Die intelligente Nutzung von Wasser gegen Brände im Wald-Siedlungs-Grenzbereich

In vielen europäischen Ländern wird das Wasser immer knapper; die Haupttreiber sind die Klimakrise und der wachsende Wasserbedarf in den Städten. Im übergeordneten Rahmen der nachhaltigen Wasserbewirtschaftung der EU wird der Wasserkreislauf von GUARDIAN entwickelt und umgesetzt, um Waldbrände im Wald-Siedlungs-Grenzbereich von La Vallesa nach den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft und mit neuartigen technischen Lösungen zu bekämpfen. Die Wasserbereitstellung für Prävention, Einsatzvorbereitung und direkten Angriff wird so geplant, dass das Wasser optimal und effizient genutzt wird, um das Brandrisiko im Wald-Siedlungs-Grenzbereich zu mindern.

Wasser, das kostbarste Gut der Menschheit

Wasser ist ein kostbares Gut und in vielen Ländern eine knappe Ressource. Obwohl ein großer Teil unseres Planeten mit Wasser bedeckt ist, handelt es sich überwiegend um Salzwasser (97 %); nur die restlichen 3 % sind Süßwasser, das den Bedarf der Menschen und Lebewesen deckt. Und nur ein Drittel dieses Restes ist als Oberflächen- oder Grundwasser nutzbar.

Die Klimakrise mit ihren Extremwetterereignissen wirkt sich unmittelbar negativ auf die Wasserqualität und -verfügbarkeit aus. Hinzu kommt ein weltweit steigender Bedarf an Trinkwasser, vor allem in den Städten, sodass die gesamte Wasserbilanz völlig aus dem Gleichgewicht gerät.

Die Europäische Umweltagentur (EUA) schätzt, dass rund ein Drittel der EU dauerhaft oder zeitweise unter Wasserstress leidet. Zweifellos sind die Mittelmeerländer im Sommer häufig schweren Dürreperioden ausgesetzt. Doch Wasserknappheit wird bereits auch in nördlicheren Breiten zum Problem (z. B. im Vereinigten Königreich und in Deutschland). Eine umfassende Analyse der EUA zum Wasserbedarf und zu den damit verbundenen Umweltbelastungen in Europa finden Sie unter folgendem Link. Sehen Sie sich die Statistiken an und erkunden Sie die interaktiven Karten!

Quelle: Europäische Umweltagentur (EUA), „Water use and environmental pressures“.

Wasser zur Bekämpfung von Waldbränden: Nutzen wir es klug!

Die Europäerinnen und Europäer verbrauchen jedes Jahr Milliarden Kubikmeter Wasser – nicht nur als Trinkwasser und im Haushalt, sondern auch für Landwirtschaft, Industrie, Handel, Tourismus und Freizeit.

Zu den Wassernutzungen gehört auch die Brandbekämpfung, sei es bei Industrie-, Stadt- oder Waldbränden. Tatsächlich ist Wasser das am häufigsten verwendete Löschmittel, da es einfach zu handhaben und zu transportieren sowie besser verfügbar und kostengünstiger ist als andere Löschmittel. Vor allem aber wirkt Wasser bei der Brandbekämpfung auf viele verschiedene, einander ergänzende Arten:

• Kühlen: Die thermischen Eigenschaften von Wasser eignen sich hervorragend, um Flammen, heißen Produkten und heißen Brennstoffen Wärme zu entziehen. Der Phasenübergang von flüssig zu gasförmig ist besonders wirksam, um Wärmeenergie zu entziehen.
• Ersticken: Beim Verdampfen dehnt sich Wasser auf das 1.700-Fache seines Volumens aus, verdrängt den Sauerstoff vom Brandort und unterbricht so die Verbrennung.
• Entziehen des Brennstoffs: Wasser verdünnt manche flüssigen Brennstoffe und kann, wenn es mit hohem Druck aufgebracht wird, feste Brennstoffe durch mechanische Einwirkung auseinandertreiben.

Außerdem absorbiert Wasser Wärmestrahlung effizient. Bei einem Brand hilft daher das vorherige Befeuchten angrenzender Brennstoffe, die Brandausbreitung zu kontrollieren: Es wirkt als Wärmesenke, die die Entzündung verzögert oder sogar verhindert.

All diese Mechanismen wirken zusammen, wenn Wasser auf einen Waldbrand trifft. Wird Wasser direkt auf die Flammenfront aufgebracht, kühlt und erstickt es den Brand und hilft, bei ausreichendem Impuls die Flammen vom verfügbaren Brennstoff zu trennen.

Bei der Bekämpfung von Waldbränden verdient die Rolle des Wassers insgesamt jedoch einen genaueren Blick. Bekanntlich spielt die Brennstofffeuchte (also die Menge an Wasser in der Vegetation) eine Schlüsselrolle beim Entzündungsprozess. Je mehr Feuchtigkeit der Brennstoff enthält, desto mehr Energie ist für die Entzündung nötig – bis zu einem Punkt, an dem die Feuchtigkeit die Verbrennung vollständig verhindern kann!

Ebenso entscheidend ist die Wirkung von Wasser auf der Oberfläche des Brennstoffs, das bei einer Befeuchtung im Rahmen der Einsatzvorbereitung aufgebracht wird. Wie Dr. Joe Urbas, Wissenschaftler an der University of North Carolina (USA), feststellt, hat sich das vorherige Befeuchten der Vegetation rund um Gebäude als wirksam erwiesen und wird als praktikable Möglichkeit empfohlen, um das Übergreifen von Bränden im Wald-Siedlungs-Grenzbereich (WUI) auf Gebäude zu verhindern. In seinem Beitrag zur Encyclopedia of Wildfires and Wildland-Urban Interface fires liefert Dr. Urbas den Schlüssel zum Verständnis der Wirkung von Bewässerung im Rahmen der Einsatzvorbereitung:

Das vorherige Befeuchten nutzt die Verdampfungswärme des Wassers, um die Temperatur der in irgendeiner Form mit Wasser bedeckten Brennstoffe bei oder unter etwa 100 ºC zu halten […] Die Menge an Wasser auf den Brennstoffen zu dem Zeitpunkt, an dem die Brandeinwirkung beginnt, bestimmt daher in gewissem Maße, wie lange die Brennstoffe der Entzündung widerstehen können

Kurz gesagt: Beim Waldbrandmanagement im Wald-Siedlungs-Grenzbereich kann Wasser in verschiedenen Phasen für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden:

• Vorbeugende Bewässerung: um die Brennstofffeuchte jederzeit während der Brandsaison zu erhöhen,
• Befeuchtung zur Einsatzvorbereitung: um den Brennstoff in der Bereitschaftsphase zu benetzen, wenn in der Nähe ein Brand gemeldet wird,
• Direkter Angriff: Wasser wird im Rahmen des Einsatzes direkt auf die Flammenfront aufgebracht.

Drei verschiedene, einander ergänzende Optionen mit jeweils eigenen Zielen und für unterschiedliche Phasen des Brandmanagements (zum Konzept des integrierten Brandmanagements siehe Journal 1) – statt des klassischen Ansatzes, das Feuer erst zu bekämpfen, wenn es bereits da ist!

Im Webartikel 1 habe ich deutlich zu machen versucht, dass es nicht allein Aufgabe der Feuerwehr (zuständig für den direkten Angriff im Brandfall) ist, uns im Übergangsbereich zu den Siedlungen vor Bränden zu schützen. Nun geht es für Entscheidungsträger und Fachleute im Wald-Siedlungs-Grenzbereich darum, 1) diese verschiedenen Möglichkeiten im Rahmen einer integrierten Strategie für Brandresilienz klug einzusetzen, 2) hydraulische Infrastruktur zu errichten, die Bewässerungslösungen mit optimaler Auslegung umsetzen kann, und 3) einen nachhaltigen Wasserkreislauf zu berücksichtigen, der Wasserverfügbarkeit und Wasserbedarf in Einklang bringt.

Eine Herausforderung? Durchaus, aber mit dem richtigen Ansatz machbar – so wie GUARDIAN ihn verfolgt! GUARDIAN stützt sich auf Grundsätze der nachhaltigen Wasserbewirtschaftung als Eckpfeiler des integrierten Projekts für eine widerstandsfähige Brandabwehr im Grenzbereich von Riba-roja und Paterna. Sehen wir uns an, wie die Grundsätze der Kreislaufwirtschaft uns bei diesem Vorhaben helfen können!

Wasserbewirtschaftung und Kreislaufwirtschaft: gemeinsame Chancen

Der Ansatz der EU zur Wasserbewirtschaftung muss zwingend so gestaltet und gesteuert werden, dass er die Mitgliedstaaten ermutigt, nachhaltige Praktiken umzusetzen und die Effizienz von Wasserversorgung und Wassernutzung im Einklang mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft zu verbessern.

Eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung lässt sich durch die Anwendung von Konzepten der Kreislaufwirtschaft auf unterschiedliche Weise erreichen. Das White Paper on Water and Circular Economy erläutert die Grundlagen dafür, wie sich Wasserbewirtschaftung und bewährte Praktiken der Kreislaufwirtschaft verbinden lassen, und nennt überzeugende Beispiele für verschiedene Wassernutzungen und Stufen des Kreislaufs, etwa:

• Optimierung der Wasserwiederverwendung und des Energieeinsatzes
• Rückgewinnung von Chemikalien und Nährstoffen aus Oberflächenabfluss oder Abfallbiomasse
• Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser
• Wertschöpfung aus Nebenprodukten der Grauwasseraufbereitung

Die Frage ist nun: Wie können wir diesen Ansatz auf unser Problem von WUI-Brandmanagement und Wasserbewirtschaftung anwenden?

Das Gesamtkonzept von GUARDIAN beruht auf den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft, indem es aufbereitetes Wasser für die Verhütung und Bekämpfung von Waldbränden sowie für die Pflege der Ökosysteme einsetzt. Professor Francesc Hernández (Universitat de València), der bei GUARDIAN für die Überprüfung der wirtschaftlichen Rentabilität und Effizienz zuständig ist, bringt es in einem aktuellen Interview (auf Spanisch) klar auf den Punkt:

Die Wiederverwendung von Wasser ist reiner gesunder Menschenverstand. Sie ist das Vernünftige, aber man muss sie in die Praxis umsetzen. Wir dürfen nicht beim Konzept stehen bleiben, sondern müssen zu seiner Umsetzung beitragen

GUARDIAN ist ein herausragendes Beispiel für die praktische Umsetzung einer auf Kreislaufwirtschaft beruhenden Lösung für Wasserbewirtschaftung und -nutzung zur Bekämpfung von Waldbränden. Sehen wir sie uns genauer an …

Der Wasserkreislauf im Projekt Guardian

Die Gesamtstrategie des Projekts GUARDIAN beruht auf dem Einsatz von aufbereitetem Wasser, um die Widerstandsfähigkeit gegen Brände im Wald-Siedlungs-Grenzbereich zu erhöhen. Dazu wird eine an die städtische Kläranlage angeschlossene Bewässerungsinfrastruktur für Prävention, Einsatzvorbereitung und Brandbekämpfung bereitgestellt. Die folgende Abbildung zeigt die grundlegenden Schritte des GUARDIAN-Wasserkreislaufs:

• Technologieentwicklung: Die Lösung von GUARDIAN beruht auf Spitzenforschung, Entwicklung und Innovation in der Wasseraufbereitung. In Anlehnung an Lösungen früherer europäischer Projekte (LIFE-Programm, AWARE) setzt GUARDIAN eine fortschrittliche Aufbereitungstechnologie zur Entfernung organischer Mikroschadstoffe ein, die vor allem aus Pestiziden stammen.
• Wasseraufbereitung: Diese innovative Lösung wird in der Wasseraufbereitungsanlage (ERA) umgesetzt, die als tertiäre Reinigungsstufe an die bestehende Kläranlage (EDAR) Camp de Túria II in Riba-roja angeschlossen ist; deren Ablauf aus der Nachklärung dient als Zulauf.
• Wasserverteilung: Das Wasser wird über eine eigens errichtete hydraulische Infrastruktur (Rohrleitungen, Pumpstationen, Wasserbehälter usw.) in den Wald-Siedlungs-Grenzbereich von La Vallesa geleitet. Ausgebracht wird es über Hochdruck-Wasserwerfer (je nach Verwendungszweck auf Stativen oder Türmen).
• Steuerung der Wassernutzung: Die Bewässerung von GUARDIAN wird intelligent programmiert, indem wichtige Zustandsgrößen der Vegetation und der Umgebung überwacht werden – mithilfe von Wettervorhersagediensten und einem im Gelände verteilten Sensornetz, die zusammen das Guardian-Steuerungs- und Kontrollsystem (CCS) bilden.
• Wasserverbrauch: GUARDIAN versorgt den Wald-Siedlungs-Grenzbereich von La Vallesa mit Wasser (vorbeugende Bewässerung, Befeuchtung zur Einsatzvorbereitung und direkter Angriff) – in verschiedenen Phasen sowie mit Durchfluss und Dauer entsprechend den Signalen des CCS, das mit elektronischen Wassersteuergeräten verbunden ist.
• Wasserwiederverwendung: Überschüssiges aufbereitetes Wasser erhält eine Zweitnutzung zur Verbesserung der Ökosystemqualität im Feuchtgebiet von La Vallesa, das derzeit mit Wasser schlechter Qualität gespeist wird.

Bleiben Sie dran: In den nächsten GUARDIAN-Beiträgen und -Journals werden wir all diese Bausteine im Detail analysieren!