Wings

Innovationen im Bereich nicht-netzwerk basierter Wasser- und Abwassersysteme – ein inter- und transdisziplinäres strategisches Forschungsprogramm

Wings möchte innovative nicht-netzwerk basierte Wasser- und Abwassersysteme entwickeln, die bzgl. ihrer Leistung mit konventionellen, netzwerk basierten Wasser- und Abwasserinfrastrukturen vergleichbar sind. Wir tun dies, indem wir:

  • solche Systeme aus unterschiedlichen Perspektiven (Ingenieurswesen, Entscheidungsanalyse, Entwicklungsstudien, Transitions-und Innovationsstudien und Verhaltensstudien) heraus untersuchen.
  • eng mit den wichtigsten Akteuren aus verschiedenen Sektoren und Entscheidungsebenen zusammenarbeiten.
  • in verschiedenen sozio-ökonomischen Kontexten (Forschungssäulen) von industrialisierten Ländern bis hin zu aufstrebenden und sich entwickelnden Ländern forschen.
  • uns mit konzeptionellen und methodischen Fragen befassen, die bestehende Forschungsprojekte in verschiedenen Kontexten aufeinander beziehen und verbinden (transversale Projekte).
  • auf aktuelle und abgeschlossene Projekte im Feld der Siedlungswasserwirtschaft aufbauen.

Hintergrund

Im Laufe der Geschichte war das Management urbaner Wassersysteme eine Kernaufgabe von Zivilgesellschaften. Dies spiegelt die Bedeutung dieser Systeme für das menschliche Wohlergehen und den Umweltschutz wider. Der heutige, konventionelle Ansatz der Siedlungswasserwirtschaft baut auf gefestigte sozio-technische Systeme, die sich über das letzte Jahrhundert entwickelt haben und die meisten der Wasser- und Hygieneprobleme, die OECD Ländern zusetzten, gelöst haben. Diese vorwiegend zentralisierten und netzwerk basierten Systeme behandeln und bieten verlässlich Trinkwasser und transportieren, behandeln und entsoren Abwasser sicher. Herausforderungen sind allerdings Bevölkerungswachstum (sowohl positives als auch negatives), Klimawandel, neuartige Schadstoffe, als auch die Notwendigkeit, alternde Leitungsnetze wiederherzustellen und zu ersetzen.

Obwohl die Debatte, ob es in OECD Ländern einen Bedarf nach neuen Ansätzen gibt, anhält, erkennen führende Forschungsinstitute, internationale Organisationen und nationale Regierungen zunehmend an, dass der konventionelle Ansatz der Siedlungswasserwirtschaft nicht die einzige Lösung für schnell wachsende Städte in Ländern mit niedrigem oder mittlerem Einkommen in Afrika, Asien und Lateinamerika sein kann. Da zentralisierte, leitunsgebundene Wassersysteme unerreichbar für einen grossen Teil der weltweiten Stadtbevölkerung sind, gibt es einen grossen Bedarf fundamental neue Konzepte zu entwickeln, d.h. flexiblere, kostengünstigere und ressourcenschonende nicht-netzwerk basierte Systme, die mit heutigen und zukünftigen Herausforderungen urbaner Wasserwirtschaft umgehen können.

Team

Programmmanagement

Dr. Sabine HoffmannGruppenleiterin, Cluster: ITDTel. +41 58 765 6818E-Mail senden
Lisa DeutschScientific Assistant, Cluster: ITDTel. +41 58 765 5326E-Mail senden

Programmteam

Sandec

ESS

Prof. Dr. Bernhard TrufferAbteilungsleiter, Cluster CirusTel. +41 58 765 5670E-Mail senden
Dr. Christian BinzGruppenleiter, Cluster: CirusTel. +41 58 765 5030E-Mail senden
Dr. Nadja ContzenGruppenleiterin, Umwelt- und GesundheitspsychologieTel. +41 58 765 6892E-Mail senden
Dr. Judit LienertGroup Leader, Cluster: DA (Decision Analysis)Tel. +41 58 765 5574E-Mail senden
Dr. Sabine HoffmannGruppenleiterin, Cluster: ITDTel. +41 58 765 6818E-Mail senden
Lisa DeutschScientific Assistant, Cluster: ITDTel. +41 58 765 5326E-Mail senden

Forschungssäulen

Unsere Forschung organisieren wir in vier Forschungssäulen. Jede dieser Forschungssäulen umfasst eine typische sozio-technische Systemkonfiguration.

 

Wings Disconnect

Wings Disconnect ermittelt die Bedingungen für dezentrale Wasser- und Abwassersysteme in Kontexten mit bewährten Governance-Strukturen, mittlerem bis hohem Einkommen und einem hohen Grad an Zentralisierung. Verglichen mit dem dominierenden Konzept der Wasserversorgung und Kanalisation versprechen dezentrale Systeme vorteilhafter auf neue Anforderungen wie rasche demographische Veränderungen, Klimawandel und andere Planungsunsicherheiten reagieren zu können. Hinzu kommt eine wachsende Besorgnis, dass es finanziell nicht nachhaltig sein könnte, die bestehenden, alternden Leitungsnetze zu erhalten.

Wings Disconnect möchte die wissenschaftliche Grundlage für eine Bewertung liefern, ob ein Systemwechsel diese Bedenken ausräumen und die Nachhaltigkeit verbessern könnte. Um dies zu erreichen, gehen wir näher darauf ein, wo und wann es möglich ist, vom zentralen System zu entkoppeln und nicht-netzwerk basierte Systeme (besonders Kleinkläranlagen) zu implementieren und wir identifizieren potentielle Transitionspfade. Dies beinhaltet die Entwicklung und Methoden zur Bestimmung eines optimalen Grads infrastruktureller Zentralisierung, zur Quantifizierung der Leistung ganzer Systeme, zur Identifikation industrieller Möglichkeiten und zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen über die Zeit.

Aktuelle Projekte

Wir untersuchen die Herausforderungen modularer Infrastrukturen für die Schweizer Wirtschaft und Gesellschaft am Beispiel der Siedlungswasserwirtschaft.
Ziel ist die partizipative Entscheidungsunterstützung für den langfristigen Übergang zu alternativen Abwasserinfrastrukturen
Decentralisation changes wastewater quantity and quality that is discharged to the sewer. We investigate the effects of these changes on the operation of existing centralised sewer systems.

Abgeschlossene Projekte

Wie kann die Gesamtleistung einer Vielzahl von Kleinkläranlagen geschätzt und aufrechterhalten werden?
Ziel dieses Projekts ist es, ein vertieftes Verständnis einer ökonomisch nachhaltigen Infrastrukturentwicklung zu erlangen

Wings Hybrid

Wings Hybrid untersucht neue Modelle und Methoden, um Nährstoffe, Wasser und Energie in zukünftigen Städten zu recyceln, insbesondere im Kontext des Klimawandels. Konventioneller Weise wird gemischtes Abwasser in einer zentralen Kläranlage getrennt und behandelt. Wir möchten tragfähige Alternativen für grosstechnische Anwendungen etablieren, welche die Abwasserströme getrennt je nach Typ und Konzentration ihrer enthaltenen Schmutzstoffe sammeln und behandeln. Dadurch können Wasser, Nährstoffe und Energie leicht zurückgewonnen werden, was wiederum die Wasser- und Energieproduktivität erhöht.

Wings Hybrid entwickelt Urinseparierung und -behandlung weiter, um anthropogene Nährstoffe in der Landwirtschaft wieder zu verwenden, ebenso wie Grauwasserbehandlung, um Wasser mit hoher chemischer und mikrobieller Qualität zurück zu gewinnen. Dazu gehört die technische Entwicklung und Optimierung durch praktische Tests in einem Living Lab, die Implementierung von Demonstrationsprojekten und die Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie.

Aktuelle Projekte

In Autarky entwickeln wir kleine Anlagen für die getrennte Behandlung von Urin, Abwasser und Fäkalien direkt in der Toilette.
Nachhaltiges urbanes Wasser- und Abwassermanagement angewandt und umgesetzt im modularen NEST-Gebäude.
Serious Games und Gamification werden zunehmend genutzt, um Stakeholder zu involvieren. Wir untersuchen, ob und wie sie die Entscheidungsfindung partizipativer gestalten.

Abgeschlossene Projekte

Indem wir Nährstoffe aus Urin zurückgewinnen, entwickeln wir ein Sanitärsystem, welches wertvollen Dünger produziert

Wings Emerging

Wings Emerging untersucht Innovationen in aufstrebenden Märkten, charakterisiert durch rasante Urbanisierung, eine wachsende Mittelklasse und gesamtwirtschaftliches Wachstum, mündend in einem steigenden Lebensstandard, einer erhöhten Bautätigkeit als auch in einer erhöhten Ressourcennachfrage (Wasser, Energie, Services). Wegen dieser besonderen Charakteristika nehmen wir an, dass Neubaugebiete in Schwellenländern zu den vielversprechendsten Leitmärkten für innovative, nicht-netzwerk basierte Lösungen wie ganzheitliche Konzepte für Wasser, Abwasser, Abfall und Energie zählen.

Wings Emerging möchte Entscheidungsträger und Nischenanbieter beim Übergang zu holistischen vor-Ort Wassersystemen und bei der Etablierung einer systemischen Sicht auf urbanes Wassermanagement inspirieren und unterstützen. Dies beinhaltet die relevanten Fähigkeiten, um mit solchen Innovationen erfolgreich zu sein, zu analysieren, Innovationspfade, um nicht-netzwerk basierte Lösungen einzuführen, zu untersuchen und Hemmnisse und Treiber für ihre Verbreitung zu erforschen.

Aktuelle Projekte

RADEC will herausfinden, wie Schwellenländer sowohl industrielle Sprünge als auch die Transition zu ökologischer Nachhaltigkeit erreichen können, indem es die industriellen und soziotechnischen Aspekte dezentraler Wasser- und Sanitärsysteme in China, Indien und Südafrika analysiert

Wings Informal

Wings Informal analysiert nicht-netzwerk basierte Lösungen für einige der schwierigsten, komplexesten und am schnellsten wachsenden bebauten Umgebungen in Entwicklungsländern - informelle Siedlungen. Bewohner dieser Gebiete sind benachteiligt, da es ihnen an formellem Zugang zu Land, Wohnungen und grundlegenden städtischen Leistungen fehlt. Lösungen werden daher auf soliden Technologiekonzepten fussen müssen und gleichzeitig den Bedürfnissen und spezifischen Ressourcenbeschränkungen, die in diesen Gebieten zu finden sind, entsprechen müssen.

Die grösseren Komplexitäten von aktuellen, heterogenen Sanitärsystemen zu verstehen mit besonderem Fokus auf ihre Schnittstellen, ist das Ziel von Wings Informal. Dazu gehört das Umfeld zu analysieren, das die erfolgreiche Einführung dieser Lösungen behindert oder unterstützt, die Skalierungsvoraussetzungen für Geschäftsmodelle mit einem besonderen Fokus auf Container-basierte Systeme zu erforschen und Herausforderungen und Möglichkeiten bei der Skalierung von Innovationen in informellen Siedlungen zu identifizieren.

Aktuelle Projekte

The aim of CWIS research is to develop a method that synthesizes existing information about the sanitation landscapes of cities in India and that presents comprehensive sanitation solutions.
We seek to understand how formal and informal institutions, planning procedures and resources drive or constrain informal settlements upgrading in Sub Saharan Africa cities.

Abgeschlossene Projekte

4S is assessing small-scale sanitation systems in South Asia to provide policy recommendations for improved sanitation system design, implementation and O&M.
Dieses Projekt analysiert mögliche Transitionspfade für Grundversorgungsdienstleisungen mit einem besonderen Fokus auf das Beispiel Nairobi, Kenia.
The aim is to develop systematic methods for the generation of locally appropriate sanitation system options and for the quantification of sustainability performance indicators
In diesem Projekt arbeiten wir mit Organisationen zusammen, um Treiber und Barrieren für die Skalierung von Wasserkiosken zu identifizieren.
In diesem Projekt arbeiten wir mit verschiedenen Organisationen zusammen, um die Rolle von Innovationen in Skalierungsprozessen zu untersuchen.
In diesem Projekt wenden wir Geschäftsmodelldenken auf vielversprechende und innovative Technologien im Wasser- und Sanitärbereich an.

Wings Transversal

Transversale Projekte bündeln konzeptionelle und methodische Bedürfnisse der vier Forschungssäulen und/oder des gesamten Programms. Dadurch stärken sie die Verbindung innerhalb des interdisziplinären Forschungsteams.

Aktuelle Projekte

The BARRIERS project aims at improving our understanding of the institutional barriers for radical innovation in UWM. It analyzes ‘lighthouse cities’ that experiment with non-grid UWM systems
The INTEGRATE project aims at strengthening inter- and transdisciplinary integration within and across the strategic research program Wings.

Publikationen

Urbanes Wassermanagement

Hoffmann, S.; Feldmann, U.; Bach, P. M.; Binz, C.; Farrelly, M.; Frantzeskaki, N.; Hiessl, H.; Inauen, J.; Larsen, T. A.; Lienert, J.; Londong, J.; Lüthi, C.; Maurer, M.; Mitchell, C.; Morgenroth, E.; Nelson, K. L.; Scholten, L.; Truffer, B.; Udert, K. M. (2020) A research agenda for the future of urban water management: exploring the potential of non-grid, small-grid, and hybrid solutions, Environmental Science and Technology, 54(9), 5312-5322, doi:10.1021/acs.est.9b05222, Institutional Repository
Larsen, T. A. (2020) Urine source separation for global nutrient management, In: O’Bannon, D. J. (Eds.), Women in water quality. Investigations by prominent female engineers, 99-111, doi:10.1007/978-3-030-17819-2_6, Institutional Repository
Pakizer, K.; Fischer, M.; Lieberherr, E. (2020) Policy instrument mixes for operating modular technology within hybrid water systems, Environmental Science and Policy, 105, 120-133, doi:10.1016/j.envsci.2019.12.009, Institutional Repository
Gründl, H.; Larsen, T. A. (2019) The toilet revolution: improved water pollution control and reuse of wastewater in urban slums and in modern cities, World Architecture, 36-39, Institutional Repository
Maurer, M.; Hoffmann, S. (2019) Sanierungsfall Abwassersystem, Volkswirtschaft, 89(6), 12-15, Institutional Repository
Schneider, M. Y.; Carbajal, J. P.; Furrer, V.; Sterkele, B.; Maurer, M.; Villez, K. (2019) Beyond signal quality: the value of unmaintained pH, dissolved oxygen, and oxidation-reduction potential sensors for remote performance monitoring of on-site sequencing batch reactors, Water Research, 161, 639-651, doi:10.1016/j.watres.2019.06.007, Institutional Repository
Thürlimann, C. M.; Udert, K. M.; Morgenroth, E.; Villez, K. (2019) Stabilizing control of a urine nitrification process in the presence of sensor drift, Water Research, 165, 114958 (10 pp.), doi:10.1016/j.watres.2019.114958, Institutional Repository
Aubert, A. H.; Bauer, R.; Lienert, J. (2018) A review of water-related serious games to specify use in environmental Multi-Criteria Decision Analysis, Environmental Modelling and Software, 105, 64-78, doi:10.1016/j.envsoft.2018.03.023, Institutional Repository
Reymond, P.; Renggli, S.; Lüthi, C. (2016) Towards sustainable sanitation in an urbanising world, In: Ergen, M. (Eds.), Sustainable urbanisation, 116-134, doi:10.5772/63726, Institutional Repository
Larsen, T. A.; Hoffmann, S.; Lüthi, C.; Truffer, B.; Maurer, M. (2016) Emerging solutions to the water challenges of an urbanizing world, Science, 352(6288), 928-933, doi:10.1126/science.aad8641, Institutional Repository
Eggimann, S.; Truffer, B.; Maurer, M. (2015) To connect or not to connect? Modelling the optimal degree of centralisation for wastewater infrastructures, Water Research, 84, 218-231, doi:10.1016/j.watres.2015.07.004, Institutional Repository

Inter- und Transdisziplinarität

Pohl, C.; Fam, D.; Hoffmann, S.; Mitchell, C. (2019) Exploring Julie Thompson Klein's framework for analysis of boundary work, Issues in Interdisciplinary Studies, 37(2), 62-89, Institutional Repository
Hoffmann, S.; Thompson Klein, J.; Pohl, C. (2019) Linking transdisciplinary research projects with science and practice at large: introducing insights from knowledge utilization, Environmental Science and Policy, 102, 36-42, doi:10.1016/j.envsci.2019.08.011, Institutional Repository
Hitziger, M.; Aragrande, M.; Berezowski, J. A.; Canali, M.; Del Rio Vilas, V.; Hoffmann, S.; Igrejas, G.; Keune, H.; Lux, A.; Bruce, M.; Palenberg, M. A.; Pohl, C.; Radeski, M.; Richter, I.; Robledo Abad, C.; Salerno, R. H.; Savic, S.; Schirmer, J.; Vogler, B. R.; Rüegg, S. R. (2019) EVOLvINC: evaluating knowledge integration capacity in multistakeholder governance, Ecology and Society, 24(2), 36 (16 pp.), doi:10.5751/ES-10935-240236, Institutional Repository
Maag, S.; Alexander, T. J.; Kase, R.; Hoffmann, S. (2018) Indicators for measuring the contributions of individual knowledge brokers, Environmental Science and Policy, 89, 1-9, doi:10.1016/j.envsci.2018.06.002, Institutional Repository
Hoffmann, S.; Pohl, C.; Hering, J. G. (2017) Methods and procedures of transdisciplinary knowledge integration: empirical insights from four thematic synthesis processes, Ecology and Society, 22(1), (17pp.), doi:10.5751/ES-08955-220127, Institutional Repository
Hoffmann, S.; Pohl, C.; Hering, J. G. (2017) Exploring transdisciplinary integration within a large research program: empirical lessons from four thematic synthesis processes, Research Policy, 46(3), 678-692, doi:10.1016/j.respol.2017.01.004, Institutional Repository

Fallstudien

Doll, C.; Larsen, T. A.; Strande, L.; Udert, K. M.; Morgenroth, E. (2020) Water Hub im NEST-Gebäude. Eine Plattform zum Testen von innovativen ressourcenorientierten Sanitärsystemen, Aqua & Gas, 100(2), 52-57, Institutional Repository
Narayan, A. S.; Fischer, M.; Lüthi, C. (2020) Social network analysis for water, sanitation, and hygiene (WASH): application in governance of decentralized wastewater treatment in India using a novel validation methodology, Frontiers in Environmental Science, 7, 198 (18 pp.), doi:10.3389/fenvs.2019.00198, Institutional Repository
Reymond, P.; Chandragiri, R.; Ulrich, L. (2020) Governance arrangements for the scaling up of small-scale wastewater treatment and reuse systems - lessons from India, Frontiers in Environmental Science, 8, 72 (16 pp.), doi:10.3389/fenvs.2020.00072, Institutional Repository
Reynaert, E.; Greenwood, E. E.; Ndwandwe, B.; Riechmann, M. E.; Sindall, R. C.; Udert, K. M.; Morgenroth, E. (2020) Practical implementation of true on-site water recycling systems for hand washing and toilet flushing, Water Research X, 7, 100051 (13 pp.), doi:10.1016/j.wroa.2020.100051, Institutional Repository
Beutler, P.; Lienert, J. (2020) Zukünftige Abwasserentsorgung im ländlichen Raum - Fallstudie 1. Technischer Bericht zur Entscheidungsunterstützung für die Gemeinde , 247 p, Institutional Repository
Cherunya, P. C.; Ahlborg, H.; Truffer, B. (2020) Anchoring innovations in oscillating domestic spaces: why sanitation service offerings fail in informal settlements, Research Policy, 49(1), 103841 (16 p.), doi:10.1016/j.respol.2019.103841, Institutional Repository
van Welie, M. J.; Truffer, B.; Yap, X.-S. (2019) Towards sustainable urban basic services in low-income countries: a Technological Innovation System analysis of sanitation value chains in Nairobi, Environmental Innovation and Societal Transitions, 33, 196-214, doi:10.1016/j.eist.2019.06.002, Institutional Repository
Yap, X.-S.; Truffer, B. (2019) Shaping selection environments for industrial catch-up and sustainability transitions: a systemic perspective on endogenizing windows of opportunity, Research Policy, 48, 1030-1047, doi:10.1016/j.respol.2018.10.002, Institutional Repository
Eggimann, S.; Truffer, B.; Feldmann, U.; Maurer, M. (2018) Screening European market potentials for small modular wastewater treatment systems – an inroad to sustainability transitions in urban water management?, Land Use Policy, 78, 711-725, doi:10.1016/j.landusepol.2018.07.031, Institutional Repository
van Welie, M. J.; Cherunya, P. C.; Truffer, B.; Murphy, J. T. (2018) Analysing transition pathways in developing cities: the case of Nairobi's splintered sanitation regime, Technological Forecasting and Social Change, 137, 259-271, doi:10.1016/j.techfore.2018.07.059, Institutional Repository
Binz, C.; Truffer, B.; Coenen, L. (2016) Path creation as a process of resource alignment and anchoring: industry formation for on-site water recycling in Beijing, Economic Geography, 92(2), 172-200, doi:10.1080/00130095.2015.1103177, Institutional Repository

Kontakt

Dr. Sabine HoffmannGruppenleiterin, Cluster: ITDTel. +41 58 765 6818E-Mail senden
Lisa DeutschScientific Assistant, Cluster: ITDTel. +41 58 765 5326E-Mail senden

Programmstruktur

News

Das Wings Team hat gemeinsam mit einer internationalen ForscherInnengruppe eine inter- und transdisziplinäre Forschungsagenda zur Zukunft des urbanen Wassermanagements publiziert. Mehr Informationen unter: Eawag-News