ELaN – Entwicklung eines integrierten Landmanagements durch nachhaltige Wasser- und Stoffnutzung in Nordostdeutschland

Hintergrund und Ziele

Ausgangspunkt für das Verbundprojekt ELaN ist die bisherige Praxis, gereinigtes Abwasser über Oberflächengewässer abzuleiten, womit es der Landschaft verloren geht. Angesichts zunehmender Trockenheit, sinkender Grundwasserstände und des Nährstoffbedarfs der Böden bietet sich die Nutzung von gereinigtem Abwasser als Bestandteil eines nachhaltigen Wasser- und Landmanagements in der Region Berlin-Brandenburg an. Dies stabilisiert den regionalen Wasserhaushalt und trägt zum Erhalt wertvoller Feuchtgebiete bei, auf denen ⁠Biomasse⁠ zur stofflichen und energetischen Verwertung erzeugt werden kann. Die aus den Nährstoffen des Abwassers gewinnbaren Dünger stehen wiederum der Landwirtschaft zur Verfügung.

Ziele:

Das Verbundvorhaben ELaN koppelt technologische Innovationen im Bereich Wasser- und Nährstoffmanagement mit organisatorischen Innovationen für ein nachhaltiges Landmanagement. Neben der Klärung der politisch-rechtlichen Voraussetzungen für die Ausbringung von gereinigtem Abwasser, liegt ein Schwerpunkt in der Stärkung regionaler Wertschöpfung.

Da Lösungen entwickelt werden, die ganz unterschiedliche Bereiche betreffen, ist das Zusammenwirken unterschiedlicher Disziplinen und Sichtweisen notwendig. Es werden Untersuchungen zu den Themenbereichen "Wasser- und Stoffströme", "⁠Landnutzung⁠" und "sozio-ökonomische Steuerung" durchgeführt und in den Themenbereich "Wissensintegration" eingebracht.

Im Themenbereich "Wasser- und Stoffströme" befassen sich Teilprojekte mit technologischen, hydrologischen, ökotoxikologischen und landwirtschaftlichen Aspekten der Nutzung gereinigten Abwassers (Klarwasser) und des Nährstoff-Recyclings. Auf Versuchsflächen wird Klarwasser (gereinigtes Abwasser nach dem Stand der Technik in der dritten Reinigungsstufe) ausgebracht mit dem Ziel, eine Nachreinigung zu erreichen und gleichzeitig den Wasserhaushalt sensibler Flächen zu stabilisieren und das Rückhaltevermögen für Nähr- und Schadstoff zu optimieren. Mit Hilfe eines intensiven Nähr- und Schadstoffmonitorings werden etwaige Kontaminationsrisiken erfasst. Ergänzend dazu erfolgt ein ⁠Monitoring⁠ prioritärer Stoffe nach ⁠Wasserrahmenrichtlinie⁠ und neuartiger anthropogener Spurenstoffe. Außerdem sollen bei der Abwasseraufbereitung Nährstoffe direkt recycled und der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt werden.

Zentrale, übergreifende Untersuchungsfragen sind:

  • Sind die untersuchten alternativen Verfahren der Abwassernutzung hygienisch und umwelttoxikologisch unbedenklich?
  • Wie kann die Klarwasserausbringung technisch gesteuert werden, um hygienische und Umweltschäden zu vermeiden?
  •  Führen die Modelllösungen langfristig zu einer Reduzierung der Nähr- und Schadstoffbelastung der Fließgewässer?

Im Themenbereich "Landnutzung" erarbeiten Teilprojekte zu nachhaltige Moornutzung, landwirtschaftlicher Energiepflanzenanbau und Energieholzanbau Formen nachhaltiger Landnutzung für vernässte, kontaminierte oder durch Klarwasseraufbringung genutzte Standorte, die anschlussfähig bzw. kompatibel sind mit den aus Themenbereich "Wasser- und Stoffströme" entwickelten Abwassernutzungstechnologien. Die Schwerpunkte liegen hier auf ökologischer und anbautechnischer Optimierung. So wird ein web-basierendes Expertensystem entwickelt und das Modelle REPRO weiterentwickelt und validiert. Als innovative und nachhaltige Form der Biomasseproduktion für die stoffliche und energetische Nutzung wird der Anbau schnellwachsender Baumarten im Kurzumtrieb untersucht und für die vernässten bzw. kontaminierten Standorte angepasst.

Wesentliche Fragestellungen des Themenbereichs sind:

  •  Welche Formen nachhaltiger Landnutzung lassen sich an die im Themenbereich "Wasser- und Stoffströme" untersuchten Verfahren der Abwassernutzung anknüpfen?
  • Welche Synergien mit Energieerzeugung, Produktion nachwachsender Rohstoffe, ⁠CO2⁠-Freisetzung und Speicherung (⁠CCS⁠), Naturschutz und touristischer Nutzung können besser als bisher genutzt werden?
  •  Welche unterschiedlichen Nutzungsoptionen ergeben sich stadtnah und stadtfern?
  •  Wie lassen sich Wasser-, Energie- und Warenströme zwischen Stadt und Land nachhaltiger entwickeln und Problemverschiebungen vermeiden?
  •  Wie stabil sind die Modelllösungen hinsichtlich der zu erwartenden klimatischen und demographischen Veränderungen?

Der Themenbereich "Sozioökonomische Steuerung" stellt das sozial- und wirtschaftswissenschaftliche Fundament des Vorhabens dar. Die Teilprojekte Ökonomische Bewertung, Property Rights und Transaktionen, Regionale Infrastrukturpolitik sowie Regionalplanung und Governance-Strategien beschäftigen sich mit institutionellen Rahmenbedingungen und Steuerungsmöglichkeiten für eine integrierte, nachhaltige Nutzung von Abwasser, Nährstoffen und Böden auf den beiden Untersuchungsflächen sowie in der Region insgesamt. Die in den Modell- und Systemlösungen vorgeschlagenen Nutzungsänderungen aus Themenbereichen "Wasser- und Stoffströme" und "Landnutzung" werden im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit, rechtliche Realisierbarkeit, infrastrukturellen Anforderungen und politisch-planerische Umsetzung untersucht.

Fragestellungen des Themenbereiches sind:

  • Mit welchen Organisationsformen (ökonomisch tragfähige Wertschöpfungsketten und betriebswirtschaftliche Betreibermodelle) kann mit den neuen Nutzungsformen rentabel gewirtschaftet werden?
  •  Wie können die ökonomischen Anreize dafür verbessert werden?
  •  Durch welche Rahmenbedingungen und Interventionen (Property Rights, Infrastruktur, Planung, Governance) kann die relative Vorzüglichkeit der alternativen Abwasser- und Landnutzungsformen gegenüber derzeitigen, weniger nachhaltigen Nutzungsformen und Betriebsmodellen verbessert werden?

Der Themenbereich "Wissensintegration" fungiert als inter- und transdisziplinäre Schnittstelle zwischen den Themenbereichen und Teilprojekten sowie zwischen Wissenschaft und Praxis, um eine Integration der sehr unterschiedlichen Wissens- und Kompetenzfelder zu ermöglichen. Die Teilprojekte zu Konstellationsanalyse, Szenarienentwicklung und Nachhaltigkeitsbewertung sowie 3D-Landschafts-Visualisierung integrieren die in den Teilprojekten erarbeiteten Ergebnisse zu flächenbezogenen Lösungsstrategien. Eine Verstetigung der Ergebnisse ist nur dann realisierbar, wenn Lösungsansätze von Anbeginn an gemeinsam mit regionalen Stakeholdern (Betroffene und Akteure) entwickelt und die wissenschaftlichen Erkenntnisse intensiv mit ihnen sowie weiteren Akteuren und Betroffenen diskutiert und abgestimmt werden.      

Zentrale Fragen sind:

  •  Wie können durch den Einsatz von Methoden der interdisziplinären Wissensintegration und der Szenariomethode ausgewogene und praxisrelevante Lösungen entwickelt und unerwünschte Nebenfolgen identifiziert und vermieden werden?
  •  Wie kann durch wissenschaftlich abgesicherte, partizipative Verfahren sichergestellt werden, dass die Modelllösungen sozial robust sind und großflächig angewendet werden? Welche Methoden sind jeweils geeignet bzw. müssen neu entwickelt werden?

Laufzeit

bis

Untersuchungsregion/-raum

Land
  • Deutschland
Bundesland
  • Baden-Württemberg
  • Berlin
  • Brandenburg
Naturräumliche Zuordnung
  • Nordostdeutsches Tiefland
  • Südostdeutsche Becken und Hügel

Schritte im Prozess zur Anpassung an den Klimawandel

Schritt 1: Klimawandel verstehen und beschreiben

Ansatz und Ergebnisse 

kein ⁠Klimaszenario⁠ erstellt

Parameter (Klimasignale)
  • Trockenheit

Schritt 2a: Risiken erkennen und bewerten (Klimafolgen/-wirkungen)

Analyseansatz 

Zentrale Klimafolge sind zunehmende Trockenheit und sinkende Grundwasserstände, wodurch die Wasserverfügbarkeit eingeschränkt wird.

Schritt 3: Maßnahmen entwickeln und vergleichen

Maßnahmen und/oder Strategien 

Im Fokus steht die Nutzung von gereinigtem Abwasser als Bestandteil eines nachhaltigen Wasser- und Landmanagements, wodurch der regionale Wasserhaushalt stabilisiert und zum Erhalt wertvoller Feuchtgebiete beigetragen wird. Die Anpassung an die Folgen bzw. Auswirkungen des Klimawandels stehen dabei nicht im Vordergrund; die betrachteten Modelllösungen können aber auch für den Umgang mit den Klimawirkungen geeignet sein.

Modelllösung für den Standort Hobrechtsfelde als ein Beispiel für den Flächentyp Rieselfelder:

Im Themenbereich "Wasser- und Stoffströme" sind die technologischen, hygienischen, ökologischen und landwirtschaftlichen Fragen einer Nutzung weitgehend gereinigten Abwassers (=Klarwasser) für Rieselfeldflächen geklärt. Eine ökonomische und ökologisch verträgliche Nutzung von Klarwasser ist erprobt. Es ist geklärt, welche Klarwassermengen mit vertretbarer Belastung für das Grund- und Oberflächenwasser sowie für den Boden auf die Fläche gebracht werden können und inwieweit die Vernässung von Rieselfeldern zur Stabilisierung der bereits im Boden vorhandenen Schadstoffe beiträgt. Dabei wurden insbesondere Kontaminationsrisiken durch prioritäre und neuartige anthropogene Stoffe untersucht. In einem Leitfaden sind die für den Einsatz von Klarwasser zu untersuchenden Parameter aufgeführt. Der Erschöpfung von Phosphor-Vorkommen wurde entgegengewirkt, indem aus dem Faulschlamm des Siedlungsabwassers Phosphor recycelt wird und als neues Düngemittel zum Einsatz kommt. So konnte der Nährstoffkreislauf zwischen urbanem und ländlichem Raum partiell geschlossen werden.

Im Themenbereich "⁠Landnutzung⁠" wird die alternative landwirtschaftliche Nutzung ehemaliger Rieselfelder insbesondere hinsichtlich der ökologischen und anbautechnischen Optimierung verschiedener Verfahren erprobt (u.a. Kurzumtriebsplantagen). Mit der Modellierung der Stoff- und Energieflüsse werden alle Ebenen der Produktion von Energiepflanzen auf betrieblicher Ebene (Hoftorbilanz) abgebildet (etwa Betriebsstrukturen, Produktionsverfahren, Kosten, Erlöse, Stickstoffbilanz etc.) und die Übertragbarkeit dieser Methode auf staatliche Betriebe (z.B. Berliner Forstbetriebe) geprüft. Es ist geklärt, unter welchen Umständen und für welche regionalen Grenzertragsflächen sich welche Pflanzenarten eignen.

Im Themenbereich "sozioökonomische Steuerung" wurden die Chancen und Risiken sowie die sich durch veränderte Klarwasser- und Landnutzung ergebenden Konflikte und Interessenkoalitionen aus ökonomischer, institutioneller, rechtlicher, politischer, planerischer und infrastruktureller Sicht offengelegt. Für die durch neue Formen der Klarwasser- und Landnutzung entstehenden Produkte und Dienstleistungen sowie öffentliche Güter wurden optimierte oder neue Wertschöpfungsketten bzw. -netze eruiert. Entsprechende Steuerungs- und Betreibermodelle wurden erprobt und die Rentabilität berechnet sowie die externen Effekte, z.B. für den Naturschutz, abgeschätzt. Es ist geklärt, welche Anpassungen der institutionellen Rahmenbedingungen für eine breitere Diffusion der Innovationen notwendig sind, welchen Einfluss diese auf regionale Wirtschaftsstrukturen und -aktivitäten haben und welche Transaktionskosten in diesem Zusammenhang von den Akteuren zu bewältigen sind. Weiterhin liegen Aussagen dazu vor, wie die innovativen Klarwasser- und Landnutzungsformen durch die Anpassung bestehender und die Entstehung neuer regionaler Abwasserentsorgungs- und Energieversorgungssysteme gefördert werden können. Es ist geklärt, welche politischen Steuerungsmaßnahmen auf den verschiedenen Ebenen notwendig sind und die Modelllösungen wurden planerisch auf Ebene der Gemeinde (Panketal) und der regionalen Planungsgemeinschaft sowie der gemeinsamen Landesplanung abgestimmt.

Der Themenbereich "Wissensintegration" hat im interdisziplinären Verbund durch den Einbezug von Expertenwissen aus der Praxis während des gesamten Zeitraums für Akzeptanz der Modelllösungen in der Region gesorgt. Zu besonders konfliktbehafteten Fragen wurden moderierte Veranstaltungen unter Partizipation von Betroffenen durchgeführt. Unterschiedliche Möglichkeiten zukünftiger Klarwasser- und Landnutzung liegen in Form visualisierter Szenarien mit Nachhaltigkeitsbewertung vor; sie wurden unter den Projektpartnern sowie mit den regionalen Akteuren diskutiert und abgestimmt. Mit Hilfe der Konstellationsanalyse ist es gelungen, Einigkeit über die Problemstellung zu erzielen und die Ergebnisse der verschiedenen Teilprojekte und Disziplinen in Form von Modelllösungen für die Flächenbausteine zu integrieren. Als hilfreich für Abstimmungsprozesse hat sich die 3D-Visualisierung künftiger Landnutzungsformen erwiesen, die eine Abwägung zwischen verschiedenen Varianten der Landnutzung ermöglicht.

Schritt 4: Maßnahmen planen und umsetzen

Kosten 

Die in den Modell- und Systemlösungen vorgeschlagenen Nutzungsänderungen aus den Themenbereichen "Wasser- und Stoffströme" und "⁠Landnutzung⁠" werden auf ihre Wirtschaftlichkeit untersucht.

Wer war oder ist beteiligt?

Förderung / Finanzierung 

Bundesministerium für Bildung und Forschung (⁠BMBF⁠) für die Entwicklung und Umsetzung innovativer Systemlösungen für ein nachhaltiges Landmanagement (NLM); Fördermaßnahme ist Bestandteil des BMBF-Rahmenprogramms "Forschung für nachhaltige Entwicklung" (FONA)

Projektleitung 

Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. Müncheberg

Beteiligte/Partner 

– Technische Universität Berlin
– Leibniz-Institut für Regionalentwicklung und Strukturplanung e.V.
– Berliner Wasserbetriebe
– Humboldt Universität zu Berlin
– Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde
– Forschungsinstitut Bioaktive Polymersysteme
– Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)
– Bundesanstalt für Gewässerkunde
– Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) im Forschungsverbund Berlin e.V.
– ECT Oekotoxikologie GmbH
– Freie Universität Berlin"

Ansprechpartner

Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Eberswalder Straße 84
D-15374 Müncheberg (Mark)Brandenburg

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Handlungsfelder:
 Biologische Vielfalt  Boden  Energiewirtschaft  Landwirtschaft  Raumordnung, Regional- und Bauleitplanung  Wald- und Forstwirtschaft  Wasserhaushalt, Wasserwirtschaft