{"id":13619,"date":"2023-12-07T08:48:09","date_gmt":"2023-12-07T07:48:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deutsche-glasfaser.de\/blog\/?p=13619"},"modified":"2023-12-07T08:51:27","modified_gmt":"2023-12-07T07:51:27","slug":"treibhausgase-reduzieren-kuenstliche-intelligenz-im-einsatz-fuer-klimaneutrale-klaeranlagen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deutsche-glasfaser.de\/blog\/treibhausgase-reduzieren-kuenstliche-intelligenz-im-einsatz-fuer-klimaneutrale-klaeranlagen\/","title":{"rendered":"Treibhausgase reduzieren: K\u00fcnstliche Intelligenz im Einsatz f\u00fcr klimaneutrale Kl\u00e4ranlagen"},"content":{"rendered":"\t\t
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Im KI-Leuchtturmprojekt \u201eK\u00fcnstliche Intelligenz f\u00fcr klimaneutrale Kl\u00e4ranlagen\u201c arbeitet Dr. Matthias Stier daran, wie sich mithilfe K\u00fcnstliche Intelligenz sch\u00e4dliche Lachgase messen und reduzieren lassen. \u00a9 Variolytics<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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In dem Verbundprojekt \u201eK\u00fcnstliche Intelligenz f\u00fcr klimaneutrale Kl\u00e4ranlagen\u201c, kurz KIkKa, arbeiten vier Partner an dem Ziel, die Treibhausgase aus der kommunalen Abwasserreinigung mithilfe von Sensoren und K\u00fcnstlicher Intelligenz zu reduzieren. Wie das funktioniert, welche Rolle die Technologie auf dem Weg zur Klimaneutralit\u00e4t spielt und wie Kommunen damit Energiekosten sparen k\u00f6nnen, erkl\u00e4rt Dr.\u00a0Matthias Stier im Interview. Er ist Mitgr\u00fcnder von Variolytics<\/a>, ein Stuttgarter Start-up, das die Hard- und Software f\u00fcr die Optimierung der Kl\u00e4ranlagen entwickelt.

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Herr Dr. Stier, welches Problem m\u00f6chten Sie gemeinsam mit Ihren Projektpartnern l\u00f6sen?<\/strong><\/p>

Kurz gesagt, geht es um Lachgas, das bei der Abwasserreinigung entsteht. Lachgas geh\u00f6rt zu den Treibhausgasen und ist rund 300-mal klimasch\u00e4dlicher als CO2<\/sub>. Sch\u00e4tzungen gehen davon aus, dass die in Kl\u00e4ranlagen entstehenden Emissionen von Lachgas rund zwei Prozent der globalen CO2<\/sub>-\u00c4quivalenten-Emissionen ausmachen. Damit sto\u00dfen Kl\u00e4ranlagen \u00e4hnlich viel Treibhausgase aus wie die Luftfahrtindustrie.

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Das klingt beeindruckend. Warum ist das nicht l\u00e4ngst Thema in der \u00f6ffentlichen Diskussion?<\/strong><\/p>

Die Langzeitstudien dazu wurden erst in den vergangenen Jahren ver\u00f6ffentlicht. Das Thema nimmt jetzt langsam an Fahrt auf, in Wissenschaft und Politik ist es angekommen. In der letzten \u00fcberarbeiteten Version der EU-Richtlinie \u00fcber die Behandlung von kommunalem Abwasser sind die direkten Emissionen von Kl\u00e4ranlagen in Form von Lachgas und Methan erstmals namentlich erw\u00e4hnt worden, verbunden mit einem verpflichtenden Monitoring. Jetzt geht es darum, mehr Erkenntnisse zu gewinnen, um darauf aufbauend Kl\u00e4ranlagen zu optimieren. Mit unserem Forschungsprojekt \u00fcbernehmen wir eine Vorreiterrolle. In dem ein oder anderen Zeitungsartikel taucht das Thema inzwischen auf. Wichtig ist: Es geht nicht darum, die Kl\u00e4ranlagen an den Pranger zu stellen. Sie haben eine ganz zentrale Aufgabe: Wasser zu reinigen. Die Treibhausgasemissionen sind eine Begleiterscheinung.

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Diese Treibhausgase m\u00f6chten Sie gemeinsam mit Ihren Projektpatern mithilfe von Sensoren und K\u00fcnstlicher Intelligenz reduzieren. Wie genau soll das funktionieren?<\/strong><\/p>

Lassen Sie mich kurz ausholen: Die biologischen Vorg\u00e4nge in Kl\u00e4ranlagen sind hochkomplex. Im sogenannten Belebungsbecken sorgen Bakterien daf\u00fcr, dass die Verunreinigungen im Wasser abgebaut werden. Damit dieser Prozess funktioniert, wird dem System Sauerstoff zugef\u00fchrt. Durch den Stoffwechsel der Bakterien kann es zur Lachgasbildung kommen. Allerdings ist der Effekt nicht immer gleich, es gibt saisonale Unterschiede: So haben wir im Winter und in den \u00dcbergangsjahreszeiten hohe Emissionen und im Sommer fast keine. Das zeigt, dass der Zustand \u201ekeine Emissionen\u201c m\u00f6glich ist. Wenn wir die Lachgasemissionen reduzieren m\u00f6chten, m\u00fcssen wir die richtigen Stellschrauben finden, um \u2013 salopp gesagt \u2013 f\u00fcr die Bakterien immer Sommer einzustellen.

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Und daf\u00fcr nutzen Sie Sensoren und K\u00fcnstliche Intelligenz…<\/strong><\/p>

Genauso ist es. Letztendlich geht es darum, den Bakterien die exakt richtige Menge an Sauerstoff zur Verf\u00fcgung zu stellen. Denn sowohl zu viel als auch zu wenig Sauerstoff f\u00fchrt zur Lachgasbildung. Damit wir die Bel\u00fcftung optimal an das System anpassen k\u00f6nnen, ben\u00f6tigen wir erst einmal jede Menge Daten, unter anderem zu den entstehenden Lachgasen. Daf\u00fcr haben wir eine Messtechnik mit hochaufl\u00f6senden Sensoren entwickelt, die es erstmals erm\u00f6glicht, die Gase gleichzeitig im Abwasser zu messen als auch in der Abluft. Insgesamt ergibt sich ein komplexes Parameter-Set, das quasi den menschlichen Verstand \u00fcberschreitet. Und da kommt die KI ins Spiel: Mit den Daten, die wir \u00fcber einen Zeitraum von einem Jahr sammeln, trainieren wir ein K\u00fcnstliches Neuronales Netzwerk und erstellen einen digitalen Zwilling der Kl\u00e4ranlage. Damit k\u00f6nnen wir den gesamten Prozess simulieren und sind in der Lage, den optimalen Prozesszustand zu ermitteln. Entsprechend l\u00e4sst sich die Sauerstoffzufuhr steuern.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Belebungsbecken\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
In den Belebungsbecken von Kl\u00e4ranlagen entstehen sch\u00e4dliche Lachgase. Ein spezielles Messsystem ermittelt die Menge der Emissionen. Diese Daten sind Voraussetzung daf\u00fcr, Kl\u00e4ranlagen k\u00fcnftig effizienter steuern zu k\u00f6nnen. \u00a9 Variolytics<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wenn Kommunen das System einsetzen m\u00f6chten: Welcher Aufwand ist damit verbunden?<\/strong><\/p>

Hier spielen verschiedene Aspekte eine Rolle. Punkt eins: Was die Kostenseite angeht, sind wir mit unserem System sehr g\u00fcnstig. Wir gehen davon aus, dass sich durch die Optimierung der Kl\u00e4ranlagen etwa 50 Prozent der Gesamtemissionen vermeiden lassen. Das bedeutet: Bei einer Kl\u00e4ranlage, die das Abwasser von etwa 100.000 Einwohnern reinigt, kostet die Reduktion einer Tonne CO2<\/sub>-\u00c4quivalent etwa 30 Euro. Hinzukommt: Lachgas entsteht meistens durch \u00dcberbel\u00fcftung. Wenn wir also die Bel\u00fcftung reduzieren, sinken auch die Energiekosten. Das birgt ein enormes Sparpotenzial f\u00fcr die Kommunen. F\u00fcr viele sind Kl\u00e4ranlagen der gr\u00f6\u00dfte Energieverbraucher. Und etwa 60 Prozent der Energiekosten sind der Bel\u00fcftung der Belebungsbecken zuzurechnen.

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Sie sprachen von mehreren Aspekten\u2026<\/strong><\/p>

Richtig. Wenn man nach dem Aufwand fragt, m\u00fcssen wir uns auch anschauen, welche M\u00f6glichkeiten zur CO2<\/sub>-Reduktion die Kommunen insgesamt haben. Zum Ma\u00dfnahmenkatalog z\u00e4hlen zum Beispiel E-Ladestationen, Fahrradstreifen, Vermeidung von Autoverkehr. Das Problem: In der Regel hat man mindestens eine Bev\u00f6lkerungsgruppe, die dagegen ist. Bei der Optimierung von Kl\u00e4ranlagen ist das anderes. Jeder Mensch beansprucht sie mehr oder weniger gleich viel \u2013 egal ob arm oder reich. Letztendlich bekommt kaum einer etwas von einer Optimierung mit. Und wenn doch, d\u00fcrften es doch alle gut finden. Es ist also kaum mit Widerstand zu rechnen. Nimmt man hinzu, dass sich die Ma\u00dfnahme technisch schnell umsetzen l\u00e4sst, und sich die Kosten in Grenzen halten, ist es ein gutes Beispiel daf\u00fcr, wie man in kurzer Zeit einen hohen Impact erzielen kann. Sicherlich ist die Optimierung von Kl\u00e4ranlagen nur ein Puzzleteil auf dem Weg zur klimaneutralen Kommune \u2013 aber eines, das sich schnell einsetzen l\u00e4sst. Denken wir noch mal an die Luftfahrt, die f\u00fcr \u00e4hnlich viel Treibhaugase verantwortlich ist. Hier d\u00fcrfte die Reduktion deutlich schwieriger sein.<\/p>

Interessant ist auch folgendes Zahlenspiel: Weltweit gibt es etwa 60.000 Kl\u00e4ranlagen, in Europa sind es 25.000, in Deutschland 10.000. Die gro\u00dfen Anlagen machen 3,7 Prozent der Kl\u00e4ranlagen aus, reinigen aber 50 Prozent des Gesamtabwassers. Die n\u00e4chstkleineren Kl\u00e4ranlagen machen ungef\u00e4hr 21 Prozent aus und reinigen 40 Prozent des Abwasseraufkommens. Das hei\u00dft: Ein Viertel der Kl\u00e4ranlagen reinigt 90 Prozent des Abwassers. Wir m\u00fcssen also l\u00e4ngst nicht alle Kl\u00e4ranlage optimieren, und haben trotzdem einen hohen Impact.

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Ist das System denn bereits in gro\u00dfem Stil einsatzbereit?<\/strong><\/p>

Daran arbeiten wir in dem Forschungsprojekt. Aktuell ben\u00f6tigt jede Kl\u00e4ranlage noch eine individuelle L\u00f6sung. Unser Ziel ist eine L\u00f6sung, die sich schnell und unkompliziert auf jede Kl\u00e4ranlage \u00fcbertragen l\u00e4sst. So m\u00f6chten wir im ersten Schritt die gr\u00f6\u00dften Kl\u00e4ranlagen in Deutschland optimieren, im zweiten dann die in Europa.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\u00dcber das Projekt und die Beteiligten<\/h2> <\/div>\n

Das Projekt \u201eK\u00fcnstliche Intelligenz f\u00fcr klimaneutrale Kl\u00e4ranlagen\u201c wird vom Bundesministerium f\u00fcr Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) unter dem F\u00f6rderprogramm \u201eKI-Leuchtt\u00fcrme f\u00fcr Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen\u201c<\/a> mit rund 900.000\u00a0Euro gef\u00f6rdert. Beteiligt sind das Start-Up Variolytics, die Universit\u00e4t Kassel, das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB und die Stadtentw\u00e4sserung G\u00f6ppingen.<\/p><\/div> <\/div>\n <\/div>\n\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

In Kl\u00e4ranlagen entstehen bei der Abwasserreinigung klimasch\u00e4dliche Lachgase. Sensoren und K\u00fcnstliche Intelligenz k\u00f6nnen Abhilfe schaffen. Dr. Matthias Stier sieht darin ein wichtiges Puzzleteil auf dem Weg zur klimaneutralen Kommune.<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":13620,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[69],"tags":[],"class_list":["post-13619","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-arbeit"],"yoast_head":"\nKlimaneutrale Kl\u00e4ranlagen - Digitales B\u00fcrgernetz<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"K\u00fcnstliche Intelligenz kann helfen, den Aussto\u00df von klimasch\u00e4dlichem Lachgas aus Kl\u00e4ranlagen zu reduzieren.\" \/>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/www.deutsche-glasfaser.de\/blog\/treibhausgase-reduzieren-kuenstliche-intelligenz-im-einsatz-fuer-klimaneutrale-klaeranlagen\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Klimaneutrale Kl\u00e4ranlagen - 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