Wasser und Luft mit IoT schützen

Deutschland hat in den letzten 20 Jahren 15,2 Milliarden Tonnen Wasser aus natürlichen Speichern verloren – eine Menge, als wäre der Starnberger See in Bayern mehr als fünfmal ausgetrocknet. Der von der WHO festgelegte Grenzwert für Feinstaubbelastungen in der Luft mit Partikeln bis 2,5 Mikrometern wurde 2022 an fast allen Messstationen in der Bundesrepublik nicht eingehalten. Auch der empfohlene WHO-Wert für Stickstoffdioxid wurde bei rund drei Viertel der Messstationen überschritten. Europaweit leben 98 Prozent der Menschen in Gegenden mit zu hoher Feinstaubbelastung. Und Dürre, Starkregen, Hitze und Gesundheitsprobleme zwingen uns dazu, den Umgang mit Wasser und Luft neu zu denken und mit Blick auf Nachhaltigkeit neue Wege zu gehen.

Politik treibt Schutzmaßnahmen voran

Ein solches Umdenken stößt die Politik mit gezielten Maßnahmen an: Das Bundesumweltministerium legte etwa im März 2023 eine nationale Wasserstrategie vor. Sie erarbeitet Ziele für den deutschlandweiten Umgang mit dieser wichtigen Ressource und bezieht alle relevanten Sektoren – Landwirtschaft und Naturschutz, Verwaltung und Verkehr, Stadtentwicklung und Industrie – mit ein. Wie lässt sich Wasser zum Beispiel nachhaltig in der Industrie einsetzen? Wie sichern wir die Landwirtschaft und unser Trinkwasser?

Und auch auf europäischer Ebene tut sich etwas: Mit dem Null-Schadstoff-Ziel des European Green Deals sollen bis spätestens 2050 Luft und Wasser in Europa schadstofffrei sein. Eine wichtige Maßnahme. Zwar sank die Zahl der Menschen, die aufgrund von schlechter Luftqualität vorzeitig versterben, in der EU um 45 Prozent zwischen 2005 und 2020. Dennoch erlagen im Jahr 2020 mindestens 238.000 Menschen den Folgen einer zu hohen Feinstaubkonzentration in der Luft. Entsprechend schätzt die EU-Umweltagentur EEA die Luftverschmutzung weiterhin als das „größte Umweltrisiko für die Gesundheit in Europa“ ein. Ein neuer Vorschlag der Kommission sieht vor, den Jahresgrenzwert für Feinstaub (PM_2,5) um mehr als die Hälfte herabzusetzen.

Stadt, Land, Technologie: Von Messsystemen profitieren

Auch Städte, kommunale Ebenen und Betriebe sollten sich den Themen Luftqualität und Wassermanagement für einen nachhaltigen Umgang unverzüglich widmen. Sie können die Herausforderungen anpacken und gegensteuern – wenn sie an den richtigen Stellen technische Lösungen einsetzen. Zwei wesentliche Mittel, auf die der öffentliche Sektor zählen kann, sind das Internet of Things und Datentransparenz. T-Systems schafft dafür etwa die Voraussetzungen durch einen deutschlandweiten ESG Data Space, der unter anderem mithilfe von IoT-Daten den Status quo von Wasser- und Luftdaten offenlegt. So lassen sich Stellschrauben und Vorbildregionen identifizieren – etwa für Landwirtschaft und Stadtplanung.

Schon jetzt können kommunale Akteure die Technologie nutzen: Sensoren messen flächendeckend und in Echtzeit die abgefragten Werte; ausgestattet mit SIM-Karten, sendet die Hardware die erfassten Daten via Mobilfunk (LTE-M) an eine Cloud-Plattform. Der Übertragungsstandard LTE-M ist besonders energiesparend – ein Modul kann bis zu zehn Jahre ohne Batteriewechsel auskommen –, hat eine niedrige Latenz und bietet hohe Sicherheit. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich dann auch Nachhaltigkeitsmaßnahmen in die Wege leiten. Die Stadt Darmstadt und der Landkreis Diepholz machen zum Beispiel vor, wie sich Wasser und Luft mit digitalen, smarten Lösungen schützen lassen.

Verbesserte Luftqualität in Darmstadt

Zur Messung der Luftqualität werden in vielen deutschen Städten derzeit Messcontainer eingesetzt. Diese nehmen jedoch viel Platz ein und sind teuer. Die Stadt Darmstadt hat gezeigt, dass es auch anders geht: Schon 2019 hat die Kommune eine kostengünstige und schlanke Messstation der Telekom – inzwischen verfügbar als „Sensor Station“ –  getestet – mit Erfolg. 18 IoT-basierte Luftgüte-Messsysteme wurden dazu an Verteilerkästen, die sonst für Internet und Telefon sorgen, in der Stadt und im Umland angebracht. Das Messgerät saugt Luft an und reagiert über Sensoren auf gesundheitsschädliche Gase und Partikel (NO, NO₂ und O₃ bzw. Ozon). Diese Daten gelangen über Mobilfunk in die Cloud. Im Rechenzentrum werden die elektrisch gemessenen Kalibrierwerte in Schadstoff- und Feinstaubwerte umgerechnet. Im Dashboard der Cloud-Lösung können die Verantwortlichen der Stadt nun Echtzeitdaten, Mittelwerte und Tendenzen einsehen. Auch Prognosen sind möglich, etwa um den Verkehr bei drohender Verschlechterung der Luftqualität in einem Bereich frühzeitig umzulenken. So unterstützt das Monitoring die Stadt Darmstadt dabei, ihre Luftreinhaltepläne zu überprüfen und einzuhalten.

KI für nachhaltigere Mobilität in Kommunen

Auch das Modellprojekt AIAMO („Artificial Intelligence and Mobility“) zeigt den Wert von Daten, um das Mobilitätsmanagement zu optimieren. Zwölf Partner aus Wirtschaft und Forschung arbeiten daran, Mobilitäts- und Umweltdaten zu erheben und mithilfe von KI auswerten zu können. Dazu misst beispielsweise smarte Sensorik die Luftqualität an Verkehrswegen. Die gewonnenen Daten werden einem KI-Modell zur Auswertung und Weiterverarbeitung zugeführt. Durch die damit gewonnenen Erkenntnisse sollen unter anderem Kommunen die Mobilität vor Ort effizienter und nachhaltiger gestalten können.

Digitales Wassermanagement auf Niedersachsens Feldern

Ein weiteres Beispiel veranschaulicht, wie Technologie auf Basis des Internet of Things Kommunen und Betriebe beim Management des eigenen Wasserverbrauchs unterstützt. Lange Zeit war die Datenerfassung analog – deshalb sehr aufwendig und langwierig. Heute nutzen Landwirtinnen und Landwirte im niedersächsischen Landkreis Diepholz ein sogenanntes Ground Water Monitoring von T-Systems. Dabei protokollieren Smartboxen genau und in Echtzeit, wie viel Grundwasser entnommen wird. So kann der Kreis die Feldbewässerung nachhaltig optimieren und datenbasierte Entscheidungen für die lokale Landwirtschaft und zum Schutz von feuchteabhängigen Gebieten treffen. Dazu wurden die Wasserzähler in den Grundwasserbrunnen ersetzt und die Wasserentnahmestellen mit smarter Sensorik ausgestattet. Die Geräte kommunizieren stündlich über das LTE-M-Netz mit der Cloud of Things der Telekom. Das ermöglichtLandwirtinnen, Landwirten und Wasserbehörden, ortsunabhängig die festgelegte Wasserstrategie zu überwachen. Dabei erleichtern ihnen der digitalisierte Prozess und die visuelle Datenaufbereitung die Auswertung erheblich.

Martin Bäumler

ist Head of Business Development Digital Sustainability bei T-Systems.