (32) e2602976123, https://doi.org/10.1073/pnas.2602976123 (2026).

Quelle: Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

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