News

Städtische Abwassersysteme nachhaltig entwickeln

8. April 2022 | Bärbel Zierl

Das Forschungsprogramm Wings erforscht alternative, dezentrale Abwassersysteme und vernetzt Akteure aus Forschung, Politik, Behörden, Stadtplanung, Ingenieur- und Architekturbüros.  Ziel ist es, Innovationen im Wassersektor zu fördern und Wege in eine nachhaltige und flexible Zukunft des Abwassers aufzuzeigen.

Das Schweizer Abwassersystem ist hocheffektiv, eines der besten weltweit, aber auch höchst kostspielig und verschwenderisch was Ressourcen anbelangt. Um menschliche Hinterlassenschaften zu entsorgen, durchzieht ein Kanalnetz von 130'000 Kilometern den Schweizer Untergrund. Zudem sind riesige Mengen an Wasser, meist Trinkwasser nötig, um Urin und Fäkalien zu weit entfernten Abwassereinigungsanlagen zu spülen, etwa 1,4 Milliarden Kubikmeter pro Jahr. Nur wenige reiche Länder können sich das tatsächlich leisten. Auch die Schweiz ist gefordert, denn die Infrastruktur ist überaltert und Bevölkerungswachstum, Klimawandel und Mikroverunreinigungen erhöhen den Druck auf Kanalsystem und Abwasserreinigungsanlagen, allen voran in den Städten. Da zudem weltweit Ressourcen immer knapper werden, steigt das Interesse, wertvolle Rohstoffe aus Abwasser zurückzugewinnen.

Beitrag zum Ziel 6 für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen

Das inter- und transdisziplinäre Forschungsprogramm Wings des Wasserforschungsinstituts Eawag hat sich deswegen unter anderem zum Ziel gesetzt, städtische Abwassersysteme nachhaltig zu entwickeln und damit einen Beitrag zum Nachhaltigkeitsziel 6 der vereinten Nationen zu leisten: sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen für alle. Sabine Hoffmann, die das Programm leitet, erklärt: «Das Programm erforscht alternative, dezentrale Abwassersysteme, die keine weiträumigen Kanalnetze benötigen, weniger Wasser verbrauchen, das Abwasser direkt vor Ort reinigen und wertvolle Rohstoffe wie Wasser, Nährstoffe und Energie aus dem Abwasser zurückgewinnen.»  
 

Zentrale, dezentrale, hybride Abwassersysteme

Konventionelle Abwassersysteme mit einem weiten Kanalnetz und wenigen, grossen Abwasserreinigungsanlagen werden als zentrale Systeme bezeichnet. Im Gegensatz dazu spricht man bei den neuen Abwassersystemen, die das Abwasser vor Ort behandeln, reinigen und recyceln, von dezentralen, nicht-netzgebundene Abwassersystemen. Werden dezentrale und zentrale Systeme miteinander verbunden, entstehen sogenannte hybride Systeme. Das ist vor allem für Länder wie die Schweiz, die bereits ein grosses Kanalnetz hat, ein guter Lösungsansatz. So können innovative Technologien in das konventionelle System eingebunden werden. In Ländern, die gerade erst beginnen, ein Abwassersystem aufzubauen, sind dezentrale Systeme häufig eine flexible, kostengünstige und ressourcenschonende Alternative.

In der Schweiz werden derzeit viele alternative Technologien entwickelt. In Genf trennen und behandeln Wohnbaugenossenschaften Urin und Haushaltsabwässer vor Ort. Das Schweizer Unternehmen Laufen bringt seit 2019 eine Toilette zur separaten Trennung und Rückgewinnung von Nährstoffen aus Urin auf den Markt. Eawag und Empa entwickeln und testen die dezentrale Abwasserreinigung im NEST-Gebäude, und die Städte Bern und Freiburg sind führend bei der Entwicklung von Quartieren mit dezentraler Abwasserreinigung. Der Zürcher Komposttoilettenhersteller Kompotoi will zusammen mit Partnern aus Deutschland und Frankreich die Abwasserwende einläuten und Ressourcenkreisläufe schliessen, indem er die Nährstoffe aus den Fäkalien und dem Urin der öffentlichen Komposttoiletten als Dünger in der Landwirtschaft verwendet.

Low- und High-Tech miteinander vernetzen

Wie eine Studie der Eawag-Forscher Jonas Heiberg und Bernhard Truffer gezeigt hat, sind die Ansätze sehr unterschiedlich. Während einige Akteure eher Low-Tech-Lösungen bevorzugen, setzen andere auf High-Tech. Das kann dazu führen, dass sich unabhängige Innovationsszenen entwickeln, die sich möglicherweise sogar gegenseitig blockieren. Hier setzt das Forschungsprogramm Wings an. «Nur wenn Forschung, Politik, Behörden, Stadtplanung, Ingenieur- und Architekturbüros zusammenarbeiten, lassen sich nachhaltige und praktikable Lösungen für unterschiedliche Städte und Bedürfnisse entwickeln und auch effizient umsetzen», sagt Sabine Hoffmann.

Um solche Lösungen zu entwickeln und in der Praxis konkret umzusetzen, arbeitet Wings in einem interdisziplinären Team von Ingenieurinnen und Ingenieuren sowie Sozialwissenschaftlerinnen und Sozialwissenschaftlern der Eawag-Abteilungen Verfahrenstechnik, Siedlungswasserwirtschaft, Umweltsozialwissenschaften sowie Siedlungshygiene und Wasser für Entwicklung. Das Programm baut auf bestehenden inter- und transdisziplinären Projekten auf, die zum Teil eng mit Akteuren aus Verwaltung, Politik, Praxis und Industrie zusammenarbeiten. Es bündelt diese Forschungsprojekte unter einem gemeinsamen Dach und nutzt Synergien, um Veränderungsprozesse in Richtung einer nachhaltigen Siedlungswasserwirtschaft in Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländern zu unterstützen. «Unser Ziel ist es, aus den bisherigen Erfahrungen in der Entwicklung und Umsetzung konkreter Lösungen zu lernen, um solche Veränderungsprozesse gezielt anstossen zu können», sagt Sabine Hoffmann.

Paradigmenwechsel vom linearen zum zirkulären Denken und Handeln

Wings zeigt zudem auf, in welchen Bereichen Anpassungen nötig sind, um Abwassersysteme zukunftsfähig zu machen. So braucht es zum Beispiel nicht nur Veränderungen von Infrastrukturen und Märkten, wobei technische und soziale Innovationen zu koppeln sind. Auch müssen sozio-technische Lösungen erstmal im kleinen Massstab gezielt getestet werden, zum Beispiel in Reallaboren, Pilotprojekten oder Experimentierräumen. Hierfür müssen geeignete Rahmenbedingungen geschaffen werden, die auch ein Scheitern erlauben. Natürlich müssen alle relevanten Akteure in solche Veränderungsprozesse systematisch und breit eingebunden werden. Aber letztendlich braucht es einen Paradigmenwechsel «vom linearen zum zirkulären Denken und Handeln», der in Schulen, Universitäten und der beruflichen Aus-, Fort- und Weiterbildung gezielt vermittelt werden muss.

Titelbild: Max Maurer, Eawag

Originalpublikationen

Extbase Variable Dump
array(2 items)
   publications => '20568,22292,24447' (17 chars)
   libraryUrl => '' (0 chars)
Extbase Variable Dump
array(3 items)
   0 => Snowflake\Publications\Domain\Model\Publicationprototypepersistent entity (uid=20568, pid=124)
      originalId => protected20568 (integer)
      authors => protected'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.&n
         bsp;L.; Scholten, L.; Truffer, B.; Udert, K. M.
' (371 chars) title => protected'A research agenda for the future of urban water management: exploring the po
         tential of non-grid, small-grid, and hybrid solutions
' (129 chars) journal => protected'Environmental Science and Technology' (36 chars) year => protected2020 (integer) volume => protected54 (integer) issue => protected'9' (1 chars) startpage => protected'5312' (4 chars) otherpage => protected'5322' (4 chars) categories => protected'urban water management; non-grid systems; small-grid systems; hybrid systems
         ; research agenda; transdisciplinary integration
' (124 chars) description => protected'Recent developments in high- and middle-income countries have exhibited a sh
         ift from conventional urban water systems to alternative solutions that are
         more diverse in source separation, decentralization, and modularization. The
         se solutions include non-grid, small-grid, and hybrid systems to address suc
         h pressing global challenges as climate change, eutrophication, and rapid ur
         banization. They close loops, recover valuable resources, and adapt quickly
         to changing boundary conditions such as population size. Moving to such alte
         rnative solutions requires both technical and social innovations to co-evolv
         e over time into integrated socio-technical urban water systems. Current imp
         lementations of alternative systems in high- and middle-income countries are
          promising, but they also underline the need for research questions to be ad
         dressed from technical, social, and transformative perspectives. Future rese
         arch should apply a transdisciplinary research approach through socio-techni
         cal "lighthouse" projects that apply alternative urban water systems at scal
         e. Such research should leverage experience from lighthouse projects in a ra
         nge of socio-economic contexts, identify their potentials and limitations fr
         om an integrated perspective, and share their successes and failures across
         the urban water sector.
' (1315 chars) serialnumber => protected'0013-936X' (9 chars) doi => protected'10.1021/acs.est.9b05222' (23 chars) uid => protected20568 (integer) _localizedUid => protected20568 (integer)modified _languageUid => protectedNULL _versionedUid => protected20568 (integer)modified pid => protected124 (integer)
1 => Snowflake\Publications\Domain\Model\Publicationprototypepersistent entity (uid=22292, pid=124) originalId => protected22292 (integer) authors => protected'Deutsch, L.; Belcher, B.; Claus, R.; Hoffmann, S.' (69 chars) title => protected'Leading inter- and transdisciplinary research: lessons from applying theorie
         s of change to a strategic research program
' (119 chars) journal => protected'Environmental Science and Policy' (32 chars) year => protected2021 (integer) volume => protected120 (integer) issue => protected'' (0 chars) startpage => protected'29' (2 chars) otherpage => protected'41' (2 chars) categories => protected'interdisciplinary; transdisciplinary; theory of change; leadership; urban wa
         ter management; research programs
' (109 chars) description => protected'Theory of Change (ToC) has been promoted as a useful tool in sustainability
         research for visioning, planning, communication, monitoring, evaluation and
         learning. It involves a mapping of steps towards a desired long-term goal su
         pplemented with continuous reflection on how and why change is expected to h
         appen in a particular context. However, there is limited reported experience
          with the development and application of ToCs in inter- and transdisciplinar
         y research contexts. While some previous publications have focused on ex-pos
         t application, there has been little discussion about the process of develop
         ing and using ToCs in strategic planning and monitoring in large inter- and
         transdisciplinary research programs. This article reports challenges and les
         sons learned from the experience of developing and using ToCs in the inter-
         and transdisciplinary research program <em>Wings</em> (<em>W</em>ater and sa
         nitation <strong>i</strong>nnovations for <em>n</em>on-<em>g</em>rid <em>s</
         em>olutions). Challenges include (1) managing time constraints, (2) balancin
         g between concrete and abstract discussions, (3) ensuring diversity in group
          composition, (4) fluctuating between reservations and appreciation, and (5)
          fulfilling both service and science roles while leading the ToC process. Th
         e experience highlights the importance of alternating formal and informal in
         teraction formats throughout the process, ensuring heterogenous group format
         ion, involving early career scientists, being responsive to emergent needs a
         nd making the added value of developing and using ToCs explicit and tangible
          for all participants. Although these lessons are mainly derived from develo
         ping ToCs within the interdisciplinary program team, they can support other
         programs in both their inter- and transdisciplinary research endeavors.
' (1819 chars) serialnumber => protected'1462-9011' (9 chars) doi => protected'10.1016/j.envsci.2021.02.009' (28 chars) uid => protected22292 (integer) _localizedUid => protected22292 (integer)modified _languageUid => protectedNULL _versionedUid => protected22292 (integer)modified pid => protected124 (integer)
2 => Snowflake\Publications\Domain\Model\Publicationprototypepersistent entity (uid=24447, pid=124) originalId => protected24447 (integer) authors => protected'Heiberg,&nbsp;J.; Truffer,&nbsp;B.' (34 chars) title => protected'Overcoming the harmony fallacy: how values shape the course of innovation sy
         stems
' (81 chars) journal => protected'Environmental Innovation and Societal Transitions' (49 chars) year => protected2022 (integer) volume => protected42 (integer) issue => protected'' (0 chars) startpage => protected'411' (3 chars) otherpage => protected'428' (3 chars) categories => protected'technological innovation systems (TIS); values; institutional logics; socio-
         technical configuration analysis; geography of transitions; modular water te
         chnologies
' (162 chars) description => protected'The technological innovation systems (TIS) framework is one of the dominant
         perspectives in transitions studies to analyze success conditions and system
          failures of newly emerging technologies and industries. So far, TIS studies
          mostly adopted a rather harmonious view on the values of actors and by this
          were unable to address competition, conflicts and, in particular, battles o
         ver diverging directionalities within the system. To empirically assess this
          potential “harmony fallacy”, we identify values as part of underlying i
         nstitutional logics of major organizations in the field of modular water tec
         hnologies in Switzerland by means of 26 expert interviews. We show how logic
         s may condition collaboration patterns and technological preferences. This a
         nalysis inspires key conceptual tasks of innovation system analysis, like th
         e identification of system failures, the setting of appropriate system bound
         aries and the formulation of better policy recommendations.
' (971 chars) serialnumber => protected'2210-4224' (9 chars) doi => protected'10.1016/j.eist.2022.01.012' (26 chars) uid => protected24447 (integer) _localizedUid => protected24447 (integer)modified _languageUid => protectedNULL _versionedUid => protected24447 (integer)modified pid => protected124 (integer)
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
Deutsch, L.; Belcher, B.; Claus, R.; Hoffmann, S. (2021) Leading inter- and transdisciplinary research: lessons from applying theories of change to a strategic research program, Environmental Science and Policy, 120, 29-41, doi:10.1016/j.envsci.2021.02.009, Institutional Repository
Heiberg, J.; Truffer, B. (2022) Overcoming the harmony fallacy: how values shape the course of innovation systems, Environmental Innovation and Societal Transitions, 42, 411-428, doi:10.1016/j.eist.2022.01.012, Institutional Repository

Kristof K (2021) Erfolgsfaktoren für die gesellschaftliche Transformation: Erkenntnisse der Transformationsforschung für erfolgreichen Wandel nutzen. GAIA - Ecological Perspectives for Science and Society 30 (1):7-11. doi:10.14512/gaia.30.1.3