Forschungslücke bei intelligenten Bewässerungssystemen im urbanen Raum
Im Zuge des Klimawandels setzen Städte zunehmend auf intelligente Konzepte, die fortschrittliche Informationstechnologien zur Ressourcenschonung nutzen. Insbesondere für die Wasserversorgung von Stadtbäumen können intelligente Bewässerungssysteme sinnvoll sein. Dies ist ein Fokus des Forschungsprojekts der Universität Hohenheim und der FES Frankfurter Entsorgungs- und Service GmbH, das in Kooperation mit dem Frankfurter Grünflächenamt, dem Frankfurter Palmengarten, der IoT Concepts GmbH & Co KG, der clickbar. GmbH sowie der Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer FIT und dem FIM Research Center stattfindet.
Aktuell erfolgt die Baumbewässerung in Frankfurt, wie in vielen anderen Städten, nach einem festen Plan mit vordefinierten Wassermengen. Dieser starre Ansatz kann laut Experten zu einer Überbewässerung bestimmter Baumarten führen und birgt somit Potenzial für Wassereinsparungen. Zudem nutzen beauftragte Dienstleister aus Wettbewerbsgründen teilweise Trinkwasser, obwohl das städtische Grünflächenamt stadtweit Prozess- und Regenwasserquellen zur Verfügung stellt, die für Bewässerungszwecke genutzt werden könnten.
Das Forschungsteam, bestehend aus Stadtverwaltung, IT-Spezialisten und Botanikern, untersucht im Rahmen des Modellprojekts die Gestaltung eines intelligenten Bewässerungssystems für Stadtbäume.
Im landwirtschaftlichen Bereich gibt es bereits eine Vielzahl intelligenter Bewässerungsmethoden. Studien, die untersuchen, wie intelligente Bewässerungssysteme in der Stadt aussehen können, sind jedoch rar. Unsere Studie gehört nach unserem Wissen zu den Ersten, die ein Design für ein intelligentes Bewässerungssystem für Stadtbäume vorschlägt.
erläutert Dr. Valerie Graf-Drasch, Habilitandin im Fachgebiet Digitales Management der Universität Hohenheim.
Ermittlung des individuellen Wasserbedarfs
Um Wasserverluste zu minimieren, soll ein intelligentes Bewässerungssystem den Wasserbedarf der Pflanzen präzise ermitteln und eine optimale Wasserversorgung gewährleisten. Im Rahmen des Versuchs wurden kleine, mit Sendern ausgestattete Messgeräte in den Boden von acht jungen Eschen eingesetzt. Frisch gepflanzte, junge Bäume sind besonders auf eine ausreichende Wasserversorgung angewiesen.
Zum Einsatz kommen Bodenfeuchtigkeitssensoren und Tensiometer, die das Wasserpotenzial des Bodens erfassen. Dies gibt Aufschluss darüber, wie viel Wasser den Pflanzen in verschiedenen Tiefen zur Verfügung steht und welche Kraft die Bäume aufwenden müssen, um es aus dem Boden aufzunehmen.
Die gesammelten Daten werden über ein stadteigenes Funknetz an einen zentralen Rechner übermittelt. Dieser soll zukünftig den individuellen Bewässerungsbedarf jedes Baumes berechnen. Ziel ist es, von einer pauschalen Bewässerung abzuweichen und stattdessen standortspezifisch die benötigte Wassermenge zu ermitteln, um Wasser zu sparen.
Bis ein smartes Bewässerungssystem aus Bodenparametern und weiteren Kenngrößen automatisch einen individuellen Wasserbedarf errechnen kann, ist noch weitere Forschung nötig. Bis dahin helfen die gesammelten Daten aber in jedem Fall dabei, menschliche Experten zu unterstützen.
betont Florian Hawlitschek, Innovationsmanager bei FES.
Eine erste Auswertung der Daten des Pilotprojekts zeigt, dass den untersuchten Bäumen im April 2021 ausreichend Wasser zur Verfügung stand, sie aber dennoch bewässert wurden. Die Forschenden schätzen, dass mit einem optimierten Bewässerungsschema im Frühjahr dieses Jahres der Wasserverbrauch in deutschen Städten um mehrere Millionen Liter reduziert werden könnte.
Dr. Graf-Drasch weist jedoch darauf hin, dass diese vorläufigen Ergebnisse mit Vorsicht zu interpretieren sind, da die Ergebnisse in anderen Jahren abweichen könnten.
Die Ergebnisse dieses Tests zeigen jedoch, dass bei der Pflege des Stadtgrüns viel Wasser gespart werden kann. Denn umgekehrt erlaubt unser System auch festzustellen, ob ein Baum zu viel Wasser bekommen hat. Gerade in Zeiten verschärfter Wasserknappheit ist das eine wichtige Erkenntnis. Digitale und automatisierte Techniken können uns in Zukunft helfen, beim Umweltschutz besser und effizienter zu werden. Statt festgelegter Routen und Wassermengen ist dann jedoch mehr Flexibilität gefragt.