Nachhaltige Infrastrukturkonzepte im urbanen Raum: die Rolle der "urban green infrastructure

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1 Nachhaltige Infrastrukturkonzepte im urbanen Raum: die Rolle der "urban green infrastructure Biodiversität und Klimawandel - Vernetzung der Akteure in Deutschland VII. Bundesamt für Naturschutz, Internationale Naturschutzakademie Insel Vilm Ulrich Scheele Arbeitsgruppe für regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH Gefördert durch:

2 Inhalt Zur Einordnung des Themas Traditionelle Infrastrukturmodelle Transformationsbedarf und nachhaltige Entwicklung Elemente dezentraler Ver- und Entsorgungssysteme Fallbeispiele für gelungene Transformationsprozesse Offene Fragen

3 Fotos: nwzonline.de ( )

4 Zur Einordnung des Themas Zentrale Wasserver- und Abwasserentsorgungssysteme ngss steme zeichnen sich durch eine hohe Energie- und Ressourcenintensität aus: der Zusammenhang zwischen Wasser und Energieversorgung wird nicht nur unter Kostenaspekten sondern auch unter Klimaschutzgesichtspunkten eine wichtige Rolle spielen Es gibt eine wachsende Debatte über neue nachhaltige Systeme der Ver- und Entsorgung Diese neuen Systeme sind dezentral, modular und flexibel und sind im hohen Maße in die lokalen Ökosysteme eingebunden (grey versus green infrastructure) Nachhaltige Systeme sind flächenintensiv: sie tragen nicht nur zur Verbesserung des Stadtklimas bei sondern erhöhen gleichzeitig iti die Kapazität der Klimaanpassung von Städten Anbindung an Ergebnisse des BMBF- Forschungsverbundes g g g networks (Transformationsmanagement für eine nachhaltige Wasserwirtschaft)

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6 Das traditionelle Infrastrukturmodell: take make waste philosophy 6 Wasserwirtschaft beruht auf einem über lange Zeiträume gewachsenem zentralen System von Wasserver-/Abwasserentsorgungsanlagen Bisher gilt: Zentralität und Einheitlichkeit der Systeme bei mittleren bis hohen Siedlungsdichten haben entscheidende technische und ökonomische Vorteile gegenüber de- oder semizentralen Systemen Unterschiedliche institutionelle Strukturen der Wasserwirtschaft, dennoch zahlreiche gemeinsame Merkmale Hoher Anschlussgrad, hohe Qualität und Versorgungssicherheit gss e e Konzept des einheitlichen Wassers : einheitliche Qualitätsstandards; keine Differenzierung nach Wassernutzungen Merkmale natürlicher Monopole; hohe Kapitalintensität und lange Lebensdauer der Systeme Planung, Finanzierung und Management der Systeme sind langfristig ausgelegt und eher angebotsorientiert Der Sektor unterliegt einem umfassenden System der Regulierung (Preisregulierung, Wettbewerbs-, Umwelt- und Gesundheitspolitik) Hohe Energieintensität der Systeme; gleichzeitig aber Betrachtung von Abwasser als Abfall und nicht als wertvolle Ressource

7 Druck auf die klassischen Infrastruktursysteme 7 Klimawandel und Ressourcenknappheit Forderung nach nachhaltiger Entwicklung Neue Technologien Hoher Sanierungsbedarf Demografischer Wandel

8 Herausforderungen für die deutsche Wasserwirtschaft Es gibt gegenwärtig kein Quantitätsproblem; Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserverfügbarkeit werden regional sehr unterschiedlich ausfallen Nach wie vor Druck auf die Qualität der Grundwasservorkommen; über 50 % der Grundwasservorkommen werden die WRRL Qualitätsvorgaben nicht einhalten Neue Ungleichgewichte i ht zwischen Angebot und Nachfrage nach Trinkwasser mit besonderen Herausforderungen für die Unternehmen der Wasserwirtschaft Demografischer Wandel verstärkt den Rückgang der Wassernachfrage privater Haushalte; Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Wasserbrauch aufgrund neuer Technologien und Managementkonzepte Folgen des Nachfragerückgangs für die Auslastung der Systeme; Auswirkungen auf die Trinkwasserqualität und die Kosten des Systems Hoher Investitionsbedarf für die Erneuerung und den Ausbau der Systeme (Bsp. Entwässerung, Trennsysteme, neue Qualitätsstandards..) Neue Debatte über die Systemnachhaltigkeit; carbon footprints, Thematisierung der Rolle der Wasserwirtschaft mit Blick auf Klimaschutz und Klimaanpassung Neue Techniklinien werfen Frage nach Systemalternativen bzw. -kopplungen auf; gibt es windows of opportunities?

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10 Investitionen und Investitionsbedarf in der deutschen Wasserwirtschaft Sektor Investitionen in Mrd. Öffentliche Wasserwirtschaft 2,1 (2006) Öffentliche Abwasserentsorgung 4,6 (2006) Investitionsbedarf in der öffentlichen Wasserversorgung Investitionsbedarf in der öffentlichen Abwasserentsorgung ,2 Quelle: WaterBerlin 2009; BdeW, Difu

11 Wasserverbrauch privater Haushalte (l/ew/d)

12 Elemente eines neuen Infrastrukturmodells Dezentrale und semi- zentrale Systeme Kombination von Wasser- und Energiesystem Integrative Wassermanagementansätze auf lokaler Ebene (Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Hochwasserschutz, h Niederschlagswassermanagement) Recycling Konzepte; duale Wasserversorgungssysteme für Trink- und Brauchwasser) Integration ti von Ökosystemdienstleistungen tl i t in Ver- und Entsorgungskonzepte t Getrennte Erfassung und Ableitung von unterschiedlichen Teilströmen Umbau der zentralen Abwasserbehandlung zur dezentralen Behandlung von Teilströmen Abwasser als wertvolle Ressource (Rückgewinnung von Energie und Nährstoffen) Minimierung des carbon footprint Stärkung von Partizipationselementen Aktive Rolle der Konsumenten

13 Alternative Wasser- und Abwassersysteme: State of the Art Im internationalen entwicklungspolitischen Kontext: eco san - Konzepte Alternative ti Ver-und dentsorgungskonzepte t in Industrienationen: ti ti : Ländliche Räume ohne zentrale Netze Neue Technologien in privaten Haushalten, Bürogebäuden und öffentlichen Gebäuden (onsite- Lösungen) Neue Wohn- und Gewerbegebiete, die bislang noch nicht infrastrukturell erschlossen sind (greenfields) Innerstädtische Brachen und Konversionsflächen (urban brownfields) Stadtgebiete mit zentralen Netzen aber zunehmenden Diseconomies Gebiete mit starkem Rückgang der Wassernachfrage Modellräume für neue Entwicklungskonzepte Noch kein Paradigmenwechsel, aber Hinweise auf Erodierung des alten Systems von Rändern hier; Kombination von dezentralen und zentralen Komponenten Neue Akteure auf dem Markt stützen alternative Konzepte: Technologieunternehmen, wasserintensive Industrieunternehmen Neue Konzepte verlassen green niches ; Nachhaltigkeitsstandards spielten dabei eine zentrale Rolle Systematische Nachhaltigkeitskonzepte für Metropolregionen als strategischer Ansatz zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit (London, New York, München )

14 New actors in town...

15 Form grey to green infrastructure... Im internationalen ti Kontext t wachsende Bedeutung der Rolle der green infrastructure im urbanen Kontext: soft path, smart growth, low impact development or low tech solutions, green infrastructure and ecosystem services Räumliche Schwerpunkte z Zt. UK, USA, Australien Motivlage kontextabhängig, Schwerpunkt aber Verbesserung Stadtklima, Reduzierung Niederschlagswasserproblematik, Klimaanpassung. Große Bandbreite möglicher technischer und organisatorischer Lösungen Wachsende Zahl von Studien, Guidelines, Workshops und Konferenzen

16 Definition iti Green infrastructure is the physical environment within and between our cities, towns and villages. It is a network of multifunctional open spaces, including formal parks, gardens, woodlands, green corridors, waterways, street trees and open countryside. It comprises all environmental resources, and thus a green infrastructure approach also contributes towards sustainable resource management.

17 Ausgewählte Elemente nachhaltiger Systeme der Wasserwirtschaft Technology Despription Local abstraction Wetlands Sand filters Swales and filter strips Ponds Constructed wetlands Vegetated spaces Similar to groundwater abstraction except practised on a local scale and typically for non-potable applications Naturally-occurring vegetated waterbodies that may improve stormwater quality. Engineered filters with sand media for stormwater quality improvement, also used for treating wastewater prior to discharge to watercourses Flat strips or gently side-sloped grassed ditches for stormwater conveyance and treatment. A type of above-ground stormwater storage area, which may be natural or engineered, for flow attenuation and quality improvement Engineered version of natural wetlands. Large areas required, but have water quality improvement properties and aesthetic and biodiversity benefits; also used for treating wastewater prior to discharge to watercourses Areas of land set aside for stormwater collection and treatment, with similar benefits to constructed wetlands Bioretention ti Shallow basins used to slow and treat t on-site stormwater t using native basins soils Quelle: nach Makropoulos/Butler 2010

18 Internationale ti Fallstudien Land Projekt Konzept Nieder- Zonneterp Konzepte des urban farming mit der Integration ti dezentraler Konzepte der lande Wasserversorgung und Energieerzeugung Leidsche Rijn Lanxmeer Nachhaltiges Stadtquartier mit Schwerpunkt auf neuen Wasserver- und Abwasserversorgungskonzepten und neuen Ansätzen des Niederschlagswassermanagement Nachhaltiges Stadtquartier mit Schwerpunkt auf neuen Wasserver- und Abwasserversorgungskonzepten und Niederschlagswassermanagement UK Thames Gateway Größtes europäisches urban regeneration Vorhaben; Umsetzung von water neutrality Konzepten Eco Town Codes for sustainable abe homes Strategic Direction Statement Nationale Initiative zur Förderung nachhaltiger Stadtentwicklung Entwicklung und Umsetzung von umfassenden Nachhaltigkeitsstandards Langfriststrategien von Wasserversorgungsunternehmen mit Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit Australia Aurora Estate Nachhaltige Stadtentwicklung unter den Bedingungen von Klimawandel New Zealand Three Water Vision Sachhaltige Stadtentwicklung unter den Bedingungen von Klimawandel und Wasserknappheit 18 Sweden Hammarby Nachhaltige Stadtentwicklung Sjöstad Japan Fukuoka City Dezentrale Wasser- und Abwassersysteme Informationen unter:

19 19 FALLBEISPIEL: LANXMEER/NL

20 Fallbeispiel /1/ Projekt Lanxmeer (NL) Neubaugebiet bi in der Gemeinde Culemborg bei Utrecht 250 Wohneinheiten, m2 Büroflächen, Hotel- und Informationszentrum t auf insgesamt rd. 33 ha Entwicklungsrestriktionen durch vorhandenes Wassergewinnungsgebiet Private Nachhaltigkeitsinitiative als Ausgangspunkt für das Projekt; aufgezeigt werden sollte, wie nachhaltige Entwicklung unter Praxisbedingungen aussehen kann Aktionsfelder: Energie, Wasser und Abwasser, Mobilität, Abfall, Partizipation; integrativer Ansatz Partizipation der Bürger spielt eine zentrale Rolle 20

21 Lanxmeer/Culemborg (NL) Fotos: 21

22 Lanxmeer/Culemborg (NL) Fotos: 22

23 Lanxmeer/Culmenborg (NL) 23 Fotos:

24 Partizipation 24 Fotos:

25 Das Wassersystem in Lanxmeer /1/ Wasserströme werden soweit wie möglich von einander separiert, um nutzungsspezifische Wasserdienstleistungen i t anbieten zu können (fit for purpose); gleichzeitig Minimierung der aufzubereitenden Wassermengen Direkte Ableitung der Niederschläge von Dächern in Retentionsbecken; Erfassung der Abflüsse von Straßen und versiegelten Flächen in bepflanzten Gebieten (vegetated swale); Ableitung über Filtrationsprozesse in Grundwasser Grauwasser aus Waschmaschinen, Duschen etc. wird über ein eigenes System erfasst und über Schilffilter (reedbed d filter) gereinigt; i Einleitung i in Oberflächengewässer außerhalb der Grundwassergewinnungsgebiete Abführung von Wasser aus Toiletten (Schwarzwasser) über ein herkömmliches Kanalisationsnetz; Errichtung einer Biogasanlage und die Errichtung einer auf biologischen Prozessen basierenden Wasseraufbereitungsanlage (Living Machine) in Vorbereitung 25

26 Das Wassersystem in Lanxmeer /2/ Errichtung eines zweiten Versorgungsnetz für die Bereitstellung von Wasser für Toilettenspülungen und Reinigung. Wassernetze sind farblich unterschiedlich gestaltet, das Brauchwassernetz wird zusätzlich mit einem niedrigeren Druck gefahren, um ein unbeabsichtigtes Eindringen von Brauchwasser in das Trinkwassernetz zu verhindern. Als Quelle für das Brauchwasser wird das Spülwasser aus der Grundwassergewinnung genutzt; aufgrund geringerer Mengen an Eisen und Mangan ist die Qualität des Wassers besser als das von Grundwasser. Das Brauchwassernetz wurde nach Problemen an einem anderen Standort (Leidsche Rijn) aufgegeben. 26

27 27 Sustainable Implant

28 Sustainanble Implant 28 EVA Centre: Kombination aus Tagungszentrum, Hotel und Bildungseinrichtung. Kern des Projekts ist das sog. Sustainable Implant, d.h. eine in das Gebäudekomplex integrierte und auf dem Konzept der sog. Living Machines basierende Komponente der Abwasserreinigung. Energieproduktion aus Biogas und die Abwasserbehandlung wird in mehrere Teilprozesse unterschieden: Einsammlung von Schwarzwasser und biologischen Haushalts- und Gartenabfällen und Einleitung dieser Stoffströme in die Anlage Der Fermentationsprozess mit Biogas, Abwässer und Klärschlamm als Endprodukte Reinigung und Aufbereitung des Biogas auf die Qualität von Erdgas Aufbereitung der Abwässer auf die Qualität von Oberflächenwasser Kompostierung des Klärschlamms für die Nutzung als Gartenkompost Ergänzt werden diese Bausteine durch folgende Komponenten: Erfassung der Abfallströme innerhalb des Gebietes an einem Rückgabezentrum (Retourette) Nutzung der Biogases in einer KWK Anlage, das C02 wird in Gewächshäusern eingesetzt und das aufbereitete Wasser in Freizeiteinrichtungen Architektonische und landschaftsplanerische Einbindung; Bsp. Gewächshäuser Gewächshäuser sind als hängende Gärten konzipiert und werden damit auch architektonisch Maßstäbe setzen.

29 Zusammenfassung Modell Lanxmeer 29 Lanxmeer als gelungenes Beispiel i für die Kombination von hardware (Technik, Innovation) und software (Nachhaltigkeit, Verhaltenssteuerung, Partizipation) p ) Günstige Bedingungen durch Demonstrationscharakter Unterstützung durch Regierung g und durch die Bewohner Ausnahmegenehmigungen (Bau innerhalb von Schutzgebieten) Potentielle Barrieren bei der Realisierung höhere Kosten auf Seiten der Kommunen durch geringe Bebauungsdichte Zurückhaltung auf Seiten der Versorgungsunternehmen Entwicklungen auf Wohnungsmarkt: Nachfrage age eher e zögerlich

30 Hammarby Sjöstad Stockholm: Das Konzept Eines der größten Stadterneuerungsprojekte Europas (250 ha, Wohneinheiten, h it m2 Büroflächen, Einwohner, Investitionsvolumen rd. 3,5 Mrd. ) Entscheidende Impulse für Projektrealisierung durch (gescheiterte) Bewerbung Stockholms als Olympia - Austragungsort Expliziter Nachhaltigkeitsansatz, Hammarby Modell basiert auf unterschiedlichen miteinander vernetzten Stoffstromkreisläufen; Wasser als prägendes Element Ziel: dokumentieren, dass eine unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten sinnvolle Integration der verschiedenen technischen Ver- und Entsorgungssysteme auch praktisch umsetzbar ist; Erfahrungen fließen zurzeit in zwei weitere große Stadtentwicklungsprojekte Stockholms ein (Royal Seaport, Sustainable Järva) Übergeordnetes Ziel: twice as good as the norm sowohl im Hinblick auf Ressourceneffizienz als auch Umweltqualitätsstandards; bis 2020 Halbierung des Ressourcenverbrauchs gegenüber Referenz Grundlage: detaillierter Masterplan; schrittweise Umsetzung erlaubt kleinteilig angepasste Profile und sichert architektonische Vielfalt und Anwendung der jeweils aktuellsten Technologie

31 31 Hammarby Modell

32 Hammarby Sjöstad Stockholm: Bisherige Ergebnisse Semizentrale Wasserver- und Abwasserentsorgung; jeweils neueste technische Lösungen Getrennte Erfassung von Abwasserströmen; lokale Kläranlagen für Haushaltsabwässer, Separation und lokale Aufbereitung von Niederschlagswasser Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser; Biogasanlage zur Verwertung von Klärschlamm Konkrete Vorgaben für Wasser- und Energieverbrauch weitestgehend erreicht; erste Environmental Impact Studien bestätigen positive Entwicklungen; nicht alle Ziele sind erreicht worden; systematisches stematisches Monitoring wird eingefordert Nachhaltigkeit unter ökonomischen und sozialen Gesichtspunkten nicht eindeutig: geringes Arbeitsplatzangebot, problematische soziale Durchmischung; hohes Mietpreisniveau Erfolg des Vorhabens begünstigt durch Kooperation zentraler Akteure (Wasser- und Energieversorger, Stadt Stockholm, Land) 32

33 Forschungslücken Vorteilhaftigkeit neuer Systeme unter ökologischen Aspekten in den meisten Fällen nachweisbar; trade off zwischen Energie- und dwassernutzung und Flächenverbrauch? Wirtschaftlichkeit nicht hinreichend klar; jeweils lokaler Kontext entscheidend: there is no one size fits all - solution Frage nach dem Spannungsverhältnis von Compact City und Sustainable City Wie kann ein Transformationsprozess eingeleitet werden? Transformation ist weniger einer Problem verfügbarer Technologien, als vielmehr davon abhängig, wie ökonomische, institutionelle aber auch kulturell bedingte Widerstände gegen notwendige Reformprozesse überwunden werden können. Integrativer Ansatz erfordert neue Verfahren der Kosten- und Nutzenerfassung und deren Allokation... Bisher Fokus auf greenfield- Lösungen; entscheidend aber: wie können notwendige Transformationsprozesse im Bestand angestoßen werden?.. 33

34 Kontakt Apl. Prof. Dr. Ulrich Scheele Arbeitsgruppe für Regionale Struktur- und Umweltforschung GmbH (ARSU) Escherweg 1 D Oldenburg Tel.: 0049(0) Mail: Apl. Prof. Dr. Ulrich Scheele University of Oldenburg Department of Economics Ammerländer Heerstraße D Oldenburg Mail: 34

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