Darum strahlen Perowskite hell: Forschungsteam der Physik erklärt Materialeigenschaften zukunftsweisender Halbleiter

05.06.2024 (pm/red) Es klingt paradox: Das Halbleitermaterial Perowskit ist zu besonders hellem Leuchten fähig, obwohl sein Grundzustand auf dunklen Exzitonen beruht. Warum das so ist, hat ein europäisches Forschungsteam unter Marburger Leitung beleuchtet, indem sie …

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Ressource Wasser wird knapp – auch in Deutschland: Handlungsempfehlungen an Politik und Wirtschaft

Kunststoffmüll gelangt aus den Gewässern – im Bild die Lahn in Mittelhessen – in die Flussauen und schadet der Wasserqualität. Foto Collin Weber

22.03.2022 (pm/red) In vielen Teilen der Welt, so auch hierzulande, werden Wasserressourcen und insbesondere Grundwasser-Reserven immer knapper. Dieses Thema steht beim diesjährigen Weltwassertag der Vereinten Nationen am 22. März im Fokus. Der Ukraine-Krieg verschärft das Problem. Eine beschleunigte Energiewende erfordert den nochmal verstärkten Einsatz teils wasserintensiverer Technologien zur regenerativen Energieerzeugung. Forscher/innen haben nun neue Instrumente entwickelt, damit dieser Herausforderung begegnet werden kann.

Wie lässt sich die wertvolle Ressource Wasser besser erkunden, schützen und nachhaltiger nutzen? Dazu haben zwölf Forschungsprojekte in der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Maßnahme „Globale Ressource Wasser (GRoW)“ neue, auch digitale, Werkzeuge erschlossen und Analysen veröffentlicht. Die GRoW-Gemeinschaft richtet nun folgende Handlungsempfehlungen an Entscheider aus Politik und Wirtschaft in Deutschland und aller Welt:

Ressource Wasser bei Energiewende mitdenken

Technologien mit geringem bis keinem CO2-Ausstoß stehen im Fokus der Energiewende. Sie verbrauchen teils jedoch enorme Mengen Wasser, das durch den Klimawandel ohnehin knapper wird. Im GRoW-Projekt WANDEL haben sich Wissenschaftler*innen mit der Frage befasst, wie viel Wasser für verschiedene Formen der Energieerzeugung gebraucht wird und was das für die Energiewende bedeutet.

Diese Frage ist seit Ausbruch des Kriegs in der Ukraine umso relevanter, denn eine Beschleunigung der Energiewende ist nun noch dringlicher geworden – um das Klima zu schützen und um energiepolitisch unabhängig zu werden. Die Forschenden haben weltweit die Verfügbarkeit erneuerbarer Wasserressourcen berechnet und dieser geplante Wasserentnahmen entgegengesetzt. Dazu bezogen sie auch 48.000 Standorte von Energiegewinnungsanlagen und deren Wasserverbrauch ein. Das Ergebnis: An bis zu 42 Prozent der weltweit untersuchten Standorte ist ein Defizit zu erwarten, weil dort künftig mehr Wasser benötigt wird als verfügbar ist.

Digitalisierung für besseres Grundwassermanagement einsetzen

Nicht nur der erhöhte Wasserbedarf neuer Technologien für die Klimaneutralität erfordern ein besseres Management unserer Grundwasserressourcen. Die Klimakrise führt ohnehin weltweit, so auch in Deutschland, zu deutlichen Steigerungen der Grundwasserentnahmen. In Dürrejahren müssen deutsche Wasserversorger schon jetzt zum Teil auf Grundwasser-Sicherheitsreserven zurückgreifen.

Im GRoW-Projekt MedWater haben Forschende die Kapazitäten zur Neubildung von Grundwasser in eines besonders von der Klimakrise betroffenen Grundwasserleiters in Israel und dem Westjordanland untersucht. Sie haben festgestellt, dass dort die Grundwasserneubildung bis 2070 um bis zu 25% abnehmen kann. Doch genauso haben sie festgestellt, dass durch die in diesem Projekt zum Einsatz gekommenen besseren Modellierungen weltweit Grundwasserschutzmaßnahmen deutlich effektiver eingesetzt werden können. Auch Probleme wie die Küstenversalzung und Nitrateinträge ins Grundwasser können besser analysiert und im Blick behalten werden.

Nachhaltiges Wassermanagement entwicklen

Hierfür sollten die neuen Möglichkeiten des digitalen Zeitalters konsequent und systematisch genutzt werden, um nachhaltiges Wassermanagement überall und in allen Bereichen zu erzielen und zu verbessern. Insbesondere in den datenarmen Regionen der Erde, oftmals Entwicklungsländer mit großen Wasserrisiken, kann moderne Forschung aus neuen Datenströmen von Umweltsatelliten und Modellsimulationen die bisher fehlenden Informationen gewinnen. Nicht nur durch Fernerkundungs- und globale Wetterdaten, sondern auch durch den lokalen Einsatz von Drohnen und Online-Sensoren konnten in GRoW-Projekten hochaufgelöste Daten für die Gewässermodellierung erfasst werden.

Möglichkeiten zur saisonalen Vorhersage konsequent nutzen

Wenn Wasserknappheit und Dürren rechtzeitig vorhergesagt werden, können verantwortliche Akteure Maßnahmen ergreifen, um größere Schäden so gut es geht abzuwenden. Hierfür sind saisonale Vorhersagen notwendig, die extreme Wetterereignisse um Monate vorhersagen. Solche Vorhersagen sind inzwischen mit einem hohen Grad an Verlässlichkeit möglich. So hat das GRoW-Projekt SaWaM ein System zur saisonalen Vorhersage entwickelt, welches Dürreereignisse bis zu sieben Monate im Voraus akkurat vorhersagen konnte.

Dürremanagement und die Steuerung von Staudämmen

Das System liefert eine wichtige Entscheidungsunterstützung für das Dürremanagement sowie die Steuerung von Staudämmen. Behörden können frühzeitig Maßnahmen ergreifen, um das Wassermanagement an die bevorstehende Situation anzupassen. Ein derart optimiertes Wassermanagement ermöglicht auch erhebliche wirtschaftliche Einsparungen. Eine im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichte Untersuchung des SaWaM-Projekts für den Upper-Atbara-Staudamm im Sudan zeigt, dass in einem Beispieljahr bei einem frühzeitigen Betrieb des Staudamms aufgrund von Dürren Verluste in Höhe von 16 Mio. US-Dollar vermieden werden könnten.

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