DOWNLOAD-Teil2 - GLOWA-Elbe

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen
Landnutzung, Produktion und Stickstoffüberschüsse
bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem
Hintergrund sich wandelnder Rahmenbedingungen
Horst Gömann, Peter Kreins und Agnes Richmann
Institut für Ländliche Räume
Johann Heinrich von Thünen-Institut
Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei (vTI),
Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig
Tel. +49-531-596-5504
http://www.vti-bund.de
Zusammenfassung
Im Hinblick auf den globalen Wandel wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Entwicklungen bei zentralen
Einflussfaktoren für den Agrarsektor auf die landwirtschaftliche Landnutzung, Produktion und Stickstoffbilanzüberschüsse
im Elbegebiet bis zum Jahr 2020 mit Hilfe des regionalisierten Agrarsektormodells RAUMIS bis
zum Jahr 2020 projiziert und analysiert. Dabei wurden die Annahmen bezüglich der Einflussfaktoren konsistent
an den im Rahmen des Projektes definierten Entwicklungsrahmen bzw. Baselines ausgerichtet. Als zwei kontrastierenden
Entwicklungen spannen zum einen die Partizipation des Agrarsektors an der fortschreitenden Globalisierung
und zum anderen eine Differenzierung mit weitgehender Beschränkung der Produktion auf den heimischen
Markt ein weites Spektrum auf. Im Fall der Globalisierung stand die Intensivierung der landwirtschaftlichen
Landnutzung im Vordergrund, die sich durch einen als nachhaltig unterstellten Agrarpreisanstieg sowie der
Förderung von Bioenergie ergibt. Nach den Modellergebnissen nimmt der Anbau von Energiemais zur Biogaserzeugung
bei einem angenommenen Getreidepreisanstieg um rund 50 % auf 250.000 ha im Elbegebiet vor allem
zu Lasten der Stilllegungsfläche zu. Der Stickstoffüberschuss im Elbegebiet verringert sich vor allem im
Zuge des durch die Milchleistungssteigerungen bedingten Rindviehbestandsabbaus um insgesamt 23.000 t bzw.
durchschnittlich 8 kg/ha LF. Die Beschränkung der Produktion auf die heimische Nachfrage führt gegenüber der
Globalisierung zu keiner Reduktion der Stickstoffüberschüsse. Zwar werden 620.000 ha nicht mehr benötigt und
können stillgelegt werden, jedoch ist eine Ausdehnung der Geflügelfleisch und Eiererzeugung notwendig. Infolge
eines unterstellten Rückgang des Verbrauchs tierischer Produkte um 20 % und entsprechenden Produktionsanpassung
geht der Stickstoffüberschuss um 40.000 t zurück, so dass sich der durchschnittliche Stickstoffbilanzüberschuss
auf rund 61 kg/ha LF beläuft.
Vor dem Hintergrund der Wasserrahmenrichtlinie erfolgten Analysen zu den Auswirkungen von Maßnahmen
des landwirtschaftlichen Gewässerschutzes. Aufgrund der geringen Viehbesatzdichte im Elbegebiet werden die
in der Düngeverordnung (DüV) geforderten Werte bis auf wenige Ausnahmen eingehalten, so dass aus ordnungsrechtlicher
Sicht kein großer Handlungsbedarf besteht. Allerdings können die eintragsrelevanten Stickstoffüberschüsse
um etwa 30 kg höher liegen, was durch die in der DüV angewendete Stickstoffbilanzierung
bedingt ist. Weitere schrittweise Senkungen des zulässigen Stickstoffüberschusses auf 30 kg N/ha verursachen
den auf Milchproduktion spezialisierten Regionen am Unterlauf der Elbe Vermeidungskosten von bis zu 8 € je
kg N. Diese im Ansatz flächendeckende Maßnahme würde Viehintensivregionen außerhalb des Elbegebietes
insbesondere im Nordwesten vor weitaus größere Probleme stellen.
Schlüsselwörter
Globaler Wandel, Landnutzung, Agrarsektormodellierung, landwirtschaftliche Stickstoffbilanzüberschüsse,
Vermeidungskosten
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Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
2.6.1 Einleitung
Die Bedingungen für den EU-Agrarsektor haben sich in den letzten Jahren infolge einer voranschreitenden
Globalisierung vor allem durch die Weiterentwicklungen der EU-
Agrarpolitik und der Energiepolitik sowie durch die aktuellen Entwicklungen auf den Weltagrarmärkten
grundlegend gewandelt. Im Rahmen der Luxemburger Beschlüsse von 2003 wurde
der Umbau der EU-Agrarpolitik mit dem Ziel vertieft, eine verstärkte Marktorientierung
der landwirtschaftlichen Produktion unter Einhaltung von Produktionsstandards zu erreichen.
Auf den Weltagrarmärkten zeichnet sich ein deutlicher Anstieg der Agrarpreise ab, der im
Wesentlichen auf nachstehenden Faktoren beruht. Erstens nimmt infolge des anhaltenden
weltweiten Wirtschaftswachstums die Nachfrage nach Agrarprodukten zu. Zweitens werden
in einigen im Bereich der Bioenergieproduktion sehr wettbewerbsfähigen Ländern, beispielsweise
in Lateinamerika, Nachwachsende Rohstoffe bereits bei einem Ölpreisniveau von rund
50 US$ pro Barrel ohne Förderung angebaut und zu Biokraftstoffen verarbeitet. Auf diese
Weise kommt es zu einer Koppelung der Agrarrohstoffproduktion bzw. des Nahrungsmittelangebots
an den Ölpreis, wodurch das Weltagrarpreisniveau unmittelbar beeinflusst wird.
Drittens wird der Anbau nachwachsender Rohstoffe in Ländern wie der EU, in denen die Biokraftstoffproduktion
derzeit nicht wettbewerbsfähig ist, unter dem Aspekt des Klimaschutzes
gefördert. In Deutschland wurde darüber hinaus durch die Novellierung des Erneuerbare-
Energien-Gesetzes im Jahr 2004 eine attraktive Förderung des Einsatzes von Energiepflanzen
in Biogasanlagen eingeführt, die seitdem zu einer rasanten Ausdehnung des Maisanbaus zur
Biogaserzeugung geführt hat.
Vor diesem Hintergrund wird im Vergleich zu den Einschätzungen in den vergangenen Jahren,
die auch Grundlage für die erste Szenariostudie im Vorhaben GLOWA-Elbe (GÖMANN,
KREINS & JULIUS, 2005) waren, eine ganz andere Entwicklung der landwirtschaftlichen Landnutzung
und Produktion erwartet. Wurde in der Vergangenheit noch ein großflächiges Brachfallen
landwirtschaftlicher Flächen insbesondere im Elbegebiet projiziert, läuft nun als Folge
der steigenden Flächennutzungskonkurrenz die obligatorische Flächenstilllegung aus, d. h.
sämtliche landwirtschaftsfähige Flächen werden wieder in Bewirtschaftung genommen, was
nicht ohne Konsequenzen für die Wassermenge und Wasserqualität im Elbegebiet bleiben
wird, zumal die Landwirtschaft im Elbeeinzugsgebiet rund 6 Mio. ha - etwa die Hälfte der
Gesamtfläche - bewirtschaftet. Zum einen werden durch die Landbewirtschaftung Nährstoffe
und Pflanzenschutzmittel in Grund- und Oberflächengewässer ausgetragen und zum anderen
beeinflussen Bodenbearbeitungstechnologie sowie Fruchtfolgegestaltung die Evapotranspiration,
die eine Determinante des Landschaftswasserhaushaltes ist.
Angesichts der großen Unsicherheiten bei Projektionen im Agrarbereich, die durch die oben
skizzierten Entwicklungen in den Jahren 2006 und 2007 deutlich wurden, wird in der zweiten
Szenariostudie von GLOWA-Elbe ein Spektrum unterschiedlicher Wirkungsrichtungen aufgespannt.
Die Leitmotive der unterschiedlichen Entwicklungen, die auf den Entwicklungsrahmen
A1 und B2 des IPCC (2007) aufbauen, sind Globalisierung bzw. Differenzierung.
Vor diesem Hintergrund können dem derzeit vorherrschenden Trend zur Globalisierung der
Märkte erkennbare und sich möglicherweise verstärkende Tendenzen der gesellschaftlichen
und wirtschaftlichen Entwicklung entgegenwirken und eine Differenzierung von Entwicklungen
bedeuten. Beispielsweise würde eine zunehmende Wertschätzung der Herkunft von Nahrungsmitteln
bei den Konsumenten einen Anstieg des Verbrauchs regionaler Erzeugnisse bewirken
und eine Fokussierung auf den inländischen Markt bedeuten. Darüber hinaus könnte
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ein zunehmendes Bewusstsein für eine Ressourcen schonende Produktion sowie eine gesundheitsbewusste
Ernährungsweise zu einem Rückgang des Fleischkonsums führen.
In den Entwicklungsrahmen sind unterschiedliche landwirtschaftliche Landnutzung, Produktion
und Stickstoffüberschüsse erwartbar. Die daraus resultierenden Konsequenzen für die
Wassermenge und Wasserqualität im Elbegebiet sind bspw. im Hinblick auf die Umsetzung
der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) von besonderem Interesse. Die Erreichung der Ziele
der WRRL ist nach den Ergebnissen der 2005 abgeschlossenen Bestandsaufnahme für einen
Großteil (jeweils mehr als 50 %) der Oberflächen- und Grundgewässer in Deutschland laut
den zehn ausgewerteten Flussgebietsberichten unwahrscheinlich (BMU & UBA, 2005). Als
zweithäufigste Ursache für die Zielverfehlung in Oberflächengewässern wurden Nährstoffbelastungen
genannt. Bei den Grundgewässern wurden diffuse Quellen, hauptsächlich Nährstoffe,
als wichtigster Grund für die mögliche Zielverfehlung angegeben. Ein Großteil dieser
Nährstoffeinträge entfällt auf die Landwirtschaft. Da andere Sektoren ihre Nährstoffeinträge
in Gewässer in der Vergangenheit deutlicher reduziert haben als die Landwirtschaft, nahm der
Anteil der Landwirtschaft an den Nährstoffeinträgen zu. Infolgedessen wird seitens der Wasserwirtschaft
ein stärkerer Beitrag von der Landwirtschaft zur Reduzierung der Nährstoffbelastungen
gefordert.
Die Effekte von Maßnahmen des landwirtschaftlichen Gewässerschutzes, z. B. die im Jahr
2006 novellierte Düngeverordnung (DüV), sind in den Projektionen zur landwirtschaftlichen
Produktion im Rahmen der in GLOWA-Elbe untersuchten Entwicklungsrahmen „Globalisierung“
bzw. „Differenzierung“ zu berücksichtigen. Die Auswirkungen können je nach unterstelltem
Grad der Einhaltung der Auflagen seitens der Landwirtschaft bspw. der maximalen
Nährstoffbilanzüberschüsse sehr unterschiedlich ausfallen.
Die jeweils in den untersuchten Entwicklungsrahmen erwartbare landwirtschaftliche Landnutzung,
Produktion und Stickstoffbilanzüberschüsse im Elbegebiet wurden mit Hilfe des Regionalisierten
Agrar- und Umweltinformationssystems RAUMIS projiziert, das ein Bestandteil
des im GLOWA-Elbe Projektes entwickelten interdisziplinären Modellverbundes ist. Angesichts
der derzeit erfolgenden Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion nehmen
Konflikte zwischen der Landnutzung und Umwelt im ländlichen Raum zu. Vor diesem Hintergrund
werden Wirkungsanalysen von Maßnahmen zur Reduktion von Stickstoffbilanzüberschüssen
als Beitrag zur Verminderung diffuser Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft
durchgeführt.
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2.6.2 Material und Methoden
2.6.2.1 Stand der Wissenschaft im Bereich der agrarökonomischen Modellierung
von Landnutzungsänderungen
Modellierungen der regionalen Landnutzung erfolgen im Rahmen der Integrierten Projekte
SEAMLESS2 und SENSOR mit einem europäischen Fokus.3 Die landwirtschaftliche Landnutzung
wird in beiden Projekten u. a. mit dem Common Agricultural Regional Policy Impact
Modell CAPRI (BRITZ, 2005) abgebildet. Ähnlich wie RAUMIS (siehe unten) bildet CAPRI
die landwirtschaftliche Landnutzung nach dem so genannten Regionshofprinzip ab, allerdings
für die EU-27 auf NUTS II Ebene. Eine statistische Regionalisierung der landwirtschaftlichen
Landnutzung von NUTS II auf 1x1 km Raster wurde im Rahmen des Projektes DynaSpat4 für
Landnutzungsergebnisse des CAPRI-Modells durchgeführt (KEMPEN ET AL., 2007), die eine
Koppelung des Modells an biophysikalische Modelle erlaubt.
Im Rahmen der Projekte GLOWA-Danube5 sowie RIVERTWIN6 wurde das Modell ACRE
(HENSELER ET AL., 2006) entwickelt, das die landwirtschaftliche Landnutzung wie CAPRI
und RAUMIS auf der Basis eines Nicht-Linearen Programmierungsansatzes abbildet. Um die
landkreisweiten (NUTS III Regionen) Ergebnisse den Betrachtungseinheiten (1x1 km Raster)
zuzuordnen, wird eine auf einem Regel-Netzwerk beruhende interne Mehrkriterien-
Entscheidungsmatrix als Disaggregationswerkzeug verwendet (VOGEL ET AL., 2002).
Im Sonderforschungsbereich 2997 wurde das Modell ProLand (WEINMANN ET AL, 2005) zur
Abbildung der landwirtschaftlichen Landnutzung entwickelt und mit bio-physikalischen Modellen
gekoppelt. Flächenelemente eines betrachteten Wirtschaftsraums werden nicht als Regionshöfe
definiert, sondern in Form von 25x25 Meter Rastern abgebildet, um einen Aggregationsfehler
zu minimieren. Die (naturalen) Leistungen der einzelnen Landnutzungsaktivitäten
werden als endogene Variable betrachtet, deren Werte von den rasterweise zugeordneten Boden-Klima-Eigenschaften
abhängen. Sensitivitätsanalysen mit ProLand haben gezeigt, dass
die im Modell verwendeten Verfahren zur Schätzung der maximal realisierbaren Naturalerträge
erheblichen Einfluss auf die Prognoseergebnisse haben und bei der Übertragung des
Modells auf andere Regionen zu überprüfen sind.
2 System for Environmental and Agricultural Modelling; Linking European Science and Society
(http://www.seamless-ip.org/).
3 Sustainability Impact Assessment: Tools for Environmental, Social and Economic Effects of Multifunctional
Land Use in European Regions (http://www.sensor-ip.org/).
4 Dynamic and Spatial Dimension (http://www.ilr1.uni-bonn.de/Agpo/rsrch/dynaspat/dynaspat_e.htm).
5 GLOWA-Danube Project: Integrative Techniques, Scenarios and Strategies for the Future of Water in the
Upper Danube Basin (http://www.glowa-danube.de).
6 RIVERTWIN - a Regional Model for Integrated Water Management in Twinned River Basins
(http://www.rivertwin-neckar.de).
7 Landnutzungskonzepte für periphere Regionen. Sonderforschungsbereich 299 der Deutschen Forschungsgemeinschaft
an der Justus-Liebig-Universität Giessen (http://www.sfb299.de/).
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2.6.2.2 Agrarökonomische Modellierung mit RAUMIS im integrierten GLOWA-
Elbe Modellverbund
Im GLOWA-Elbe Projekt werden regionale Anpassungen der landwirtschaftlichen Landnutzung,
Produktion und Nährstoffüberschüsse im Elbegebiet mit dem Regionalisierten Agrarund
Umweltinformationssystem RAUMIS abgebildet. Die landwirtschaftliche Produktion
sowie der dazu erforderliche Input werden auf der Basis eines Prozessanalyseansatzes durch
rund 40 Aktivitäten und über 50 Produkte dargestellt. Das Modell ist in enger Anlehnung an
die offizielle Landwirtschaftliche Gesamtrechnung (LGR) konzipiert und basiert auf den Regeln
und Definitionen des „Europäischen Systems Volkswirtschaftlicher Gesamtrechnungen“
(ESVG) (vgl. EUROSTAT, 1989).
Auf der Grundlage einer geschlossenen und konsistenten Datengrundlage werden derzeit 326
so genannte „Modellregionen“ unterschieden, die auf einer Zuordnung der meisten der kreisfreien
Städte zu benachbarten Landkreisen basieren. Für jeden der Modellkreise wird eine aktivitätsanalytisch
differenzierte Matrize aufgestellt, die in einem Konsistenzrahmenmodell mit
der LGR abgeglichen wird. Um von jahresspezifischen Sondereinflüssen zu abstrahieren, dienen
hierbei Dreijahresdurchschnitte der LGR. Die sektoralen Produktions- und Inputmengen
werden auf die Modellregionen verteilt und den verschiedenen Produktionsaktivitäten zugeordnet.
Dabei liegen auf Kreisebene umfassende Informationen aus Fachstatistiken zu den
Produktionsumfängen der abgebildeten Aktivitäten vor, jedoch nicht zu den regional eingesetzten
Inputmengen. Die ermittelten durchschnittlichen Input-Aufwendungen der einzelnen
Produktionsalternativen in den jeweiligen Modellregionen basieren auf Kalkulationsdaten.
Hier werden teils trendbasierte Funktionen verwendet, teils ertragsabhängige Bedarfsfunktionen
eingesetzt. Zur Ableitung der Maschinenkosten, Reinvestitionskosten sowie Arbeitsbedarfe,
die vor allem von der eingesetzten Technologie und den bestehenden Betriebsstrukturen
abhängen, wird ein so genanntes Technologiemodul eingesetzt. Dieses Modul bildet unterschiedliche
Technologien (bzw. Arbeitsgänge) ab, die eine flexible Definition und Spezifizierung
von Produktionsverfahren erlauben. Da die Technologien als jeweils in sich konsistente
Pakete formuliert wurden, ist gewährleistet, dass Arbeitsbedarfe, durchschnittliche Investitionskosten
und variable Maschinen- und Energiekosten aufeinander abgestimmt sind.
Im Hinblick auf das Angebotsverhalten der Landwirtschaft wird Gewinnmaximierung unterstellt,
wobei optimale Produktionsstrukturen in den Modellregionen im Rahmen eines Positiv
Mathematischen Programmierungsansatzes (PMP) (HOWITT, 1995) bestimmt werden. In
dieser nichtlinearen Formulierung bewirken die nichtlinearen PMP-Terme eine implizite Veränderung
der Grenzkosten eines Verfahrens bei Veränderungen des Verfahrensumfangs, was
im Vergleich zu linearen Modellen zu „weichen“ Anpassungsreaktionen führt. Die aus der
Kalibrierung des Basisjahres resultierenden PMP-Terme repräsentieren nicht explizit modellierte
Effekte wie beispielsweise nicht-lineare Produktionsfunktionen, weitere Fruchtfolgeeffekte,
Heterogenität der Standortbedingungen innerhalb der als homogen betrachteten Modellregion
und Risikoaversion (CYPRIS, 2000, S. ff).
Bei Prognosen und Wirkungsanalysen unterschiedlicher Rahmenbedingungen wird in RAU-
MIS ein komparativstatischer Ansatz verfolgt. Dazu werden in einem ersten Schritt die für
das Zieljahr geltenden Produktionsalternativen und Restriktionen definiert sowie die PMP-
Terme fortgeschrieben. Die Spezifizierung nichtoptimierungsendogener Variablen basiert auf
Trendfortschreibungen von Ertrags- und Inputkoeffizienten, Kapazitäten und auf exogenen
Informationen, beispielsweise Preisen bzw. Preisindizes aus anderen Modellen (wie CAPRI
und AGMEMOD) oder von Marktexperten z. B. BMELV und vTI. Die Anpassung der opti-
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malen speziellen Intensität der Pflanzenproduktion orientiert sich an geänderten Produkt- und
Faktorpreisrelationen.
RAUMIS ist in den interdisziplinären Modellverbund des GLOWA-Elbe Projektes integriert.
Die Verknüpfung der unterschiedlichen Modelle und Analyseebenen erfolgt über Schnittstellen,
die in der Szenarienstudie GLOWA-Elbe I (WECHSUNG ET AL., 2005) entwickelt und in
GLOWA-Elbe II weiterentwickelt wurden. In RAUMIS sind Ergebnisse zur Acker- und
Grünlandnutzung aus dem LANDUSESCANNER (HOYMANN, 2008), die auf dem Corine Land
Cover Datensatz basieren, als Rahmengrößen eingegangen. Da zwischen der in RAUMIS verwendeten
Agrarfachstatistik und Corine Land Cover Unterschiede bestehen, mussten die Ergebnisse
aus dem LUS, mit der landwirtschaftlich genutzten Fläche in den RAUMIS-
Modellregionen abgeglichen werden.
Die mit RAUMIS ermittelten landwirtschaftlichen Nährstoffbilanzüberschüsse gehen in das
Modell MONERIS ein, mit dem die Auswirkungen auf die Gewässerqualität analysiert werden
(BEHRENDT ET AL., 2008). Gleichzeitig werden die mit RAUMIS berechneten Kosten von
Maßnahmen zur Vermeidung diffuser Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft in Kosten-
Wirksamkeitsanalysen verwendet (GROSSMANN, 2008).
2.6.2.3 Modellierung der landwirtschaftlichen Landnutzung
Die landwirtschaftlich genutzte Fläche (LF) wird in RAUMIS in Acker- und Dauergrünland
unterteilt. Diese sind bei der Optimierung unveränderliche Größen, wodurch die geforderte
weitgehende regionale Konstanz der Grünlandfläche berücksichtigt ist. Die Ackerfruchtverfahren
einschließlich der Stilllegung und Brache stehen in direktem Wettbewerb um die knappe
Fläche. Für ihren Flächenumfang sind der jeweilige Beitrag zur Zielfunktion und ackerbauliche
Anbaubedingungen maßgeblich. Auf dem Grünland werden vier Aktivitäten mit unterschiedlicher
Ertrags- und Nutzungsintensität zur Grundfutterbereitstellung unterschieden, wobei
Grünlandbrache möglich ist. Bei der Optimierung beeinflussen sich die Acker- und Grünlandnutzung
wechselseitig, beispielsweise über die Futterproduktion oder über die gemeinsame
Nutzung von Produktionsfaktoren.
2.6.2.4 Implementierung des Verfahrens „Energiemais“
Eine Vielzahl von Kulturpflanzen in klassischen sowie neueren Anbauverfahren steht potenziell
für die Biomasseproduktion zur energetischen Nutzung in Biogasanlagen zur Verfügung,
die hinsichtlich ihrer Eignung unter verfahrenstechnischen, ökonomischen und ökologischen
Gesichtspunkten geprüft wurden und werden (vgl. KAISER et al., 2004; VETTER und REIN-
HOLD, 2005; GÖDEKE, 2006). Die dominierende Fruchtart war bisher Mais, vor allem aufgrund
seiner vergleichsweise hohen Wirtschaftlichkeit der Gärsubstratbereitstellung und vorhandener
Erfahrungen beim Anbau und bei der Konservierung. Vor diesem Hintergrund wurde
Energiemais als Verfahren in RAUMIS implementiert und in Nutzungskonkurrenz zu den
anderen landwirtschaftlichen Verfahren gestellt.
Die Verfahrensspezifizierung erfolgte auf Grundlage der funktionalen Beziehungen zur Bestimmung
des Vorleistungseinsatzes (z. B. Saatgut, Düngung, Pflanzenschutzmittel, Maschinen,
usw.) des vergleichbaren Silomaisverfahrens, zumal gegenwärtig teilweise gleiche Sorten
verwendet werden. Inwiefern sich die Energiemaiserträge zukünftig von den Silomaiser-
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trägen abheben werden, ist derzeit nach Meinung von Experten nicht eindeutig geklärt.8 Aus
diesem Grund wird in den Projektionen des Energiemaisertrags die gleiche Ertragsentwicklung
unterstellt wie beim Silomais.
Hinsichtlich des Anpassungsverhaltens der Landwirtschaft liegen aus ex-post Analysen und
Basisjahrkalibrierungen keine Informationen zum Energiemais vor, so dass die für die erwartbare
Anbaufläche wichtigen nicht-linearen PMP-Terme von vergleichbaren Verfahren herangezogen
wurden. Der Silomaisanbau war hierzu ungeeignet, da sich sein Umfang maßgeblich
nach der für die regionale Viehhaltung notwendigen Grundfuttermenge richtet. Demgegenüber
ist Energiemais als Marktfrucht einzustufen und steht daher in direkter Konkurrenz zu
Getreide, Ölsaaten und Eiweißpflanzen. Ferner wurde davon ausgegangen, dass beim Energiemaisanbau
ähnliche nicht explizit formulierte Produktionsbedingungen (z. B. Fruchtfolge,
Standortgüte, etc.) gelten wie beim Getreideanbau. Aus diesem Grund wurden die nichtlinearen
PMP-Terme der bedeutenden Getreidearten Winterweizen und Wintergerste verwendet;
zunächst separat für Sensitivitätsanalysen und dann in den Szenarioanalysen als ein mit
den jeweiligen Flächenumfängen gewichteter Durchschnitt.
Für die Gewässerqualität ist die Nährstoffrücklieferung auf die Flächen aus dem Energiemaisverfahren
von Bedeutung. Im Gegensatz zum Silomais, dem die Nährstoffe bei der tierischen
Verdauung zum Großteil entzogen werden, bleiben die Nährstoffe nach der Vergärung
in einer Biogasanlage weitgehend im Gärsubstrat enthalten und werden auf landwirtschaftlichen
Flächen wieder ausgebracht. Auf der Grundlage von Experteneinschätzungen wurde bezüglich
der Nährstoffrücklieferung des Verfahrens „Energiemais“ folgendes unterstellt: 10 %
der im Erntegut enthaltenen Nährstoffe gehen auf dem Weg in die Biogasanlage verloren.
Nach dem Gärprozess ist die Hälfte der Nährstoffe nicht pflanzenverfügbar, wovon 40 % gasförmig
entweicht.
2.6.2.5 Implementierung des Nährstoffvergleichs laut DüV
Ein häufig genutzter Umweltindikator ist die Nährstoffbilanz. Die methodische Vorgehensweise
der Nährstoffbilanzierung im RAUMIS stimmt weitgehend mit den Empfehlungen der
PARCOM-Richtlinien (1993) überein und ermöglicht somit den nationalen Vergleich der Entwicklung
landwirtschaftlicher Nährstoffüberschüsse mit anderen Vertragsstaaten (vgl. Abbildung
1).
8 Einschätzung von Vertretern des „Deutschen Maiskomitees“ in einer Diskussionsrunde am 14. September
2007 in Bonn.
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Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Symbiotische
Stickstofffixierung
(Nitrogen Harvest-
Index)
Pflanzliche
Produktion
(Boden)
Daten der regionalen
Agrarfachstatistik
Außerlandwirtschaftliche Stickstoffzufuhr
Ernteertrag
Überschuss
Pflanzenproduktion
Quelle: Eigene Darstellung.
Asymbiotische
Stickstofffixierung
(pauschal 1,4 kg/ha)
Ammoniak-Emission:
40% des nicht
pflanzenverfügbaren
Stickstoffs
Abbildung 1: Stickstoffbilanzierung in RAUMIS
Stickstoffbilanzierung in RAUMIS
Org. Dünger
Mineraldünger
(Differenz zwischen
pflanzl. Nährstoffbedarf
und organ. Dünger)
Überschuss (Verluste),
Denitrifizierung
Kapitel 2 – Seite 178
Atmosphärische
Deposition
(pauschal 30 kg/ha)
Tierische Produktion
(Stall)
Daten aus Statistiken zur
regionalen tierischen
Produktion
Koeffizienten zum Nährstoffgehalt
im org. Dünger
nach Angaben des BMVEL
Überschuss
Tierproduktion
Durch die vollständige Abbildung der regionalen Flächennutzung und Tierhaltung und die
Konsistenz zur LGR ist RAUMIS in besonderer Weise für die Berechnung regionaler Nährstoffbilanzen
geeignet. Bei der Nährstoffbilanzierung in RAUMIS ist die landwirtschaftlich
genutzte Fläche die Bezugsgröße, auf der Nährstoffzufuhr und -entzug gegeneinander aufgerechnet
und im Ergebnis Nährstoffüberschüsse ermittelt werden. Hierbei werden durch die
Ausweisung eines Nährstoff-Mehrbedarfsfaktors regionale Standorteigenschaften berücksichtigt.
Positionen der Nährstoffzufuhr sind mineralische sowie organische Düngemittel. Zusätzlich
werden bei der N-Bilanzierung der Eintrag atmosphärischen Stickstoffs sowie die symbiotische
und asymbiotische N-Fixierung berücksichtigt. Nährstoffentzug entsteht zum einen
durch das Erntegut sowie zum andern durch unvermeidbare Nährstoffverluste bei der Lagerung
und Ausbringung von Wirtschaftsdünger in Form von NH3.
Der aus der Bilanzierung resultierende Nährstoffüberschuss ist diejenige Menge beispielsweise
an Stickstoff, die den landwirtschaftlichen Produktionskreislauf verlässt und ein mögliches
Gefährdungs-/Belastungspotenzial für die Gewässer darstellt. Exemplarisch ist in Abbildung
2 der Stickstoffbilanzüberschuss für das Basisjahr 1999 dargestellt. Diese regionalen
Nährstoffüberschüsse können in Abhängigkeit von den Abbaubedingungen und der Verweilzeit
des Sickerwassers im Boden zum Teil abgebaut werden. Die Berücksichtigung dieser
Prozesse erfolgt im Modell MONERIS, an das die Ergebnisse für die Stickstoffbilanzüberschüsse
übergeben werden.

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Abbildung 2: Stickstoffflächenbilanzüberschüsse im Elbe-Einzugsgebiet inkl. atmosphärischer Deposition im
Basisjahr 1999
Die oben beschriebene Nährstoffbilanzierung können landwirtschaftliche Betriebe in der
Komplexität nicht durchführen, so dass in der Düngeverordnung (DüV) an die Praxis angepasste
Auflagen festgelegt wurden. Neben den Verhaltensregeln der Düngeverordnung zur
guten Fachlichen Praxis, die sich in der Regel nicht quantitativ modellieren lassen und deren
Wirkung (sofern vorhanden) schwer einschätzbar sind, beinhaltet die DüV zwei konkrete Restriktionen,
die das Düngemanagement beeinflussen und in § 4 (Bestimmte Düngemittel, Bodenhilfsstoffe,
Kultursubstrate oder Pflanzenhilfsmittel) und § 5 (Nährstoffvergleiche) der
DüV festgelegt werden. Von diesen Restriktionen, die in das RAUMIS-Modell integriert
wurden, wird nach Einschätzung der Experten die wesentliche Wirkung der DüV ausgehen. In
RAUMIS wurde die DüV wie folgt umgesetzt:
1. Maximale Ausbringungsmenge von Wirtschaftsdünger: In RAUMIS wurde eine zusätzliche
Restriktion bzgl. der maximalen Ausbringungsmenge von Wirtschaftsdünger in Höhe
von 170 kg N je ha Ackerfläche und 230 kg N je ha Grünlandfläche integriert. Bei den Berechnungen
wurde der erlaubte Verlustabzug in Stall und Lager berücksichtigt, so wie sie in
der Anlage „Kennzahlen für die sachgerechte Bewertung zugeführter Stickstoffdünger“ der
Düngeverordnung beschrieben sind. Die Ausbringung von Wirtschaftsdünger auf Dauerkulturflächen
(z.B. Obstflächen) wurde bei den Analysen nicht zugelassen.
2. Nährstoffvergleich: Die Düngeverordnung schreibt vor, dass abgesehen von wenigen
Ausnahmen von allen Betrieben ein Nährstoffvergleich zu erstellen ist. Hierbei wird die N-
Zufuhr durch Wirtschaftsdünger nach Abzug der Stall-, Lagerungs- und der Ausbringungsver-
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luste (z.B. bei Rindergülle bis 30 %, Rindermist 40 %, bei Weide bis 75 %) berechnet. Zusätzlich
sind unvermeidbare Verluste anrechenbar. Im RAUMIS- Modell wird in Abhängigkeit
der Betriebsstruktur eine Einschätzung über den Anteil der Fest- und Flüssigmistverfahren
vorgenommen. Diese Information kann zur Berechnung der Ausbringungsverluste herangezogen
werden. Keine Informationen liegen hingegen für den Anteil der Tierhaltung vor, die
mit Weidegang gehalten werden. Hier wurde ein regional einheitlicher Verlustkoeffizient von
40 % für die Verfahren die üblicherweise wie zum Beispiel die Milchkuhhaltung oder Färsenaufzucht
unterstellt.
2.6.2.6 Szenarioentwicklung
Das im Glowa-Elbe Projekt verfolgte Konzept zur Differenzierung zukünftiger Entwicklungen
(HARTJE ET AL., 2008) wurde auf den Agrarbereich angewendet. Für die zwei verwendeten
Entwicklungsrahmen A1 und B2 des (IPCC, 2007) wurden im Projekt die Leitmotive
„Globalisierung: Partizipation an einer arbeitsteiligen Weltwirtschaft entsprechend der komparativen
Produktionsvorteile“ bzw. „Differenzierung: Rückzug auf den heimischen Markt
infolge einer Priorisierung der Versorgungsunabhängigkeit“ formuliert. Auf der Grundlage
dieser Leitmotive wurden jeweils Annahmen zur zukünftigen Entwicklung der wichtigsten
Einflussfaktoren für die Landwirtschaft getroffen, die die Unterschiede der Entwicklungsrahmen
A1 bzw. B2 ausmachen.
Als zentrale Einflussfaktoren für die Landwirtschaft im Elbegebiet wurden die Entwicklungen
auf den Weltagrarmärkten, Veränderungen des Klimas, Weiterentwicklung der Agrar-, Umwelt-
und Handelspolitik der EU, Nationale (regionale) Agrarpolitik, Energiepolitik, Nachfrageverhalten
der Bevölkerung (Verbraucherpräferenzen und –struktur) sowie technologische
Entwicklungen betrachtet. Dabei dienten einige Faktoren mit einem Umweltbezug zur weiteren
Ausdifferenzierung der zwei Entwicklungsrahmen zu Baselines, die jeweils keine verstärkte
Umweltorientierung (A1 0 und B2 0 ) bzw. eine verstärkte Umweltorientierung (A1 + und
B2 + ) aufweisen.
Die für die Ausdifferenzierung der Baselines im Agrarsektor notwendigen Eingangsparameter
stammen aus Modellen des interdisziplinären Modellverbundes - bspw. regionalisierte Daten
zur Landnutzung aus dem LUS (HOYMANN, 2008). Darüber hinaus wird auf Ergebnisse der
Modellierung der allgemeinen regionalen wirtschaftlichen Entwicklung (BLAZEJCZAK, GOR-
NIG & SCHULZ, 2008) sowie auf die für den Energiesektor unterstellten Entwicklungen (VÖ-
GELE & MARKEWITZ, 2008) aufgebaut.
2.6.3 Ergebnisse
Zur Ableitung der Entwicklung der Landbewirtschaftung im deutschen Elbeeinzugsgebiet bis
zum Jahr 2020 sowie zur Analyse unterschiedlicher Entwicklungsrahmen wurde das regionalisierte
Agrarsektormodell RAUMIS eingesetzt.
2.6.3.1 Spezifizierung multipler Baselines für den Agrarsektor
Die im Sinne der unterschiedlichen Leitmotive in den Entwicklungsrahmen A1 und B2 bzw.
den dazugehörigen Baselines getroffenen Annahmen bezüglich der diskutierten Einflussfaktoren
für die Landwirtschaft sind in Tabelle 1 dargestellt. Diese werden im Folgenden näher
ausgeführt.
Kapitel 2 – Seite 180

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Konsistenz zu übergeordneten Szenarioannahmen
Die Ausgestaltung der Szenarien für den Agrarsektor basiert auf der im Projekt zugrunde gelegten
Bevölkerungsentwicklung, die die Nachfrage nach Agrarprodukten maßgeblich determiniert.
Änderungen des Nachfrageverhaltens beeinflussen die Ausrichtung der Agrarproduktion.
Die Ansprüche der Gesellschaft an die Wirtschafts- und Produktionsweise der Landwirtschaft
können sich zukünftig ändern. Diese Entwicklung ist bedeutsam für die Produktivitätsfortschritte
in der Landwirtschaft. Derzeit wird von einer nachhaltigen und Umwelt schonenden
Nutzung natürlicher Ressourcen ausgegangen. So kann beispielsweise die Zunahme einer
gesundheitsbewussten Ernährungsweise zu einem Rückgang des Fleischkonsums führen oder
eine zunehmende Wertschätzung der Herkunft von Nahrungsmitteln einen Anstieg des
Verbrauchs regionaler Erzeugnisse bewirken. Die Annahmen zum Nahrungsmittelverbrauch
in Deutschland leiten sich inhaltlich von den beschriebenen gesellschaftlichen Entwicklungen
in den Entwicklungsrahmen A1 bzw. B2 ab.
Tabelle 1: Überblick über die Ausgestaltung der Entwicklungsrahmen und Baselines im Agrarsektor
Entwicklungsrahmen
Umweltorientierung ohne verstärkte mit verstärkter ohne verstärkte mit verstärkter
Akronym A1 0
A1 +
B2 0
B2 +
Globalisierung Differenzierung
Leitmotiv
Verbraucherverhalten
EU-Agrar- und
Agrarhandelspolitik
Kapitel 2 – Seite 181
Reduzierung des
Fleischkonsums um
20 %
Handelsbeschränkungen durch
Produktionsstandards, Beibehaltung
bestehender Marktordnungsregelungen
EU-Agrarpreise
Orientierung an Weltmarktpreisen Abkopplung vom Weltmarkt
Getreidepreis + 25% vs. 1999 + 45% vs. 1999 wie 1999 wie 1999
Ölsaatenpreis + 35% vs. 1999 + 40% vs. 1999 + 50% vs. 1999 + 50% vs. 1999
Schweinfleischpreis - 10% vs. 1999 - 10% vs. 1999 - 25% vs. 1999 - 30% vs. 1999
Transferzahlungen
Partizipation an einer arbeitsteiligen
Weltwirtschaft entsprechend der
komparativen Produktionsvorteile
Keine Präferenzen für inländische
Produkte
zügige Liberalisierung, Deregulierung
bestehender Marktordnungsregelungen
Kürzung um 70 % gegenüber
Luxemburger Beschlüssen
Rückzug auf den heimischen Markt
infolge einer Priorisierung der
Versorgungsunabhängigkeit
Präferenzen für inländische Produkte
Beibehaltung der Transferzahlungen der
Luxemburger Beschlüsse
Flächenstilllegung
fixierter Ackerflächenanteil,
überregional handelbar
flexibles Instrument zur
Produktionssteuerung
Milchquote
entfällt
Instrument zur Steuerung des
Selbstversorgungsgrades
Erneuerbare Energie aus Halbierung des Beibehaltung Beibehaltung Beibehaltung
Biomasse
NaWaRo-Bonus NaWaRo-Bonus NaWaRo-Bonus NaWaRo-Bonus
Biokraftstoffe
Herabsetzung der
Beimischungsziele
Beibehaltung der
Beimischungsziele
Herabsetzung der
Beimischungsziele
Beibehaltung der
Beimischungsziele
Quelle: Eigene Annahmen.
Der zur Verfügung stehende Flächenumfang ist für die Landwirtschaft ein limitierender Produktionsfaktor.
In der Vergangenheit hat die landwirtschaftlich genutzte Fläche durch die
Ausdehnung anderer Flächennutzungen, insbesondere Siedlungsflächen, kontinuierlich abgenommen,
d. h. die für die Landwirtschaft nutzbare Fläche ergibt sich weitgehend residual. Der
regionale Umfang der landwirtschaftlich genutzten Fläche in den Baselines wird von den Er-

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
gebnissen des LUS (vgl. Kap. 2.4) zum Acker- und Grünlandflächenumfang abgeleitet und
geht als exogene Größe in die RAUMIS Analysen für die Landwirtschaft im Elbegebiet ein.
In der Vergangenheit beschränkte sich der Einfluss von Entwicklungen im Energiebereich auf
die Landwirtschaft im Wesentlichen auf die Höhe der Vorleistungskosten für Treib- und
Schmierstoffe, Strom und energieintensive Vorleistungen wie einige Stickstoffdüngemittel.
Die für den Energiesektor getroffenen Annahmen werden im Agrarsektor als exogene Größe
übernommen. Zukünftig wird die weltweite Entwicklung vor allem der Biokraftstofferzeugung
an Bedeutung gewinnen, die in vielen Staaten durch unterschiedliche Maßnahmen gefördert
wird9. Die zunehmende Nachfrage nach Agrarrohstoffen für die Biokraftstoffherstellung
wird die Preisbildung auf den Weltagrarmärkten massiv beeinflussen. Im Hinblick auf
die Abgrenzung der Baselines sind Annahmen bezüglich der jeweiligen Bedeutung der Biokraftstoffe
zu treffen. Spürbare Rückwirkungen auf die Energiepreise sind angesichts des vergleichsweise
geringen Anteils der Bioenergien am Gesamtenergieverbrauch nicht zu erwarten,
zumal sich der Anstieg der Bioenergieproduktion bei steigenden Agrarrohstoffpreisen
abschwächt.
Es ist davon auszugehen, dass der Einfluss des Klimas auf die Agrarproduktion zukünftig zunimmt.
Insbesondere die Entwicklung des Niederschlags, der Temperatur, der Sonnenscheindauer
sowie der Klimavariabilität beeinflusst die Flächenerträge. Allerdings lassen sich klimabedingte
Ertragsveränderungen derzeit nur mit einigen Unsicherheiten einschätzen. Die
Unsicherheiten bestehen vor allem bei den Auswirkungen der Veränderung der Photosynthese-
und Ertragsleistung der Pflanzen bei einem Temperaturanstieg oder der Veränderung des
Atmungsverhaltens der Pflanzen bei einer den Klimawandel treibenden Erhöhung der CO2-
Konzentration in der Luft. Der Effekt kann trockenstressbedingten Ertragsdepressionen in einigen
landwirtschaftlichen Kulturarten entgegen wirken (CO2-Düngeeffekt). Simulationen mit
dem Modell SWIM unter Berücksichtigung des CO2-Düngeeffektes ergaben, dass dieser im
betrachteten Zeithorizont bis 2020 klimabedingte langfristige Veränderungen der Erträge
landwirtschaftlicher Kulturpflanzen kompensiert. Aus diesem Grund wurden bei der Projizierung
der Baselines im Agrarsektor keine klimabedingten Ertragsveränderungen unterstellt.
Im Hinblick auf die Produktivitätsentwicklung in der Landwirtschaft sind technologische
Fortschritte von zentraler Bedeutung. Diesbezüglich spielt der Einsatz der Gentechnologie, an
deren Innovationspotenzial hohe Erwartungen geknüpft werden, eine bedeutende Rolle. Weiterentwicklungen
in diesem Bereich sind nur schwer abzuschätzen, zumal sie in den unterschiedlichsten
Bereichen erfolgen können. Der bisherige Einsatz Gentechnisch Veränderter
Organismen (GVO) ist weitgehend auf die Schädlings- bzw. Pflanzenschutzmittelresistenz
beschränkt. Über das Ausmaß künftiger GVO-bedingter Flächenertragszuwächse oder Verbesserungen
der Nutzungseffizienz eingesetzter Ressourcen (z. B. Wasser und Nährstoffe)
können derzeit keine belastbaren Aussagen getroffen werden, weshalb der Einfluss durch
GVO in den Baselines nicht berücksichtigt wurde. Neuerungen im Bereich der Landtechnik
und Informationstechnologie (z. B. Precision Farming), die ebenfalls zu Verbesserungen bei
einer Ressourcen sparenden Landbewirtschaftung führen können, sind im Rahmen des unterstellten
technischen Fortschritts in den vier Baselines gleichermaßen berücksichtigt.
9 In den USA wird die Biokraftstoffherstellung durch Investitionsförderprogramme sowie Steuervergünstigungen
in Höhe von 0,135 US$ je Liter Ethanol und 0,264 US$ je Liter Biodiesel gefördert (USDA, 2007). Dies
kommt in den meisten Bundesstaaten einer weitgehenden Steuerbefreiung gleich. In der EU soll laut der
Richtlinie 2003/30/EG bis 2010 ein Biokraftstoffanteil von 5,75 % erreicht werden (EUROPÄISCHES PARLA-
MENT UND RAT, 2003).
Kapitel 2 – Seite 182

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Entwicklung zentraler Rahmenbedingungen für die Landwirtschaft
Nachfrageverhalten und Verbrauchspräferenzen/struktur der Bevölkerung
Im Entwicklungsrahmen A1 wurde konsistent zum Leitmotiv „Globalisierung“ unterstellt,
dass die Verbraucher keine ausgeprägten Präferenzen für inländische (deutsche) bzw. regionale
Produkte haben.
Dem Entwicklungsrahmen B2 „Differenzierung“ liegt die Fragestellung zugrunde, welche
Auswirkungen das Anstreben eines Selbstversorgungsgrades von 100 % bei den wichtigsten
Agrarprodukten in Deutschland hätte, ohne dabei zunächst verstärkt Umweltbelange zu berücksichtigen
(Baseline B2 0 ). Einen Überblick über den Selbstversorgungsgrad bei wichtigen
Agrarprodukten gibt Abbildung 3. Eine zu diesem Leitmotiv konsistente (derzeit jedoch aus
vielerlei Gründen wenig wahrscheinliche) „Storyline“ ist, dass Verbraucher eine sehr hohe
Präferenz für heimische Produkte entwickeln und die Einhaltung von Produktionsstandards
wünschen. Allerdings ist die einheitliche Definition von Produktionsstandards im Rahmen der
WTO-Verhandlungen jedoch schwierig, so dass der internationale Handel als Folge davon
beschränkt wird und daher auch keine weiteren Schritte zur Deregulierung des EU-
Agrarsektors unternommen werden. Damit ist der EU-Markt weitgehend vom Weltmarkt abgekoppelt.
Die landwirtschaftliche Produktion wird durch Flächenstilllegungen und Produktionsquoten
gesteuert (vgl. Tabelle 1).
Selbstversorgungsgrad
in %
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Getreide
Ölsaaten
Zuckerrüben
Rindfl.
Schweinefl.
Quelle: Statistisches Jahrbuch BMELV versch. Jgg.
Milch
Geflügelfl.
Abbildung 3: Selbstversorgungsgrad bei wichtigen Agrarprodukten in Deutschland (2000/05)
Positive Umwelteffekte resultieren in der Baseline B2 + aus einem steigenden Gesundheitsbewusstsein
der Verbraucher, demzufolge sie ihren Fleischkonsum um 20 % einschränken (vgl.
Tabelle 1). Ohne eine Abkopplung vom Weltmarkt würde dieses Verhalten nur zu geringfügigen
Produktionsänderungen führen, da ein Großteil des nicht mehr auf dem Binnenmarkt absetzbaren
Fleisches wettbewerbsfähig auf dem Weltmarkt abgesetzt werden könnte.
EU-Agrar- und Agrarhandelspolitik
Der 1992 begonnene Reformprozess der Gemeinsamen EU-Agrarpolitik (GAP) wurde durch
die Luxemburger Beschlüsse von 2003 (EUROPÄISCHE KOMMISSION, 2003a, b, c) sowie die
EU-Zuckermarktreform von 2006 fortgesetzt. Zentrale Elemente sind eine Rückführung der
Kapitel 2 – Seite 183
Eier

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Agrarpreisstützung vor allem bei Milch bzw. Zucker. Darüber hinaus wird ein Ausstieg aus
der EU-Milchquotenregelung ab 2015 diskutiert (ISERMEYER et al., 2006). Tier- und Flächenprämien
werden sukzessive (bis 2013) von der Produktion entkoppelt, aber an die Einhaltung
bestimmter Grundanforderungen an die Betriebsführung gekoppelt (Cross Compliance). Die
Agrar- und Handelspolitik wird weiterhin Gegenstand von WTO-Verhandlungen sein, so dass
der Spielraum für Agrarmarktregulierung sehr begrenzt ist.
Im Entwicklungsrahmen A1 werden noch bestehende Marktregulierungen weiter liberalisiert,
um den EU-Agrarsektor auf den Weltmarkt auszurichten. Konkret bedeutet das, dass die
Milchquotenregelung ab 2015 nicht verlängert wird. Flächen- und Tierprämien, Milch- und
Zuckerausgleichszahlungen werden zu einheitlichen Transferzahlungen an die Landwirtschaft
zusammengefasst und insgesamt um 70 % gekürzt. Die Flächenstilllegungsverpflichtungen
sind faktisch durch den NaWaRo-Anbau auf Stilllegungsflächen aufgehoben.
Im Entwicklungsrahmen B2 bleiben strukturelle Agrarüberschüsse in der EU aufgrund des
eingeschränkten Handels bestehen. Die Instrumente der Flächenstilllegungen und Produktionsquoten
werden im Rahmen der bestehenden Marktregulierungen, z. B. für Getreide und
Milch, grundsätzlich beibehalten. Zur Steuerung des Angebots und Begrenzung auf die inländische
Nachfrage werden jedoch Preisanpassungen vorgenommen (s. unten). Die bis 2013
entkoppelten Transferzahlungen an landwirtschaftliche Betriebe bleiben bestehen.
Entwicklung der Agrarpreise
Im Entwicklungsrahmen A1 wurde unterstellt, dass das Streben nach internationaler Wettbewerbsfähigkeit
dominiert und eine zügige Liberalisierung der Agrarproduktion sowie ein
weitgehender Abbau von Handelsbeschränkungen für Agrarprodukte erfolgt. Aus diesem
Grund orientiert sich die Entwicklung der EU-Agrarpreise weitgehend an derjenigen auf dem
Weltmarkt. Vor diesem Hintergrund wird die erwartete Weltmarktpreisentwicklung im Folgenden
kurz dargestellt.
Die Preisentwicklungen auf den Weltagrarmärkten ergeben sich im Wechselspiel zwischen
den Entwicklungen der Nachfrage und des Angebots, wobei die einzelnen Märkte über Substitutionsbeziehungen
auf der Produktions- und/oder Produktebene in mehr oder minder starker
Wechselbeziehung stehen können. Die Nachfrage nach Nahrungsmitteln steht in engem
Zusammenhang mit der Weltbevölkerungsentwicklung. In der Vergangenheit übertraf die
durchschnittliche Zuwachsrate von 2,1 % pro Jahr der Getreideproduktion (Leitkultur) diejenige
der Bevölkerung (vgl. Abbildung 4).
Kapitel 2 – Seite 184

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Mrd.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
FAOSTAT (2007) Online Database.
Kapitel 2 – Seite 185
Ozeanien
Afrika
Latein Amerika
(m. Karibik)
Nord Amerika
Europa
Asien
Getreideprod.
(o. Reis) Mrd. t
Quelle:
Abbildung 4: Entwicklung der Weltbevölkerung (Mrd. Einwohner) und Weltgetreideproduktion (Mrd. t) im
Zeitraum 1950 - 2050
Bei einer differenzierten zeitlichen Betrachtung lässt sich feststellen, dass sich der Anstieg der
weltweiten Getreideerzeugung von 1960 bis 1990 um 2,6 % im Zeitraum von 1990 bis 2005
auf 1,1 % deutlich abgeschwächt hat und hinter das Bevölkerungswachstum von 1,4 %
(1990-2005) zurückfiel. Da die Verbrauchsentwicklung die Produktionsentwicklung überstieg,
wurden Lagerbestände abgebaut. Die Relation zwischen dem Getreidelagerbestand und
dem Getreideverbrauch (Stock to Use Ratio) ist ein aussagekräftiger Indikator für die Versorgungslage
auf dem Weltgetreidemarkt. Anhand von Abbildung 5 wird eine negative Korrelation
zwischen der Preisentwicklung für Mais und der Stock to Use Ratio deutlich, die im Zeitraum
von 1980 bis 2000 bei Futtergetreide durchschnittlich 0,25 betrug. Auffällig sind die
hohen Lagerbestände Mitte der 80er Jahre; die durch die zu dieser Zeit stark subventionierte
Getreideproduktion in den USA und der EU aufgebaut wurden und zu einem Preisverfall auf
dem Weltgetreidemarkt führten.
Wie sensibel die Preise auf eine temporäre Knappheitssituation reagieren, können zeigt die
Preishausse Mitte der 90er Jahre, die unter anderem mit Umstellungen der Getreidemarktpolitiken
in den USA und der EU einherging. Seit dem Jahr 2000 nimmt die Knappheitssituation
auf den Getreidemärkten zu. Die Lagerbestände nahmen ab und die Getreidepreise steigen
(vgl. Abbildung 5).

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
US$ / t
250
200
150
100
50
0
Mais 2)
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
1) Hard Red Winter No. 2 fob Gulf. - 2) Corn, No. 2, Yellow fob Gulf. - 3) Corn, Barley, Sorghum.
USDA (2007) Dataset.
Weizen 1)
Stock to Use Ratio 3)
Kapitel 2 – Seite 186
FAPRI
OECD
FAPRI
OECD
%
60
50
40
30
20
10
Quelle:
Abbildung 5: Entwicklung der Getreidepreise in den USA (1975 – 2016)
Eine wesentliche Ursache der abnehmenden Getreideversorgung ist die steigende Verarbeitung
von Agrarrohstoffen zu Biokraftstoffen. In Brasilien erfolgte bereits seit Ende der 70er
Jahre eine Ausdehnung der Ethanolherstellung. Dazu wurden 2006 rund 200 Mio. t bzw.
50 % der Zuckerrohrproduktion verwendet (USDA, 2006). In den USA stieg im Zeitraum
2001 bis 2006 der Anteil der Maisverarbeitung zu Ethanol von rund 7 % auf 18 % des gesamten
US-Maisverbrauchs sprunghaft an (vgl. Abbildung 6).
Mittelfristig wird bis zum Jahr 2010 ein Anteil von rund 30 % avisiert. Die zunehmende
Nachfrage nach Mais zur Ethanolherstellung führte zu einem starken und anhaltenden Anstieg
der Getreidepreise, die Anfang 2007 das Niveau der bisherigen Höchstpreise Mitte der 90er
erreichten (vgl. Abbildung 6). Aufgrund der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Agrarpreisen,
für die der Getreidepreis eine Leitfunktion darstellt, ist von einem insgesamt steigenden
Agrarpreisniveau auszugehen.
US $/t
200
150
100
50
0
Weizen 1)
Mais 1)
75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 01 03 05 07 09 11 13 15
1) Durchschnittlicher Erzeugerpreis. - 2) Anteil der Maisverwendung zur Ethanolproduktion.
Quelle: USDA (2007) Dataset.
Ethanol 2)
Abbildung 6: Entwicklung der Getreidepreise und des Anteils der Maisverarbeitung zu Ethanol in den USA
(1975 – 2016)
Grundsätzlich wird im Entwicklungsrahmen „Globalisierung“ unterstellt, dass durch die Förderung
technologischer Neuerungen und das Ausschöpfen von Anbaureserven, z. B. Einbeziehung
stillgelegter Flächen in der EU und den USA sowie in Südamerika, ausreichend Potenzial
besteht, die Nahrungsmittelproduktion zu steigern und die wachsende Nachfrage zu
%
40
30
20
10
0

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
befriedigen. Dabei wird in der Baseline A1 0 davon ausgegangen, dass die oben beschriebenen
Biokraftstoffziele weltweit herabgesetzt werden, so dass sich der Agrarpreisanstieg auf rund
25 % gegenüber dem Basisjahr beläuft (vgl. Tabelle 1 sowie Tabelle 2).
In der Baseline A1 + wird hingegen eine Beibehaltung der Biokraftstoffziele unterstellt, was zu
einem zusätzlichen Preisanstieg führt, so dass das Getreidepreisniveau um rund 45 % im Vergleich
zum Basisjahr steigt.
Die Preisbildung im Entwicklungsrahmen B2 „Differenzierung“ erfolgt abgekoppelt vom
Weltmarkt. Das derzeitige Stützpreisniveau bestimmt daher weiterhin bei den Überschussprodukten
bspw. Getreide, Rindfleisch und Milch die EU-Marktpreise. Die Erzeugerpreisvektoren
für B2 0 bzw. B2 + wurden mit RAUMIS iterativ ermittelt, bis die vom Modell berechneten
Produktionsmengen bei den wichtigsten Agrarprodukten den jeweiligen Verbrauchsmengen
entsprachen.
Agrarrelevante Umweltpolitik
Die Landwirtschaft hat zur Schonung der Umwelt ein umfangreiches Fachrecht zu beachten,
das die Grundlage der guten landwirtschaftlichen Praxis darstellt. Verstöße gegen das Fachrecht
werden entsprechend geahndet. Um die Nichteinhaltung des Fachrechts stärker zu sanktionieren,
wurden verschiedene Richtlinien in einen Katalog von Grundanforderungen an die
landwirtschaftliche Betriebsführung aufgenommen. Verstöße gegen diese Grundanforderungen
können demnach mit Kürzungen der Direktzahlungen an den betreffenden Landwirt von
bis zu 5 % geahndet werden (vgl. BMELV, 2006). Im Umweltbereich umfasst der Katalog
derzeit die Vogelschutzrichtlinie 79/409/EWG, die Grundwasserrichtlinie 80/68/EWG, die
Richtlinie 86/278/EWG zur Verwendung von Klärschlamm in der Landwirtschaft, die Nitrat-
Richtlinie 91/676/EWG und die Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie 92/43/EWG.
Im Hinblick auf die Gewässerqualität sind in der Nitratrichtlinie, die in Deutschland durch die
Düngeverordnung umgesetzt wurde, Höchstgrenzen für den Stickstoffeinsatz aus Wirtschaftsdünger
auf landwirtschaftlich genutzten Flächen festgelegt, die nicht überschritten werden
dürfen. Ferner ist ein betrieblicher Nährstoffvergleich durchzuführen. Sofern die Düngebilanz
im Mittel der Jahre 2009 bis 2011 nicht mehr als 60 kg N je ha LF beträgt, wird davon ausgegangen,
dass die gute fachliche Praxis eingehalten wurde. Für die Landwirtschaft ist es zukünftig
bedeutsam, inwiefern bspw. die Einhaltung der Nährstoffbilanzgrenzen eine einzuhaltende
Auflage darstellen wird und ob weitere Auflagen in den Katalog der einzuhaltenden Anforderungen
aufgenommen werden.
In den Baselines wird unterstellt, dass Cross Compliance Auflagen mit ähnlicher Intensität
wie in der Vergangenheit kontrolliert werden. Die Auswirkungen der Einhaltung der Düngeverordnung
werden für die als wahrscheinlichste erachtete Baseline A1 + als Handlungsoption
separat analysiert.
Nationale Agrarpolitik und Politik zur Entwicklung ländlicher Räume
Während im Entwicklungsrahmen A1 die Marktregulierungen weitgehend aufgehoben wurden,
bleiben im Entwicklungsrahmen B2 die regionalen Handelsgebiete für Milchquoten und
Stilllegungsverpflichtungen bestehen, um regionale Wirtschaftskreisläufe nach dem Motto
„Produkte aus der Region für die Region“ zu unterstützen. Dadurch soll gleichzeitig der fortschreitenden
dualen Entwicklung hin zu Konzentrationen der landwirtschaftlichen Produktion
auf wettbewerbsfähigen Standorten entgegengewirkt werden.
Energiepolitik
Kapitel 2 – Seite 187

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Neben der seit 2007 durch Beimischungsquoten geförderten Biokraftstofferzeugung besteht in
Deutschland seit der Novellierung des Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer Energien
(EEG) ein hoher Anreiz, Energiepflanzen in Biogasanlagen einzusetzen (DEUTSCHER BUN-
DESTAG, 2004). Die Basisförderung bildet ein für 20 Jahre garantierter Stromeinspeisepreis.
Hinzu kommen diverse Zuschläge, allen voran ein Bonus für Nachwachsende Rohstoffe
(NaWaRo). Dabei hat sich der Maisanbau als günstigstes Verfahren für die Substratbereitstellung
erwiesen (FNRa, 2005). Unter den Rahmenbedingungen in der Periode von 2003/06
wurden von Biogasanlagenbetreibern zwischen 22 - 24 €/t für Energiemais (frei Siloplatte mit
30 % Trockensubstanz in der Frischemasse) gezahlt. Dieses Preisniveau sowie seine gute Integrierbarkeit
in die Fruchtfolge machen den Energiemaisanbau zu einem sehr wettbewerbsfähigen
Verfahren.
Während in der Baseline A1 0 die Förderung des NaWaRo-Anbaus zur Energieerzeugung
durch eine unterstellte Halbierung des NaWaRo-Bonus (vgl. Tabelle 1) verringert wird, was
zu einem Rückgang des Energiemaispreises auf 20 Euro/t führt, bleibt der NaWaRo-Bonus in
den anderen Szenarien bestehen und der Substratpreis für Energiemais bei 24 Euro/t (vgl. Tabelle
2).
2.6.3.2 Entwicklung der landwirtschaftlichen Produktion und Nährstoffüberschüsse
im Elbegebiet
Sektorale Entwicklungen
Unter den in den Baselines spezifizierten Rahmenbedingungen entwickelt sich die Landbewirtschaftung
im Elbegebiet sehr unterschiedlich (vgl. Tabelle 2), wobei der jeweilige Flächenstilllegungsumfang
maßgeblich ist. Aufgrund der in der Baseline A1 0 unterstellten niedrigen
Futtergetreidepreise beläuft sich der Umfang stillgelegter bzw. brach fallender Flächen
auf rund 250.000 ha im Elbegebiet. Bei dem deutlich höheren Agrarpreisniveau in der Baseline
A1 + erfolgt eine im Vergleich zu A1 0 intensivere Landbewirtschaftung. Dies kommt auch
darin zum Ausdruck, dass die Flächenstilllegung durch die Möglichkeit, auf diesen Flächen
Nachwachsende Rohstoffe anzubauen, praktisch aufgehoben ist.
Kapitel 2 – Seite 188

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Tabelle 2: Landwirtschaftliche Landnutzung und Produktion im Elbegebiet bei unterschiedlichen Entwicklungen
des Globalen Wandels im Jahr 2020
BASJ A1 0
Einheit 1999 2020 2020 2020 2020
Erzeugerpreise
Weizen Euro / t 113 146 166 118 118
Futtergetreide Euro / t 100 95 125 77 77
Ölsaaten Euro / t 187 255 265 283 283
Milch Euro / t 302 221 234 220 206
Schweinefleisch Euro / t 1052 933 968 802 737
Energiemais
Landnutzung
Euro / t . 20 24 24 24
Getreide 1.000 ha 2.601 2.547 2.817 1.879 1.877
Weizen 1.000 ha 1.009 1.347 1.401 1.004 1.001
sonst. Getreide 1.000 ha 1.592 1.200 1.416 875 876
Ölsaaten 1.000 ha 553 648 788 768 1.007
Hülsen- u. Hackfrüchte 1.000 ha 392 310 319 289 290
Silomais 1.000 ha 405 290 242 288 263
Sonst. Ackerfutter 1.000 ha 195 354 314 355 356
Energiemais 1.000 ha . 168 250 288 282
Stilllegung und Brache
Produktion
1.000 ha 326 249 84 621 656
Getreide 1.000 t 16.219 21.514 23.627 15.601 15.390
Ölsaaten 1.000 t 1.891 3.864 3.331 4.810 4.794
Energiemais 1.000 t . 8.514 12.536 14.877 14.559
Milch 1.000 t 7.974 8.292 8.837 8.466 6.775
Rind- und Kalbfleisch 1.000 t 344 227 222 243 203
Schweinefleisch 1.000 t 782 1.017 878 869 680
Geflügelfleisch 1.000 t 217 332 317 485 395
Eier 1.000 t 253 255 225 314 240
Stickstoffüberschuss 1.000 t 456 432 433 435 396
Stickstoffüberschuss kg N ja ha 74,1 66,2 66,5 66,8 60,7
Quelle: Eigene Berechnungen mit RAUMIS 2007.
Die Landnutzung in den Baselines B2 0 und B2 + wird durch die Bestrebung determiniert, eine
weitgehende Selbstversorgung zu erreichen. Zur Einschränkung der Getreideüberschüsse und
Reduzierung des Ölsaatendefizits werden über eine entsprechende Veränderung der Preisrelation
Produktionsanreize gesetzt. Dadurch sowie das insgesamt niedrigere Preisniveau wird die
Getreidefläche um rund 720.000 ha reduziert, zugunsten einer Ausdehnung der Ölsaatenfläche
um etwa 215.000 ha. Trotz der Umwidmung ist darüber hinaus eine Ausweitung der Flächenstilllegung
erforderlich, die im Vergleich zum Basisjahr den doppelten Umfang einnimmt.
Die Entwicklung der Produktionsmengen erfolgt parallel zur Landnutzung, wobei die Produktionsmengen
in den Baselines B2 0 und B2 + jeweils die vorgegebenen Verbrauchsmengen widerspiegeln.
Die Anpassungen zur Erreichung eines Selbstversorgungsgrades von 100 % sind
auch Abbildung 3 zu entnehmen.
Ferner ist hervorzuheben, dass infolge der unterstellten Herabsetzung der NaWaRo-Förderung
in der Baseline A1 0 mit einem resultierenden Substratpreis von 20 Euro/t, sich die Energiemaisfläche
im Elbegebiet nach den Modellergebnissen auf 168.000 ha belaufen wird. Bei einem
weiteren in A1 + unterstellten Getreidepreisanstieg, der bei einer Beibehaltung der Na-
WaRo-Förderung mit einem Substratpreis von 24 Euro/t einhergeht, würde die Energiemais-
Kapitel 2 – Seite 189
A1 +
B2 0
B2 +

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
fläche rund 250.000 ha betragen. Die erwartbare Energiemaisfläche hängt stark von der Ertragsentwicklung
ab, die ein wichtiger Einflussfaktor für die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber
anderen Kulturen ist. In einer RAUMIS-Simulation mit einem gegenüber Silomais im Zieljahr
um 20 % höheren Ertragsniveau bei einem zur Baseline A1 + vergleichbaren Erzeugerpreisvektor
wurde für das Elbegebiet eine Energiemaisfläche von rund 400.000 ha ermittelt (GÖ-
MANN, KREINS & BREUER, 2007). Sollte dieses Energiemaisertragsniveau im Elbegebiet realisiert
werden können, werden die in den Baselines B2 0 und B2 + ermittelten Flächenstilllegungsflächen
überwiegend mit Energiemais bestellt.
Der für die Gewässerqualität relevante Stickstoffüberschuss geht nach den Modellberechnungen
im Zeitraum von 1999 bis 2020 in allen Baselines zurück. Ein wesentlicher Grund dafür
ist der Rückgang des Rindviehbestands. Unter den Rahmenbedingungen der Baselines A1 0
und A1 + wird der Milchviehbestand um rund 370.000 bzw. 300.000 Milchkühe reduziert.
Hinzu kommt ein weiterer Abbau des Rindviehbestandes um rund 600.000 Tiere (Großvieheinheiten)
durch die Entkopplung von Tierprämien. Der Stickstoffbilanzüberschuss, der sich
im Basisjahr 1999 auf rund 74 kg N je ha LF beläuft, geht dadurch insgesamt auf 66 kg N je
ha LF zurück. Das macht insgesamt eine Reduktion von rund 25.000 t im deutschen Elbegebiet
aus.
Durch das Anstreben eines Selbstversorgungsgrades von 100 % in der Baseline B2 0 und B2 + ,
infolgedessen die Schweinefleisch-, Geflügelfleisch- und Eiererzeugung gegenüber dem Basisjahr
ausgedehnt wird, liegt der Stickstoffbilanzüberschuss im Vergleich zur Baseline A1 +
zunächst geringfügig höher (vgl. Tabelle 2). Die Anpassung der Produktion auf eine um 20 %
reduzierte Nachfrage nach tierischen Produkten in der Baseline B2 + bewirkt einen Rückgang
des Stickstoffbilanzüberschusses im Elbegebiet auf rund 61 kg N je ha LF bzw. um weitere
40.000 t. Insgesamt würde der Stickstoffüberschuss in der Baseline B2 + rund 61.000 t unter
dem Niveau des Basisjahres 1999 liegen.
Die zukünftige Milcherzeugung hängt nach einem Wegfall der Milchquotenregelung jedoch
stark vom Erzeugerpreis ab, der sich am Markt einstellen wird. Bei einer Milchpreiserhöhung
um 10 % nimmt die Milcherzeugung in Deutschland nach Berechnungen von KREINS & GÖ-
MANN (2008) um rund 22 % zu. Die Nährstoffbilanzüberschüsse würden dadurch im Elbegebiet
im Vergleich zur Baseline A1 + um rund 3 % höher ausfallen.
Regionale Entwicklungen
Die räumliche Verteilung der Landnutzung, die ein Einflussfaktor für die Evapotranspiration
darstellt, ist für die regionalen Wasserbilanzen im Elbegebiet von Bedeutung. In diesem Zusammenhang
sind die Verteilung der Flächenstilllegung sowie des Maisanbaus von besonderem
Interesse. Da sich die Flächenstilllegung in den Baselines als Ergebnis unterschiedlicher
Erzeugerpreisvektoren ergibt, erfolgt das Stilllegen oder Brachfallen von Flächen im Wesentlichen
auf den Ungunststandorten, vor allem in Brandenburg (vgl. Abbildung 7).
Kapitel 2 – Seite 190

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
A1 0 A1 + B2 0 B2 +
Quelle: RAUMIS-Berechnungen 2007.
Abbildung 7: Flächenstilllegungen im Elbegebiet bei unterschiedlichen Baselines (2020; in % der LF)
Veränderungen der Maisfläche basieren insbesondere auf dem zunehmenden Anbau von
Energiemais zur Biogaserzeugung. Das größte Flächenpotenzial besteht hierbei in den Ackerbauregionen
Sachsen-Anhalts, Thüringens und Sachsens (vgl. Abbildung 8), in denen der
Energiemaisanteil teilweise über 10 % der landwirtschaftlich genutzten Fläche (LF) liegt.
A1 0 A1 + B2 0 B2 +
Quelle: RAUMIS-Berechnungen 2007.
Abbildung 8: Energiemaisanbauflächen im Elbegebiet bei unterschiedlichen Baselines (2020; in % der LF)
Die Anbauflächen von Energiemais und Silomais zusammen ergeben in den genannten Gunstregionen
Anbauanteile von über 15 % der LF. Der Maisanbau (vgl. Abbildung 9) am Unterlauf
der Elbe sowie in Brandenburg wird überwiegend als Futtermais für die Milch- und Rindfleischerzeugung
genutzt.
Kapitel 2 – Seite 191

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
A1 0 A1 + B2 0 B2 +
Quelle: RAUMIS-Berechnungen 2007.
Abbildung 9: Maisanbauflächen im Elbegebiet bei unterschiedlichen Baselines (2020; in % der LF)
Die Entwicklung und regionale Differenzierung der Stickstoffbilanzsalden stehen aufgrund
des anfallenden Wirtschaftsdüngers in engem Zusammenhang mit der Tierproduktion. Aufgrund
der geringeren Viehbesatzdichte im Vergleich zum Bundesgebiet lagen die durchschnittlichen
Stickstoffbilanzüberschüsse bei rund 74 kg N je ha LF (vgl. Tabelle 2). Bis zum
Jahr 2020 wird in den Baselines A1 0 , A1 + sowie B2 0 eine weitere Abnahme auf ca. 66 kg N je
ha LF projiziert, vor allem aufgrund der oben erläuterten Reduzierung der Rindviehbestände.
Auf regionaler Ebene ist das Spektrum der Stickstoffüberschüsse im Elbegebiet aufgrund der
Verteilung der Viehbestände breit gestreut (vgl. Abbildung 10). Aus den Modellergebnissen
ergibt sich für das Jahr 2020 eine Spannweite von ca. 30 kg N pro ha LF (Region Erfurt) bis
etwa 107 kg N pro ha LF (Region Cuxhafen). Zwischen den Baselines kommt es infolge der
oben beschriebenen unterschiedlichen regionalen Ausrichtung der landwirtschaftlichen Produktion
zu geringfügigen Verschiebungen der Stickstoffbilanzüberschüsse. Verglichen mit
der Baseline B2 0 kommt es in B2 + zu einem flächendeckenden regionalen Rückgang der
Stickstoffbilanzüberschüsse von 8 bis 12 %.
Kapitel 2 – Seite 192

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
A1 0 A1 + B2 0 B2 +
Quelle: RAUMIS-Berechnungen 2007.
Abbildung 10: Regionale Stickstoffbilanzüberschüsse im deutschen Elbegebiet bei unterschiedlichen Entwicklungen
des Globalen Wandels (2020; in kg je ha LF)
2.6.3.3 Auswirkungen einer sukzessiven Reduzierung zulässiger Stickstoffüberschüsse
Die Auswirkungen einer sukzessiven Reduktion zulässiger Stickstoffbilanzüberschüsse wurden
exemplarisch für die Baseline A1 + durchgeführt. Grundsätzlich muss bei der Stickstoffbilanzierung
zwischen einer eintragsrelevanten und maßnahmenrelevanten Bilanzierung unterschieden
werden (vgl. Kap. 2.5.2.5). Eine in der Praxis umsetzbare maßnahmenrelevante Bilanzierung
wurde mit dem in der DüV festgelegten Nährstoffvergleich vorgegeben. Die Ergebnisse
des eintragsrelevanten Stickstoffbilanzüberschusses wurden in Abbildung 11 den
Ergebnissen des Nährstoffvergleichs laut Düngeverordnung für das Jahr 2020 gegenübergestellt.
Laut DüV sollen die Stickstoffüberschüsse nach dem Nährstoffvergleich 60 kg N je ha
LF nicht überschreiten. Diese Auflage wird im Elbegebiet bis auf sechs Regionen, die sich
überwiegend am Unterlauf der Elbe befinden und hohe Viehbesatzdichten aufweisen, eingehalten.
So würde eine strikte flächendeckende Einhaltung des Stickstoffüberschusses in
Höhe von 60 kg N je ha LF gemäß der Düngeverordnung nur in den genannten Regionen zu
einer Reduzierung der eintragsrelevanten Stickstoffüberschüsse führen. Die dadurch erzielbare
Verminderung beläuft sich bezogen auf den Durchschnitt des Elbegebietes laut den Modellergebnissen
auf 1 kg N je ha LF gegenüber der Baseline A1 + im Jahr 2020 (vgl. Abbildung
12).
Kapitel 2 – Seite 193

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Eintragsrelevant
Mittel = 66,5 kg N je ha LF
Quelle: Eigene Berechnungen mit RAUMIS 2007.
Kapitel 2 – Seite 194
Düngeverordnung
Mittel = 31,1 kg N je ha LF
Abbildung 11: Eintragsrelevante regionale Stickstoffbilanzüberschüsse und Stickstoffüberschüsse nach dem
Nährstoffvergleich laut Düngeverordnung im deutschen Elbegebiet in der Baseline A1 + (2020)
Eine weitere schrittweise Herabsetzung des maximalen Nährstoffvergleichsüberschusses bis
hin zu einer Halbierung auf 30 kg N je ha LF betrifft rund die Hälfte der RAUMIS-
Modellregionen im Elbegebiet. Die Umsetzung dieser Maßnahme würde den durchschnittlichen
eintragsrelevanten Stickstoffbilanzüberschuss um rund 6 kg N je ha LF verringern.
kg N je ha LF DüV
80
70
60
50
40
30
20
10
0
A1+ 100kg 80kg 60kg 50kg 40kg 30kg 20kg 10kg
maximale N-Überschüsse laut Düngeverordnung (kg je ha LF)
Quelle: Eigene Berechnungen mit RAUMIS 2007.
Abbildung 12: Reduktion eintragsrelevanter Stickstoffüberschüsse im Elbegebiet infolge einer sukzessiven
Herabsetzung maximaler Stickstoffbilanzüberschüsse laut Düngeverordnung in der Baseline A1 + (2020)
Die mit der Reduktion verbundenen regionalen Grenzkosten wurden anhand der Veränderung
des RAUMIS-Zielfunktionswertes ermittelt. Die sukzessive Reduktion der zulässigen Stickstoffbilanzüberschüsse
laut DüV greifen im Elbegebiet erst bei einer Verringerung von 80 auf

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
60 kg N, und zwar in den viehintensiven Regionen am Unterlauf der Elbe. Die Grenzvermeidungskosten
belaufen sich hier laut Modellergebnissen auf bis zu 2 € je reduziertem kg N. Je
stärker die zulässigen Überschüsse gesenkt werden, desto stärker nehmen die Grenzkosten in
diesen Regionen zu und können bei einem Reduktionsschritt von 40 auf 30 kg N bei über
10 €/kg N liegen. Da bei den jeweiligen Reduktionsschritten sukzessive weitere Regionen
Anpassungen vornehmen müssen, die zunächst geringe Grenzkosten verursachen, weisen die
durchschnittlichen Grenzvermeidungskosten im Elbegebiet einen vergleichsweise geringen
Anstieg auf. Insgesamt zeigen die Regionen erwartungsgemäß in Abhängigkeit der Ausgangslage
einen sehr unterschiedlichen Verlauf der Grenzvermeidungskosten (vgl. Abbildung 13).
Die höchsten Vermeidungskosten entstehen in den Regionen, die aufgrund einer intensiven
Viehhaltung hohe Stickstoffbilanzüberschüsse aufweisen.
Euro / kgN
10
8
6
4
2
0
A1+ bis
100 kgN
Elbe
100 bis 80
kgN
80 bis 60
kgN
60 bis 50
kgN
Quelle: Eigene Berechnungen mit RAUMIS 2007.
50 bis 40
kgN
Kapitel 2 – Seite 195
40 bis 30
kgN
30 bis 20
kgN
Abbildung 13: Grenzkosten in der Landwirtschaft bei Herabsetzung maximaler Stickstoffbilanzüberschüsse
laut Düngeverordnung in der Baseline A1 + , differenziert nach RAUMIS-Regionen für das Jahr 2020 (in € / kg
reduziertem N)
Mit der Einrichtung von Ackeruferrandstreifen wurde eine weitere Handlungsoption zur Reduzierung
diffuser Stickstoffeinträge aus der Landwirtschaft untersucht. Dabei wurden Randstreifenbreiten
mit einer Breite von 10 m, 20 m und 30 m untersucht. Die bei einer Anbindung
des Ackerlands an Oberflächengewässer jeweils aus der Produktion herauszunehmenden
Ackerflächen wurden aus der MONERIS-Datenbank für die RAUMIS-Analysen bereitgestellt.
Während sich die Stickstoffbilanzüberschüsse auf den weiterhin bewirtschafteten
Ackerflächen nicht verändern, wurden die Ackeruferrandstreifen wie Stilllegungsflächen behandelt.
Die resultierende Stickstoffbilanzüberschussreduktion bezogen auf die gesamte LF
verhält sich somit proportional zur Breite des Ackeruferrandstreifens. So beträgt die Reduktion
je 10 m Ackeruferrandstreifen durchschnittlich rund 0,5 kg N je ha LF im Elbegebiet (vgl.
Abbildung 14). Wie sich die Reduktion diffuser Nährstoffeinträge durch die untersuchten
Maßnahmen auf die Qualität der Oberflächengewässer auswirkt, ist Gegenstand der Analysen
mit MONERIS (vgl. BEHRENDT ET AL., 2008).
Die Vermeidungskosten der Maßnahme verlaufen ebenfalls proportional zur Ackerrandstreifenbreite
und belaufen sich auf rund 6 Euro je kg reduziertem Stickstoffbilanzüberschuss.

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
kg N je ha LF
70
68
66
64
62
60
58
56
54
52
50
66,8 66,3 65,8 65,3
A1+ 10m 20m 30m
Ackeruferrandstreifenbreite (in Metern)
Quelle: Eigene Berechnungen mit RAUMIS 2007.
Abbildung 14: Reduktion eintragsrelevanter Stickstoffüberschüsse im Elbegebiet infolge einer Einrichtung
von Ackeruferrandstreifen in der Baseline A1 + (2020)
2.6.4 Diskussion
Die Abschätzung zukünftiger Entwicklungen der Landbewirtschaftung unter dem Einfluss des
Globalen Wandels sowie deren Auswirkungen auf die Umwelt erweist sich aufgrund vielfältiger
Zusammenhänge, Wechselwirkungen und regionaler Besonderheiten als sehr komplex.
Zur Ableitung effizienter Strategien zur Vermeidung unerwünschter Entwicklungen des Globalen
Wandels ist die simultane Berücksichtigung einer Vielzahl sozioökonomischer und naturwissenschaftlicher
Wechselwirkungen erforderlich. Die Kopplung interdisziplinärer Modelle
bietet eine gute Möglichkeit, Teile der komplexen Wechselwirkungen modellhaft abzubilden.
Dabei lassen sich, wie die Erfahrungen im GLOWA-Elbe Projekt zeigen, bestehende
Synergien nutzen. Der Modellverbund schafft eine direkte Verbindung zwischen Driving-
Force, State und Response Indikatoren und ermöglicht neben der regionalen Spezifizierung
des Zusammenspiels von Prozessen des Globalen Wandels mit politischen Handlungsoptionen
eine zielgenaue Berücksichtigung der gesellschaftlichen Anforderungen an die Landwirtschaft.
Die untersuchten Entwicklungsrahmen und daraus abgeleiteten Baselines weisen ein breites
Spektrum möglicher Entwicklungen auf, die im Agrarsektor zu sehr unterschiedlichen Anpassungen
bis zum Jahr 2020 führen können. Angesichts der derzeitigen Entwicklungen in Richtung
einer zunehmenden „Globalisierung“ spielen die für den Entwicklungsrahmen A1 die
zukünftigen Weltmarktpreise für Agrarprodukte sowie die Ausgestaltung der EU-Agrarpolitik
und Energiepolitik eine zentrale Rolle. Aufgrund steigender Agrarpreise und der Förderung
Nachwachsender Rohstoffe zur Energieerzeugung kommt es zu einer Intensivierung der Flächenutzung
in Deutschland, so dass sich die Entwicklungen gänzlich anders darstellen, als
noch bis zum Jahr 2006 absehbar war. Flächenstilllegungen finden praktisch nicht mehr statt,
weil auf diesen Nachwachsende Rohstoffe angebaut werden.
Die weltweite Förderung der Biokraftstoffproduktion stellt eine stärkere Kopplung zwischen
den Nahrungsmittelpreisen und Ölpreisen her als es bisher über die Vorleistungsgüter (z.B.
Kapitel 2 – Seite 196

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
Düngemittel, Treib- und Schmierstoffe) der Agrarproduktion der Fall war. Dadurch entsteht
eine Konkurrenzsituation zwischen Nahrungsmitteln, Futtermitteln und Treibstoffen, die sich
negativ auf die Ernährungssituation in Entwicklungsländern, aber auch in unteren Einkommensschichten
in entwickelten Ländern auswirkt. Die dadurch bedingten sozialen Spannungen
können einen Prozess anstoßen, der der Globalisierung entgegen wirkt.
Als eine zur „Globalisierung“ alternative Entwicklung wurde im Entwicklungsrahmen B2
unter dem Leitmotiv „Differenzierung“ die Auswirkungen einer Beschränkung der landwirtschaftlichen
Produktion auf den heimischen Markt angestrebt. Als ein möglicher treibender
Einflussfaktor für diese Entwicklung wurden sich wandelnde Präferenzen der Verbraucher
unterstellt, die zunehmend heimische Produkte unter Einhaltung von Produktionsstandards
bevorzugen. Eine solche Entwicklung könnte zu einer weitgehenden Abkopplung des heimischen
Marktes vom Weltmarkt führen. Interessante Fragestellungen sind hierbei, welche Auswirkungen
zum einen das Anstreben eines Selbstversorgungsgrades von 100 % bei den wichtigsten
Agrarprodukten hätte und zum anderen wie eine oft geforderte Reduktion des
Verbrauchs tierischer Produkte auf die Stickstoffbilanzüberschüsse wirken würde. In diesem
Zusammenhang führt ein Rückgang des Verbrauchs tierischer Produkte um 20 % nach den
Modellergebnissen zu einer Verringerung um rund 7 kg N je ha LF im Elbegebiet.
Im Elbegebiet liegen aufgrund der geringeren Viehbesatzdichten die eintragsrelevanten Stickstoffbilanzüberschüsse
durchschnittlich niedriger im Vergleich zum Bundesdurchschnitt. Bis
zum Jahr 2020 gehen sie vor allem aufgrund des durch die Milchleistungssteigerung bedingten
Rindviehbestandsabbaus auf rund 67 kg N je ha LF um etwa 8 kg N je ha LF zurück.
Nach dem in der Düngeverordnung festgelegten Nährstoffvergleich für Stickstoff liegen die
regionalen Werte mit einigen wenigen Ausnahmen unter dem geforderten Wert von 60 kg N
je ha LF. Vor diesem Hintergrund besteht aus Sicht des Ordnungsrechtes (DüV) im Elbegebiet
kein großer Handlungsbedarf. In diesem Zusammenhang ist auf substanzielle Unterschiede
zwischen der in der DüV festgelegten Stickstoffbilanzierung und der eintragsrelevanten
Bilanzierung hinzuweisen. So können die regionalen eintragsrelevanten Stickstoffüberschüsse
um bis zu 30 kg N je ha LF über dem Bilanzsaldo der DüV liegen.
Eine strikte flächendeckende Einhaltung der maximalen Stickstoffbilanzüberschüsse würde
demnach laut Modellsimulationen zu einer Gesamtreduktion von rund 6.000 t N führen. Die
Reduktion erfolgt in Regionen, die den zulässigen Überschuss überschreiten. Diese liegen am
Unterlauf der Elbe und weisen wegen ihrer Spezialisierung auf die Milcherzeugung überdurchschnittliche
Viehbesatzdichten auf.
Eine weitergehende Herabsetzung der maximalen Stickstoffbilanzüberschüsse hätte je nach
der regionalen Ausgangssituation sehr unterschiedliche Auswirkungen. So würde eine Halbierung
der maximalen Stickstoffbilanzüberschüsse insgesamt den eintragsrelevanten Überschuss
um rund 49.000 t N reduzieren. Die Grenzvermeidungskosten fallen dabei wie erwartet
regional sehr unterschiedlich aus und überschreiten teilweise 10 Euro je kg reduziertem N-
Bilanzüberschuss. Vor dem Hintergrund der DüV als flächendeckend anzuwendende Maßnahme
ist das weitere Herabsetzen der zulässigen Stickstoffbilanzüberschüsse eine politisch
wenig realistische Option. Dies würde Regionen außerhalb des Elbegebietes, die weitaus höhere
Bilanzüberschüsse aufweisen, vor unlösbare Probleme stellen. Je nach Problemlage sind
hier regional differenzierte Maßnahmen zu ergreifen, um im Hinblick auf die Vermeidungskosten
zu effizienten Lösungen bei der Reduktion diffuser Stickstoffeinträge zu kommen.
In Bezug auf die anfangs aufgeführten Probleme wie der derzeitigen Intensivierung der landwirtschaftlichen
Produktion und der damit verbundenen Zunahme des Konfliktpotenzial zwi-
Kapitel 2 – Seite 197

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
schen Landbewirtschaftung und Umwelt stellt diese Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Darstellung
erwartbarer Entwicklungsrichtungen dar, denn gerade im Elbegebiet wurde noch vor
wenigen Jahren großflächiges Brachfallen vieler Flächen prognostiziert. In diesem Zusammenhang
spielen die Konsequenzen für die Wassermenge und -güte u. a. im Hinblick auf die
Erreichung der Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie eine besondere Rolle, zumal etwa die
Hälfte der Gesamtfläche im Elbeeinzugsgebiet landwirtschaftlich genutzt wird.
2.6.5 Referenzen
BEHRENDT, H. (2008): Auswirkungen des Globalen Wandels auf die Nährstoffeinträge und Frachten im Elbeeinzugsgebiet.
In: Wirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen.
Schlussbericht zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 4.1.
BLAZEJCZAK, J., GORNIG, M., SCHULZ, E. (DIW Berlin): Szenarien zur Demographie und Ökonomie in der Elbe-
Region. In: Wirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen.
Schlussbericht zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.3.
BRITZ, W. (2005): “Development of a regionalised EU-wide operational model to assess the impact of current
Common Agricultural Policy on farming sustainability”,
http://www.ilr1.uni-bonn.de/agpo/rsrch/capri/capri-documentation.pdf.
Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz BMELV (2006): Die EU-
Agrarreform – Umsetzung in Deutschland. Ausgabe 2006. Berlin. Februar 2006.
Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz BMELV (2006b): Statistisches Jahrbuch
2006 sowie frühere Jahrgänge. Bonn.
BUNDESMINISTERIUM FÜR UMWELT, NATURSCHUTZ und REAKTORSICHERHEIT BMU und BUNDESUMWELTAMT
UBA (2005): Die Wasserrahmenrichtlinie – Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland. Berlin.
CYPRIS, Ch. (2000): Positive mathematische Programmierung (PMP) im Agrarsektormodell RAUMIS. Schriftenreihe
der Forschungsgesellschaft für Agrarpolitik und Agrarsoziologie e.V. Bd. 313., zugl. Dissertation Universität
Bonn, Bonn.
DEUTSCHER BUNDESTAG (2004): Gesetz zur Neuregelung des Rechts der Erneuerbaren Energien im Strombereich
vom 21. Juli 2004. Bundesgesetzblatt Jahrgang 2004 Teil I Nr. 40, ausgegeben zu Bonn am 31. Juli.
EUROPÄISCHE KOMMISSION (2003a): Verordnung (EG) Nr. 1782/2003 des Rates vom 29. September 2003 mit
gemeinsamen Regeln für Direktzahlungen im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik und mit bestimmten Stützungsregelungen
für Inhaber landwirtschaftlicher Betriebe. Amtsblatt der Europäischen Union L270.
EUROPÄISCHE KOMMISSION (2003b): Verordnung (EG) Nr. 1784/2003 des Rates vom 29. September 2003 über
die gemeinsame Marktorganisation für Getreide.
EUROPÄISCHE KOMMISSION (2003c): Verordnung (EG) Nr. 1787/2003 des Rates vom 29. September 2003 zur
Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1255/1999 über die gemeinsame Marktorganisation für Milch und Milcherzeugnisse.
EUROPÄISCHES PARLAMENT UND RAT (2003): Richtlinie 2003/30/EG vom 8. Mai 2003 zur Förderung der Verwendung
von Biokraftstoffen oder anderen erneuerbaren Kraftstoffen im Verkehrssektor. Amtsblatt der Europäischen
Union L 123/42.
EUROSTAT (1989): Handbuch zur landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Gesamtrechnung, Luxemburg.
FAPRI (Food and Agricultural Policy Research Institute) (2006): U.S. and World Agricultural Outlook. FAPRI
Staff Report 06-FSR 1. January. ISSN 1534-4533.
FNR (2005): Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung. Gülzow.
FNR (2005a): Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung. Gülzow.
Food and Agriculture Organization of the United Nations (2007): http://faostat.fao.org/.
GÖDEKE, K. (2006): „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche
Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“. Präsentation des
vom BMELV über die FNR geförderten Verbundprojektes auf dem GFP-Workshop in Freising am 9./10. März.
GÖMANN, H., KREINS, P. BREUER, T. (2007): Einfluss steigender Weltagrarpreise auf die Wettbewerbsfähigkeit
des Energiemaisanbaus in Deutschland. Erscheint in: Tagungsband der GeWiSola/ÖGA 2007 (im Druck).
Kapitel 2 – Seite 198

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
GÖMANN, H.; KREINS, P.; JULIUS, CH. (2005): Perspektiven der Landbewirtschaftung im deutschen Elbeeinzugsgebiet
unter dem Einfluss des Globalen Wandels - Ergebnisse eines interdisziplinären Modellverbundes. Konzepte
für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft, Band 6, ISBN10: 3-89998-062-X.
GROSSMANN, M. (2008): Kosteneffiziente Maßnahmenkombinationen zur Reduktion der Nährstoffeinträge im
Einzugsgebiet der Elbe. In: Wirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken
und Optionen. Schlussbericht zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 4.2.
Hartje, H., Ansmann, T., Blazejczak, J., Gömann, H., Gornig, M., Grossmann, M., Hillenbrand, Th., Hoymann,
J., Kreins, P., Markewitz, P., Mutafoglu, K., Richmann, A., Sartorius, Ch., Schulz, E., Vögele, S., Walz, R.,
(2008): Regionalisierung der Szenarioanalyse (der Antriebskräfte und des Nutzungsdruckes) des Globalen Wandels
für die Wasserwirtschaft. Die Elbe als mittleres Einzugsgebiet in einer Transformationsökonomie. In: Wirkungen
des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht
zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.
Henrichsmeyer, W., Cypris, Ch., Löhe, W., Meudt, M., Sander, R., Sothen, F. von, Isermeyer, F., Schefski, A.,
Schleef, K.H., Neander, E., Fasterding, F., Helmke, B., Neumann, M., Nieberg, H., Manegold, D. & Meier, Th.
(1996): Entwicklung des gesamtdeutschen Agrarsektormodells RAUMIS96. Endbericht zum Kooperationsprojekt.
Forschungsbericht für das BML (94 HS 021). Vervielfältigtes Manuskript, Bonn/Braunschweig.
HENSELER, M., WIRSIG, A., KRIMLY, T. (2006): Anwendung des Regionalmodells ACRE in zwei interdisziplinären
Projekten. In: Wenkel, K.-O., Wagner, P., Morgenstern, Luzi, K. und P. Eisermann (Ed.) (2006):
Land- und Ernährungswirtschaft im Wandel. Aufgaben und Herausforderungen für die Agrar- und Umweltinformatik,
Proceedings of the 26th GIL-Jahrestagung, Potsdam (Germany), 06.-08.03.2006, pp.101-104.
HOWITT, R. E. (1995): Positive Mathematical Programming. In: Amer. J. Agr. Econ. 77 (2): 329 - 342.
HOYMANN, J. (2008): Szenarien der Landnutzung und Landbedeckung im Elbeeinzugsgebiet. In: Wirkungen des
Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht zum BMBF-
Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.4.
IPCC (2007): Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the
Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, Pachauri,
R.K and Reisinger, A. (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 104 pp.
Isermeyer, F., Brockmeier, M., Gömann, H., Hargens, R., Klepper, R., Kreins, P., Offermann, F., Osterburg, B.,
Pelikan, J., Salamon, P., Thiele, H. (2006): Analyse politischer Handlungsoptionen für den Milchmarkt. Braunschweig:
FAL, 178 p, Landbauforsch. Völkenrode SH 300.
KAISER, F., DIEPOLDER, M., Eder, J., HARTMANN, S., PRESTELE, H., GERLACH, R., ZIEHFREUND, G., und A.
GRONAUER (2004): Ertragspotenziale verschiedener nachwachsender Rohstoffe in landwirtschaftlichen Biogasanlagen.
Schriftenreihe der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL). Bd. 13. ISSN 1611-4159. Freising.
KEMPEN, M., HECKELEI, T., BRITZ, W., LEIP, A., KOEBELE, R., MARCHI, G. (2007): Computation of a European
Agricultural Land Use Map – Statistical Approach and Validation. http://www.ilr1.unibonn.de/Agpo/rsrch/dynaspat/tp_dissaggregation_v1.gms.pdf.
KREINS, P. & GÖMANN, H. (2008): Modellgestützte Abschätzung regionaler landwirtschaftlicher Landnutzung
und Produktion in Deutschland vor dem Hintergrund der „Gesundheitsüberprüfung“ der GAP. In: Agrarwirtschaft
57, Heft 3/4 (im Druck).
OECD Organisation for Economic Cooperation and Development (2006): OECD-FAO Agricultural Outlook:
2006-2015. Dataset. http://www.oecd.org. Zugriff im Februar 2007.
PARCOM (Paris-Konvention zur Verhütung der Meeresverschmutzung) (1993): Dritte Sitzung der Ad-hoc-
Arbeitsgruppe zur Reduzierung der Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft – Anlage 1: PARCOM-Richtlinien
für die Berechnung von Mineralbilanzen.
Persönliche Mitteilung am 14.09.2007 Vertreter des Deutschen Maiskomitees, Bonn.
USDA (2006): GAIN Report. Brazil Sugar Annual 2006. http://www.fas.usda.gov/gainfiles/
200604/146187491.pdf. Zugriff im Februar 2007
USDA (2007): USDA Agricultural Projections to 2016. Long-term Projections Report OCE-2007-1.
http://www.ers.usda.gov/publications/oce071/oce20071.pdf. Zugriff im Februar 2007.
VETTER, A. und G. REINHOLD (2005): Bereitstellung von Biomasse für Biogasanlagen. Tagungsband 2. Mitteldeutscher
Bioenergietag am 29. April in Leipzig. Informationsschrift der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft
des Freistaates Sachsen.
Kapitel 2 – Seite 199

2.6 Projektionen zur Änderung der regionalen landwirtschaftlichen Landnutzung, Produktion und
Stickstoffüberschüsse bis 2020 im Elbeeinzugsgebiet vor dem Hintergrund sich wandelnder
Rahmenbedingungen (Gömann et al.)
VOGEL, T., HERRMANN, S., DABBERT, S. & WINTER, TH. (2002): Socio economic analysis and modelling of agricultural
water use and land use. 10th EAAE conferece paper. 4 S. (https://www.unihohenheim.de/i410a/glowa/soc-glowa01.pdf).
VÖGELE, S., MARKEWITZ, P. (2008): Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet.
In: Wirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht
zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.6.
WECHSUNG, F., BECKER, A. & GRÄFE, P. (Hrsg.) (2005): Auswirkungen des globalen Wandels auf Wasser, Umwelt
und Gesellschaft im Elbegebiet. Konzepte für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft, Bd. 6, 416
Seiten.
WEINMANN, B., SCHROERS, J. O.; SHERIDAN, P. (2005): Spatially explicit land use modelling as basis for multifunctional
land use evaluation – The land use model ProLand. - International Conference: Multifunctionality of
Landscapes - Analysis, Evaluation, and Decision Support, Giessen 243.
Kapitel 2 – Seite 200

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im
Elbeeinzugsgebiet
Stefan Vögele, Peter Markewitz
Institut für Energieforschung - Programmgruppe Systemforschung und Technologische Entwicklung
(IEF-STE), 52425 Jülich
Tel.: +49-2461-613393
Fax: +49-2461-612540
Email: s.voegele@fz-juelich.de
Kurzfassung:
Im Rahmen des BMBF geförderten Projektes „Auswirkungen des globalen Wandels auf Umwelt und Gesellschaft
im Elbegebiet“ (GLOWA) wurde das Institut für Energieforschung – Systemforschung und Technologische
Entwicklung (IEF-STE) mit der Analyse der Wassernutzung im Elbeeinzugsgebiet durch große Kraftwerke
betraut. Neben einer Bestandsanalyse waren mit Hilfe eines Kraftwerksimulationstools Szenarien für zukünftige
Entwicklungen generiert. In den untersuchten Szenarien verändert sich der Frischwasserbedarf im deutschen Teil
des Elbeeinzugsgebietes aufgrund des relativ neuen Kraftwerksbestandes nur relativ langsam. Die Kraftwerke im
tschechischen Teil des Untersuchungsgebietes sind hingegen deutlich älter. Daher bestehen hier kurz- und mittelfristig
größere Möglichkeiten für Veränderungen. Ob die vorhandenen Braunkohlekraftwerke dort bzw. in
Deutschland durch neue Braunkohlekraftwerke ersetzt werden, hängt hierbei sehr stark von der Entwicklung der
Energieträger- und CO2-Zertifikatspreise ab.
Keywords:
Kraftwerke, Wassernutzung, Szenarien
2.7.1 Einführung
Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes „Wirkungen des globalen Wandels auf den
Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen" (GLOWA-Elbe II) wurde das Forschungszentrum
Jülich mit der Modellierung energiewirtschaftlicher Szenarien zur Ermittlung
der Oberflächenwassernachfrage des Energiesektors im Elbeeinzugsgebiet betraut. Neben einer
Bestandsanalyse waren mit Hilfe eines Kraftwerksimulationstools Szenarien hinsichtlich
zukünftiger Entwicklungen zu generieren.
Im Folgenden werden die Ergebnisse der durchgeführten Analysen vorgestellt. Zunächst wird
auf die verwendeten Daten und die methodische Vorgehensweise eingegangen. Dies geschieht
im zweiten Kapitel. Zusätzlich werden in diesem Kapital noch wichtige Begriffe definiert und
die im Kraftwerksbereich eingesetzten Kühlsysteme erläutert. Im dritten Kapitel wird der in
dieser Studie betrachtete Kraftwerksbestand und dessen Wassernachfrage vorgestellt. Auf der
Basis von Angaben zum Bestand werden verschiedene Szenarien beschrieben.
2.7.2 Material und Methoden
2.7.2.1 Allgemeine Vorbemerkungen
Im Folgenden werden für die Interpretation von Entwicklungen im Bereich der Wassernutzung
im Kraftwerkssektor notwendige Begriffe und Zusammenhänge kurz erläutert. Außer
Kapitel 2 – Seite 201

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
auf einzelne Begriffe wird hierbei auch näher auf den Anfall von Abwärme bei Kraftwerken
und die Verfahren, die zur Kühlung eingesetzt werden, eingegangen.
Begriffabgrenzungen
Im Zusammenhang mit der Nutzung von Wasser im Kraftwerksbereich werden u.a. die Begriffe
Wasserentnahme, -einleitung, -verlust und Wassergebrauch verwendet. Den Begriffen
liegen folgende Definitionen zugrunde:
Input oder Wasserentnahme: entspricht der Wassermenge, die aus dem Fluss bzw. Gewässer
entnommen wird.
Output oder Wassereinleitung: spiegelt die Wassermenge wider, die wieder in den Fluss eingeleitet
wird.
Verlust, Kühlwasserverlust/Kühlmittelverlust: entspricht der Wassermenge, die durch Verdunstung
an die Umgebung abgegeben und nicht wieder in den Fluss bzw. das Gewässer eingeleitet
wird.
Wassergebrauch: umfasst die umgewälzte Wassermenge.
Abwärme bei Kraftwerken
Der größte Teil des im Kraftwerksbereich eingesetzten Wassers wird zu Kühlzwecken benötigt.
Um Angaben zur Nutzung von Wasser in Kraftwerke richtig einschätzen bzw. Szenarien
erstellen zu können, ist es deshalb sinnvoll, näher auf die Entstehung von Abwärme in Kraftwerken
einzugehen: Bei den derzeit in Deutschland eingesetzten Kraftwerken wird im Durchschnitt
rund 38% der eingesetzten Energie in Elektrizität umgewandelt, der Rest fällt in Form
von Wärme an. [VGBPowerTech, 2005] Moderne Kohlekraftwerke weisen hierbei einen
elektrischen Wirkungsgrad von 43% bis 46% auf, bei GuD-Kraftwerken sind es sogar 58%.
Bei den Kraftwerken, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeiten,
wird ein Teil der anfallenden Wärme für die Nah- bzw. Fernwärmeversorgung genutzt. Der
Gesamt-Brennstoffnutzungsgrad ist daher bei diesen Kraftwerken höher als bei einem vergleichbaren
Kraftwerk ohne Wärmeauskopplung. Entsprechend geringer ist auch die Abwärmemenge,
die an die Umwelt abgeführt wird.
Grundsätzlich verändert sich die anfallende Abwärmemenge parallel zu Stromerzeugung, wobei
sich zwischen den einzelnen Kraftwerken große Unterschiede hinsichtlich der täglichen
Einsatzdauer ergeben können. So werden beispielsweise Spitzenlastkraftwerke tagsüber nur
relativ kurz eingesetzt, während Mittellastkraftwerke und Grundlastkraftwerke annährend den
ganzen Tag im Einsatz sind. Aufgrund von jahreszeitlich bedingten Schwankungen in der
Strom- und Wärmenachfrage sowie von geplanten bzw. ungeplanten Außerbetriebnahmen
variiert der Einsatz der einzelnen Kraftwerke teilweise auch von Monat zu Monat. Bei einer
unterjährigen Betrachtungsweise des Kühlwasserbedarfs (z.B. Fokussierung auf einen bestimmten
Monat oder Tag) ist zudem zu beachten, dass dieser je nach Kühlverfahren von der
Temperatur des zu Kühlzwecken genutzten Gewässers und der Luftfeuchtigkeit bzw. der
Lufttemperatur abhängt. Bei KWK-Anlagen mit Entnahme-Kondensation-Turbinen ist ferner
zu berücksichtigen, dass bei ihnen die Wärmeauskopplung relativ flexibel erfolgen kann, so
dass auch der Gesamt-Brennstoffnutzungsgrad während eines Jahres u.U. schwanken kann.
Aufgrund der vielfältigen Einflussfaktoren auf die Höhe der anfallenden Abwärme schwankt
i.d.R. auch die Abwärme von Jahr zu Jahr. Die Angaben zur Wassernutzung können somit
Kapitel 2 – Seite 202

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
nicht ohne Einschränkungen bzw. ohne sich der Schwankungsbreite bewusst zu sein, auf andere
Jahre übertragen werden.
Kühlverfahren im Kraftwerksbereich
Eine Übersicht über verschiedene Kühlverfahren, die im Kraftwerksbereich zur Abführung
der anfallenden Abwärme eingesetzt werden zeigt Abbildung 2. Grundsätzlich ist zwischen
nassen, trockenen und hybriden Kühlverfahren zu unterscheiden. [Länderarbeitsgemeinschaft
Wasser (LAWA), 1983] Während im ersten Wasser als Kühlmittel eingesetzt wird, erfolgt die
Kühlung im trockenen Verfahren per Luftkühlung. Das Hybrid-Verfahren stellt eine Mischung
zwischen dem nassen und dem trockenen Verfahren dar.
Bei der Trockenkühlung erfolgt die Kühlung mittels eines großflächigen (künstlich oder natürlich)
belüfteten (Wasser-Luft-) Wärmetauschers. Der geringere Wärmeübergang von Wasser
auf Luft erfordert einen wesentlich größeren Wärmetauscher und somit einen größeren
Kühlturm als bei einer Wasserkühlung. Der Vorteil von Trockenkühltürmen ist, dass es zu
keiner Schwadenbildung kommt. Außerdem sind Anlagen mit trockener Kühlung bei der
Kühlung unabhängig vom örtlichen Wasserangebot. Diesen Vorteilen stehen höhere Kosten
gegenüber.
Abbildung 15: Kühlverfahren
Bei einer nassen Kühlung des kalten Endes eines Kraftwerkes kommt Wasser, das aus Flüssen,
Seen, Brunnen oder dem Meer entnommen wird, als Wärmeträger bzw. Kühlmedium
zum Einsatz. Das zur Kühlung verwendete Wasser erhält außer einer mechanischen Reinigung
keine weitere Behandlung. Im Bereich des nassen Kühlverfahrens wird unterschieden
zwischen:
Durchlaufkühlung / Frischwasserkühlung
Bei diesem Verfahren wird Wasser aus einem Fluss, See oder dem Meer entnommen, mechanisch
gereinigt, zur Kühlung im Kondensator benutzt und wieder in das Gewässer eingeleitet.
Da Wasser mit steigender Temperatur weniger Sauerstoff aufnehmen kann, erfolgt im Auslaufbauwerk
häufig eine Sauerstoffanreicherung. Die Vorteile der Durchlaufkühlung liegen in
dem geringen Raum- bzw. Platzbedarf und der hohen Zuverlässigkeit. Die Durchlaufkühlung
weist verglichen mit den anderen Kühlsystemen die geringsten Anlagen- und Betriebskosten
auf, was u.a. darauf zurückzuführen ist, dass kein Kühlturm benötigt wird. Von Nachteil sind
Kapitel 2 – Seite 203

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
die sehr hohen Wassermengen, die bei dieser Form der Kühlung benötigt werden. Da die
Wärme, die nicht benötigt wird, vollständig an den Fluss, den See oder das Meer abgeführt
wird, kann es zu hohen Wärmebelastungen des betroffenen Gewässers kommen. (Abbildung
16)
Abbildung 16: Verfahren der Frischwasserkühlung
Ablaufkühlung
Im Gegensatz zu den Kraftwerken mit Durchlaufkühlung, besitzen Kraftwerke, die nach dem
Verfahren der Ablaufkühlung gekühlt werden, einen Kühlturm. Der Kühlturm wird hierbei
genutzt, um die Temperatur des Kühlwassers, bevor es wieder in das Gewässer eingeleitet
wird, weiter abzusenken. (Abbildung 17) Da dadurch die Temperatur des eingeleiteten Wassers
reduziert wird, verringert sich auch die potenzielle Wärmebelastung des Gewässers. Die
Höhe der an die Umwelt über den Kühlturm abgegebenen Abwärme hängt außer von der Auslegung
des Kühlturms stark von den vorliegenden Umweltbedingungen (Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit)
ab. Normalerweise liegt der Anteil der über den Kühlturm abgegebenen Abwärme
zwischen 20% und 80%. [Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), 1983]
Abbildung 17: Verfahren der Ablaufkühlung
Aus Kostengründen werden die Kraftwerke mit Ablaufkühlung, solange es Wasserführung
und -temperatur erlauben, normalerweise ohne Kühlturm betrieben. Daher liegt der Frischwassereinsatz
bei Kraftwerken mit Ablaufkühlung i.d.R. im Jahresmittel nur leicht unter dem
vergleichbarer Anlagen mit Durchlaufkühlung. Beachtet werden muss hierbei, dass bei Einsatz
des Kühlturms eine bestimmte Menge an Kühlwasser verdunstet und somit nicht wieder
an das Gewässer zurückgeleitet wird. Von Nachteil gegenüber der Durchlaufkühlung sind des
weiteren die höheren Investitionskosten und der geringfügig geringere Wirkungsgrad.
Kapitel 2 – Seite 204

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Zur Wärmeabfuhr an die Atmosphäre kommen verschiedene Arten von Kühltürmen in Frage:
- Naturzug Nasskühlturm
Bei dieser Art von Kühltürmen wird das Kühlwasser fein verrieselt bzw. versprüht.
Der Kühlturm ist an seinem unteren Ende offen; dort strömt relativ kalte
Luft ein. Durch die Erwärmung der Luft steigt diese auf und reißt Wassertröpfchen
mit sich, die dann als Dampfschwaden sichtbar werden. Nasskühltürme haben
wegen der Nutzung der Verdunstung eine sehr hohe Leistungsdichte, dafür
aber auch einen Wasserverlust, der durch die Zuführung von neuem Frischwasser
wieder ausgeglichen werden muss.
- Trockenkühlturm
Beim Trockenkühlturm wird die Wärme wird über Wärmetauscher durch Konvektion
an die Luft abgegeben. Der Trockenkühlturm mit Naturzug hat baulich die
größten Abmessungen. Kühltürme mit künstlichem Zug (Ventilator) sind erheblich
kleiner, jedoch benötigen sie zusätzlich elektrische Energie für den Betrieb von
Ventilatoren, die den natürlichen Luftzug verstärken. Der Kraftwerkswirkungsgrad
fällt bei diesem Verfahren niedriger aus als bei einem Kraftwerk mit einem Nasskühlturm.
- Hybridkühlturm
Hybridkühltürme weisen die technisch-physikalischen Vorteile von Trocken-
(Schwadenfreiheit) und Nasskühlturm (hohe Kühlleistung, besserer Wirkungsgrad)
auf. Ihre baulichen Abmessungen sind geringer als die der „reinen“ Trockenkühlturme,
jedoch wird auch hier Energie für den Ventilatorbetrieb benötigt.
Kreislaufkühlung / Rückkühlung (bzw. Mischkühlung)
Bei dem Verfahren der Kreislaufkühlung wird das im Kondensator erwärmte Wasser in einem
Kühlturm rückgekühlt und wieder dem Kondensator zugeleitet. (Abbildung 18) Das Kühlwasser
zirkuliert somit zwischen Kondensator und Kühlturm. Die Abwärmeabfuhr erfolgt
hierbei fast vorwiegend über den Nasskühlturm.
Aufgrund der Verdunstungsverluste und um hohe Salzkonzentrationen im Kühlsystem zu verhindern,
ist es jedoch erforderlich, immer einen gewissen Teil des Wassers auszutauschen und
die Verdunstungsverluste wieder durch Frischwasser auszugleichen.
Abbildung 18: Verfahren der Kreislaufkühlung
Kapitel 2 – Seite 205

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Grundsätzlich werden beim Verfahren der Kreislaufkühlung deutlich geringere Frischwassermengen
benötigt als bei den zuvor beschriebenen Verfahren. Man ist damit prinzipiell unabhängiger
von größeren Gewässern. Von Nachteil sind die höheren Investitionskosten und die
gegenüber den anderen Verfahren relativ hohen Wirkungsgradeinbußen.
Einen Vergleich verschiedener Kühlverfahren zeigt Tabelle 3. Wie man dieser Tabelle entnehmen
kann, unterscheiden sich die verschiedenen Kühlverfahren hinsichtlich der Wirkungsgradverluste
und Kosten teilweise deutlich. Am ungünstigsten schneidet hierbei das
Verfahren der Kreislaufkühlung mit Trockenkühlturm ab. Gegenüber den anderen Verfahren
fallen die Kosten merklich höher aus, während sich der Wirkungsgrad deutlich verringert.
Tabelle 3: Vergleich verschiedener Kühlverfahren
Durchlaufkühlung
Wirkungsgrad im Vergleich zur
Durchlaufkühlung [%]
Anlagenkosten im Vergleich zur
Durchlaufkühlung [%]
Erzeugungskosten im Vergleich
zur Durchlaufkühlung [%]
Kapitel 2 – Seite 206
Kreislaufkühlung
Naturzug nass trocken
100 98 93
100 105 112
100 108 115
Datenquelle: [Kugeler & Philippen, 1993]
Zu beachten ist jedoch, dass man bei diesem Verfahren relativ unabhängig von Flüssen und
Gewässern ist. Gleichzeitig nimmt jedoch der Einfluss der jahreszeitlich schwankenden Umgebungstemperatur
auf den Wirkungsgrad beim Einsatz eines Trockenkühlturms besonders
stark zu. [Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), 1991]
Grundsätzlich wird bei jedem der vorgestellten nassen Kühlverfahren der Fluss oder das Meer
bzw. der See entweder durch erhöhte Wassertemperaturen bei Durchlaufkühlung oder durch
geringere Wasserfracht bei Betrieb eines Kühlturms belastet. Die Wahl des Kühlverfahrens
für ein neu zu errichtendes Kraftwerk ist grundsätzlich eng mit der Wahl des Standortes verbunden.
Große Kraftwerke wurden in der Vergangenheit überwiegend in Flussnähe gebaut.
Dies garantierte eine kostengünstige, sichere Kühlung über das gesamte Jahr hinweg. Seit den
70er Jahren ist man verstärkt dazu übergegangen, den Einsatz von Durchlaufkühlung zu reduzieren.
[Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), 1983] Gründe für dieses Bestreben sind
zunehmende Belastungen der Gewässer mit Wärme sowie zunehmende Wasserknappheit.
Rechtliche Vorgaben
Bei der Einleitung von aufgewärmtem Kühlwasser in Gewässer sind verschiedene Grenzwerte
zu beachten. Hierzu gehören Grenzwerte hinsichtlich der maximal zulässigen
Wasserentnahmemenge,
Aufwärmung des Kühlwassers,
Einleittemperatur und der
Mischtemperatur.
Weil Strömung, Wassertiefe und andere Faktoren entlang der Flüsse unterschiedlich sind, gibt
es für Kraftwerke teilweise deutlich unterschiedliche Grenzwerte. Einige Beispiele hierfür
zeigt Tabelle 4.

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Tabelle 4: Beispiele für Grenzwerte im Kraftwerksbereich
Kraftwerk Genehmigte Entnahme- max. zulässige Rücklauf- genehmigte Aufwärmmengetemperaturspannen
(in m 3 /Jahr) (in °C) (in K)
Klingenberg 54.620.000 28 10
Berlin Mitte 22.076.000 28 10
Moabit 60.842.500 28 8
Werden im Bereich der Temperaturen die Grenzwerte erreicht, so muss entweder die Wasserentnahme
erhöht oder der Betrieb des entsprechenden Kraftwerks eingeschränkt werden. Zu
einer Einschränkung des Einsatzes eines Kraftwerks kann es insbesondere an warmen Sommertagen
kommen, d.h. zu Zeitpunkten, an denen die Wasserführung gering und die Wassertemperatur
durch die Sonneneinstrahlung sehr hoch ist.
2.7.2.2 Kraftwerke im Elbeinzugsgebiet
Grundsätzlich ist in der Flussgebietseinheit Elbe eine Vielzahl unterschiedlichster Kraftwerke
im Einsatz. Die Spannweite reicht hierbei von Anlagen mit wenigen kW bis zu Kraftwerken
mit einer Kapazität von mehreren GW. Um die Komplexität in Grenzen zu halten, werden im
Folgenden grundsätzlich nur Kraftwerke mit einer Leistung über 50 MW berücksichtigt. Zudem
erfolgt eine Beschränkung auf Anlagen mit wasserwirtschaftlicher Relevanz, d.h. auf
Anlagen, die eine signifikante Menge an Wasser der Elbe bzw. ihrer Nebenflüsse entnehmen
bzw. einleiten.10 (vgl. [IKSE, 2005])
Neben Kraftwerken, die sich in Deutschland befinden, werden auch Kraftwerke in Tschechien
in die Analysen mit einbezogen.
Kraftwerke im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes
Eine Übersicht über die Kraftwerke, die sich im deutschen Raum befinden und die in dieser
Studie berücksichtigt werden, zeigt Abbildung 19.
10 Von der zweiten Beschränkung wurde in den Fällen abgewichen, in denen das entsprechende Kraftwerk unmittelbar
in der Nähe eines größeren Gewässers liegt und somit die Möglichkeit bestände dieses Wasser zu
Kühlzwecken zu nutzten.
Kapitel 2 – Seite 207

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Abbildung 19: Berücksichtigte Kraftwerke im deutschen Teil des Elbeinzuggebietes
Im Norden des Elbegebiets befindet sich das Kernkraftwerk Brunsbüttel. Das 806 MW
Kraftwerk wurde 1977 kommerziell in Betrieb genommen. Seitdem wird das Kraftwerk zur
Deckung der Stromnachfrage im Grundlastbereich betrieben. Die Kühlung des Kraftwerks
erfolgt nach dem Prinzip der Frischwasserkühlung, d.h. es wird der Elbe Frischwasser entnommen,
durch den Kondensator geführt und wieder in die Elbe zurückgeleitet. Im Jahresdurchschnitt
wird hierbei pro Stunde ca. 130.000 m 3 Frischwasser benötigt.
(http://www.kkb.de/kraftwerk/index.html) Für das Jahr 2004, in dem das Kraftwerk 6585
Volllaststunden im Einsatz war [Deutsches Atomforum, 2005] ergibt sich demzufolge ein
Kühlwasserverbrauch von ca. 856 Mio. m 3 .
Das Kernkraftwerk Brokdorf, das ebenfalls an der Elbe liegt, wurde 1986 in Betrieb genommen.
In der Regel ist das 1.440 MW Kraftwerk jährlich über 8.000 Volllaststunden im Einsatz.
Zur Kühlung wird hierbei pro Jahr ca. 1,7 Mrd. m 3 Frischwasser eingesetzt. Dieses wird
der Elbe entnommen und im gleichen Umfang wieder zurückgespeist. [Deutsches Atomforum,
2005, Informationskreis Kernenergie, 2005]
Deutlich älter als die Kraftwerke Brokdorf und Brunsbüttel ist das Kraftwerk Wedel. Das
1961/62 errichtete Kraftwerk wurde in den achtziger Jahren zu einem Heizkraftwerk umgebaut.
Das vorwiegend mit Importsteinkohle befeuerte Kraftwerk hat eine Feuerungswärme-
Leistung von 684 Megawatt und liefert je nach Betriebsweise maximal 349 MW Fernwärme
bzw. maximal 260 MW Strom. [HEW, 2005a] Auch dieses Kraftwerk wird nach dem Prinzip
der Frischwasserkühlung gekühlt. Der Frischwasserbedarf hängt hierbei u.a. von der Fahrweise
(mehr Strom oder mehr Fernwärme) des Kraftwerks ab. Der jährliche Frischwassereinsatz
lag in den letzten Jahren zwischen 144 und 177 Mio. m 3 . Produziert wurden dabei
1.355 bzw. 1.269 GWh Strom und 1.379 bzw. 1.383 GWh Heizwasser.[HEW, 2005b]
Kapitel 2 – Seite 208

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Ähnlich wie das Kraftwerk Wedel wird auch das Heizkraftwerk Tiefstack betrieben. Hierbei
handelt es sich um ein Heizwerk, dass später zu einem Heizkraftwerk umgebaut wurde. Die
Feuerungswärmeleistung des Kraftwerks beträgt 848 MW. Je nach Fahrweise können bis zu
785 MW Fernwärme bzw. 189 MW Strom erzeugt werden. Gekühlt wird das Kraftwerk mit
Elbwasser, wobei das Wasser nach dem Kühlprozess wieder vollständig in die Elbe zurückgeleitet
wird. Den aktuellsten Zahlen zur Folge werden pro kWh ca. 130 l Frischwasser eingesetzt.
(Stromproduktion 2004: 1.110 GWh, Elbwassereinsatz: 145,5 Mio. m 3 ) [HEW, 2005b]
Südöstlich von Hamburg befindet sich das Pumpspeicherwasserkraftwerk Geesthacht. Hier
wird Elbwasser genutzt, um zu Schwachlastzeiten ein Speicherbecken mit Wasser zu füllen.
[Vattenfall, 2005d] Zu Spitzenlastzeiten wird das Wasser wieder in die Elbe zurückgeführt.
Die dabei freiwerdende Energie wird genutzt, um Strom zu erzeugen. Insgesamt werden in
dem 120 MW Kraftwerk pro Jahr 500 bis 800 Mio. m 3 Wasser der Elbe entnommen und wieder
zurückgeleitet.
Seit 1983 produziert das Kernkraftwerk Krümmel Strom. In der Regel ist dieses Kraftwerk
zwischen 7.500 und 8.000 Stunden pro Jahr im Einsatz. [Deutsches Atomforum, 2005] Auch
das Kraftwerk Krümmel besitzt keinen Kühlturm, d.h. die Kühlung erfolgt nach dem Prinzip
der Durchlaufkühlung. Pro Stunde wird hierbei 225.000 m 3 Wasser eingesetzt.
[Kernkraftwerk Krümmel, 2005] 2004 wurde das Kraftwerk 7845 Stunden eingesetzt. Für
2004 ergibt sich demnach ein Kühlwasserbedarf von 1,7 Mrd. m 3 .
Bei dem Kraftwerk Jänschwalde handelt es sich um eine Anlage mit mehreren 500 MW Blöcken.
Die Gesamtleistung beträgt 3000 MW. [Vattenfall, 2005b] Eingesetzt werden die Blöcke
vorwiegend im Grundlastbereich. Gekühlt wird die Anlage nach Prinzip der Kreislaufkühlung.
Dies hat zur Folge, dass trotz niedrigem Brennstoffausnutzungsgrad (35,8 %)
der Frischwasserbedarf relativ niedrig ausfällt. Bei einer Auslastung von 7600 Stunden benötigt
das Kraftwerk jährlich ca. 49 Mio. m 3 Frischwasser. (vgl. [VEAG, 1999]) Das Verfahren
der Kreislaufkühlung hat zwar den Vorteil, dass nur wenig Frischwasser benötigt wird, jedoch
geht über den Kühlturm eine gewisse Wassermenge auch verloren. Im Fall des Kraftwerks
Jänschwalde sind dies bei einer Auslastung von 7600 Stunden ca. 38 Mio. m 3 .
Ebenfalls im Grundlastbereich wird das Kraftwerk Schwarze Pumpe eingesetzt. Die Bruttoleistung
des Kraftwerks beträgt hierbei 1600 MW. [Vattenfall, 2005c] Neben Strom wird auch
Fernwärme produziert. Die Kühlung erfolgt nach dem Prinzip der Kreislaufkühlung. Pro erzeugter
kWh werden hierbei durchschnittlich ca. 2 bis 2,5 l Frischwasser benötigt. Bei einer
Auslastung von 7800 Stunden werden insgesamt ungefähr 18 Mio. m 3 Wasser über den Kühlturm
an die Umwelt abgegeben und ca. 8 Mio. m 3 in die Spree abgeleitet. (vgl. [VEAG,
1999])
Auch das Kraftwerk Boxberg hat eine Kreislaufkühlung. Jährlich wird ca. 44 Mio. m 3 Frischwasser
benötigt. Etwa 2/3 davon werden als Wasserdampf über den Kühlturm abgeführt. Der
Rest wird in die Spree eingeleitet. Das Kraftwerk besteht aus 3 Blöcken, die in den Jahren
1978, 1979 und 2000 errichtet wurden. Die in den 70 er Jahren errichteten Blöcke haben einen
Wirkungsgrad von 35 %. Der neue Block hingegen besitzt einen Wirkungsgrad von fast 42%.
Die elektrische Gesamtleistung des Kraftwerks beträgt 1907 MW. [Vattenfall, 2005a]
Das 1995 in Betrieb genommene Heizkraftwerk Dessau hat eine Leistung von 58 MW. Bei
dem Heizkraftwerk handelt es sich um eine erdgasbefeuerte GuD-Anlage. Abschätzungen
nach, liegt der Frischwasserbedarf bei etwa 7 Mio. m 3 pro Jahr.
Kapitel 2 – Seite 209

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Etwa 30 bis 32 Mio. m 3 Frischwasser wird jedes Jahr für das 1994 in Betrieb genommene
Heizkraftwerk Halle-Trotha benötigt. [EVH, 2005] Das Wasser wird hierbei in gleicher Höhe
wieder zurückgespeist. Das Kraftwerk ist i.d.R. etwa 4900 Stunden im Jahr im Einsatz. Mit
der Leistung von 85 MWel und 120 MWth werden hierbei ca. 410 GWh Strom und 365 GWh
Fernwärme erzeugt.
Während bei dem Heizkraftwerk Halle-Trotha mehr Strom als Fernwärme produziert wird,
steht im Heizkraftwerk Dieselstr. die Produktion von Fernwärme im Vordergrund. So wurden
beispielsweise mit diesem 64 MW Kraftwerk im Jahr 2004 562 GWh Fernwärme und 132
GWh Strom erzeugt. Zu Kühlzwecken wurden 0,2 Mio. m 3 Wasser eingesetzt. 4 % davon
wurde als Abwasser wieder in die Saale zurück geleitet. [EVH, 2005]
Bei dem Kraftwerk Schkopau handelt es sich um ein Braunkohlekraftwerk. In Betrieb genommen
wurden die beiden 450 MW-Blöcke des Kraftwerks in den Jahren 1995 und 1996.
[E.on Kraftwerke] Gekühlt wird das Kraftwerk mittels Kreislaufkühlung. Der Bedarf an
Frischwasser ist daher vergleichsweise relativ gering: In der Regel werden 3.500 m 3 Frischwasser
pro Stunde benötigt.[VEBA-Kraftwerke Ruhr, 1998] Bei einer Auslastung von 7.500
Stunden bedeutet dies einen jährlichen Bedarf an Frischwasser in Höhe von 26 Mio. m 3 .
In Leuna sind zwei Heizkraftwerke in Einsatz. Das erste wurde im Jahr 1994 mit einer Leistung
von 127 MW in Betrieb genommen. Als Brennstoff wird in diesem Kraftwerk Erdgas
eingesetzt Das zweite, mit Destillations- und Konversionsrückständen befeuerte Kraftwerk
hat seinen Betrieb 1996 aufgenommen. Mit 101 MW liegt die Leistung dieser Anlage unter
der des anderen Heizkraftwerks. Ebenso weist es mit 58% einen niedrigeren Brennstoffausnutzungsgrad
als die GuD-Anlage mit ihrem Brennstoffausnutzungsgrad von 85% auf. Pro
Jahr benötigen diese beiden Kraftwerke zusammen jährlich ca. 23 Mio. m 3 Frischwasser.
Die 1999 bzw. 2000 in Lippendorf in Betrieb genommenen Kraftwerksblöcke haben eine Kapazität
von jeweils 933 MW. Der Wirkungsgrad der Blöcke beträgt ca. 42%. Da zusätzlich
noch Fernwärme ausgekoppelt wird, ergibt sich ein Brennstoffausnutzungsgrad von 46%. Wie
bei den anderen Braunkohlekraftwerken wird auch dieses Kraftwerk nach dem Prinzip der
Kreislaufkühlung gekühlt. Benötigt wird jährlich bis zu 26 Mio. m 3 Frischwasser, wovon wiederum
ca. 2/3 über den Kühlturm verdunstet werden. [VEAG, 1999]
Bei dem Heizkraftwerk Jena-Süd handelt es sich um eine GuD-Anlage mit 199 MWel. In Betrieb
genommen wurde das Kraftwerk im Jahr 1996. Durch die Auslegung des Kraftwerks als
GuD-Anlage wird ein Brennstoffausnutzungsgrad von 70% erreicht.
Auch bei dem von der BASF in Schwarzheide betriebenen Kraftwerk handelt es sich um eine
GuD-Anlage. Nach Angaben der BASF Schwarzheide GmbH benötigt dieses Kraftwerk pro
Jahr ca. 1,3 Mio. m 3 Frischwasser. [BASF Schwarzheide GmbH, 2005]
Ebenfalls in den folgenden Analysen werden die in Berlin vorhandenen großen Heizkraftwerke
Charlottenburg, Klingenberg, Lichterfelde, Mitte, Moabit, Reuter und Reuter-West berücksichtigt.
Die Kraftwerke Charlottenburg (215 MW), Reuter (165 MW), Lichterfelde (450
MW) und Moabit (150 MW) werden nach dem Prinzip der Ablaufkühlung gekühlt, d.h. das
Kühlwasser wird, bevor es in die Spree zurückgeleitet, gegebenenfalls in einem Kühlturm abgekühlt.
Einen Kühlturm besitzt auch das 1989 errichtete 600 MW-Heizkraftwerk Reuter-
West. Hier wird jedoch das eingesetzte Kühlwasser mehrfach genutzt. (Kreislaufkühlung) Die
Kraftwerke Klingenberg und Mitte arbeiten hingegen ohne Kühlturm. Das Frischwasser wird
hierbei den Oberflächengewässern entnommen und nach der Nutzung zu Kühlzwecken in etwa
der gleichen Menge wieder zurückgeleitet. [Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Ber-
Kapitel 2 – Seite 210

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
lin, 2004] Im Jahr 2004 entnahm die damalige Bewag insgesamt ca. 484 Mio. m 3 Kühlwasser
aus Gewässern. 479 Mio. m 3 und damit fast 99% des entnommenen Kühlwassers wurden
wieder in die Gewässer zurückgeleitet. [BEWAG, 2005]
Kraftwerke im tschechischen des Elbeeinzugsgebietes
Eine Übersicht über die Kraftwerke in Tschechien, die in dieser Studie berücksichtigt werden,
zeigt Abbildung 20.
Abbildung 20: Kraftwerke in Tschechien
Direkt an der Elbe bzw. in ihrer unmittelbaren Nähe befinden sich in Tschechien die großen
Braunkohle-Kraftwerksanlagen Ledvice, Mělník und Chvaletice. Die Anlage in Ledvice wurde
im Zeitraum 1966 –1969 errichtet. In den 90er Jahren wurden drei der ursprünglich fünf
Blöcke modernisiert bzw. überholt, die restlichen zwei Blöcke wurden stillgelegt. [CEZ,
2005] Für Ledvice ergibt sich unter der Annahme, dass die vorhandenen Kraftwerksblöcke
5500 h im Jahr im Einsatz sind und die Anlagen 0,23 bzw. 0,04 m 3 /s Frischwasser benötigen,
ein jährlicher Bedarf von ca. 6 Mio. m 3 .
Die Anlage in Mělník besteht aus drei größeren Einheiten. Mělník I gehört hierbei Energotrans,
während sich Mělník II und III im Eigentum der CEZ befinden. Mělník I besteht aus
zwei 60 MW Gegendruck-, zwei 60 MW Entnahmekondensations- und zwei 56 MW reinen
Kondensationsanlagen. In Mělník II werden zwei 110 M Blöcke und in Mělník III ein 500
MW Block eingesetzt. Die 110 MW Blöcke wurden 1971 errichtet, die 200 MW Blöcke
1977/78 und der 500 MW Block 1981. [CEZ, 2005] Alle drei Kraftwerkseinheiten liegen
ebenso wie das Kraftwerk in Chvaletice in der Nähe des Braunkohleabbaugebietes im Nord-
Kapitel 2 – Seite 211

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
böhmischen Becken. In Mělník 1 wird nach dem Prinzip der Durchlaufkühlung gekühlt. Unter
der Annahme, dass die Anlagen 5500 Stunden im Jahr im Einsatz sind und ca. 140 l pro kWh
benötigt werden, ergibt sich ein jährlicher Frischwasserbedarf in Höhe von 0,2 Mrd. m 3 .
Mělník II und III haben einen Kühlturm. Ihr Frischwasserbedarf liegt in der Größenordung
von 10 Mio. m 3 .
Die aus 4 Blöcken á 200 MW bestehende Anlage in Chvaletice wird nach dem Verfahren der
Kreislaufkühlung gekühlt. Entsprechend geringer ist der Frischwasserbedarf. Unter der Annahme,
dass auch dieses Kraftwerk 5500 Stunden eingesetzt wird und der spezifische
Verbrauch ca. 2 l/kWh entspricht, ergibt ein jährlicher Frischwasserbedarf von etwa 9 Mio.
m 3 .
Ebenfalls nach dem Prinzip der Kreislaufkühlung werden nach Angaben von CEZ die großen
Braunkohlekraftwerke in Tisova (296 MW), Prunérov (1490 MW), Tusimice (260 MW) und
Pocerady (1000 MW) gekühlt. Diese benötigen unter den ähnlichen Annahmen wie sie für
Chvaletice unterstellt wurden, 3 (Tisova), 18 (Prunérov), 9 (Tusimice) bzw. 13 (Pocerady)
Mio. m 3 jährlich. Bei Interpretation der Verbrauchsmengen ist zu berücksichtigen, dass im
Kraftwerk von Tisova auch Fernwärme ausgekoppelt wird. Der spezifische Wasserverbrauch
ist entsprechend leicht niedriger anzusetzen als in den anderen Kraftwerken.
2.7.2.3 Methodische Vorgehensweise
Zur Generierung von Szenarien hinsichtlich der Entwicklung der Wassernutzung durch große
Kraftwerke im Elbeeinzuggebiets wird das Modell KrAftwerksSIMulationstool KASIM verwendet.
Bei dem Modell KASIM handelt es sich um ein Simulationstool, das speziell für die
Erstellung von Szenarien mit Fokus auf den Kraftwerksbereich entwickelt wurde. Die Grundlage
des Modells bildet die STE-Kraftwerks- sowie die IKARUS-Datenbank. Die STE-
Kraftwerksdatenbank enthält detaillierte Angaben zu über 600 in Deutschland vorhandenen
Kraftwerken. Zudem liegen Daten über den weltweiten Kraftwerksbestand vor (ca. 97.000
Datensätze). In der IKARUS-Datenbank sind u.a. Angaben über die technischen, ökologischen
und ökonomischen Charakteristika einer Vielzahl unterschiedlichster Kraftwerkstypen
hinterlegt.
Um die in GLOWA II zu berücksichtigenden Kraftwerke möglichst realitätsnah abbilden zu
können, wurden in den Fällen, in denen die tatsächlichen Charakteristika der Kraftwerke von
den in der IKARUS-Datenbank abgelegten Durchschnittswerten abweichen, auf Informationen
der Kraftwerksbetreiber zurückgegriffen. (Abbildung 21)
In der eingesetzten KASIM-Version wird jeder einzelne Kraftwerksblock außer mit seiner
Leistung, seinem Wirkungsgrad und seinem Baujahr auch mit seinem spezifischen Frischwasserbedarf
abgebildet. Dabei wird angenommen, dass die einzelnen Blöcke jeweils bis an das
Ende einer vorgegebenen maximalen Nutzungsdauer eingesetzt werden. Wird das Ende der
Laufzeit erreicht, so wird der entsprechende Kraftwerksblock stillgelegt und, falls eine ausreichende
Stromnachfrage vorhanden ist, durch ein neues Kraftwerk ersetzt. Neue Kraftwerke
werden darüber hinaus errichtet, falls die Stromnachfrage deutlich steigt und sich entsprechend
ein Neubaubedarf ergibt. Grundsätzlich wird hierbei unterstellt, dass die neuen
Kraftwerke mit einer Ablauf- bzw. einer Kreislaufkühlung ausgestattet werden.
Kapitel 2 – Seite 212

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Abbildung 21: Grundaufbau KASIM
Welche Art von Kraftwerk neu errichtet wird, hängt hierbei von den unterstellten szenariospezifischen
Kostenparametern und Rahmenbedingungen ab. Im Bereich der Kosten werden
hierbei sowohl die Investitionskosten als auch Betriebskosten (inkl. Brennstoffkosten) berücksichtigt.
Zusätzlich werden noch CO2-Zertifikatspreise mit in die Berechnungen einbezogen.
Für jeden Lastbereich wird nach dem Verfahren der ganzzahligen Optimierung die
kostengünstigste Neubauoption im sinne einer Merit-order Folge bestimmt.
Als Neubauoption stehen hierbei insbesondere Braun- und Steinkohlekraftwerke sowie GuD-
Anlagen zur Wahl. Für den tschechischen Teil des Elbeeinzugsgebietes wird zusätzlich noch
der Bau von Kernkraftwerken zugelassen. Die Zuordnung der neu zu bauenden Kraftwerke zu
einzelnen Standorten erfolgt mittels einer Zuordnungstabelle. Mit deren Hilfe können standortspezifische
Besonderheiten (z.B. Zugang zu Ressourcen) mitberücksichtigt werden.
Im Gegensatz zu den bisherigen Studien zur Entwicklung des Wasserverbrauchs von Kraftwerken
(z.B. von [DOE/NETL, 2006, Feeley Iii et al., 2008, Vassolo & Döll, 2005]) wurde
besonderen Wert auf der Erfassung der durch den Klimawandel ausgelösten Effekte auf die
Wassernachfrage gelegt, wobei
• standortspezifische Faktoren wie die Höhe der als Fernwärme genutzten Abwärme
und die Verfügbarkeit von Ressourcen,
• Veränderungen in den jahreszeitlichen Schwankungen der Lufttemperatur und –
feuchtigkeit
• und die Kosten bei Wasserknappheit
• unter Berücksichtigung der langfristigen Entwicklung des entsprechenden Kraftwerksstandortes
erfasst werden können.
Der Frischwasserbedarf eines Kraftwerks mit Durchlaufkühlung wird durch folgende Formel
abgeschätzt (vgl. [Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), 1983]):
Kapitel 2 – Seite 213

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
- mit Q:
Φ
Q =
ϑ ⋅c
⋅ AS
Kühlwasserbedarf in [m 3 ]
- Φ : abzuführender Wärmestrom in [MJ]
- ϑ: Dichte des Wassers in [t/m 3 ]
- c: spezifische Wärmekapazität des Wassers in [MJ/t . K]
- AS: Aufwärmspanne des Kühlwassers in K
Der Kühlwasserbedarf ergibt sich somit aus dem Quotienten von abzuführenden Wärmestrom
und Wärmeaufnahmemöglichkeit einer Tonne Wasser. Die abzuführende Abwärme hängt
vom Wirkungsgrad des Kraftwerks sowie von der Wärmemenge, die über andere Kraftwerkskomponenten
wie z.B. dem Dampferzeuger und dem Schornstein an die Umwelt abgegeben
wird, ab. Um die über das Medium Wasser abzuführende Abwärme berechnen zu können,
wird die Gleichung
( −η
) ⋅ ( −α
)
Φ = BR ⋅ 1
1 ges
- mit BR : Brennstoffeinsatz in [MJ]
- η ges : Brennstoffausnutzungsgrad der Anlage
- α: Korrekturfaktor, mit dem die Abwärme erfasst wird, die
nicht über das Kühlmedium Wasser abgeführt wird.
verwendet. Die abzuführende Abwärme ergibt sich demnach aus der Energiemenge, die nicht
in Strom- bzw. Fern- oder Nahwärme umgewandelt wird, abzüglich einer bestimmten Energiemenge,
die direkt bzw. über Nebenkühlstellen o.ä. an die Umwelt abgegeben wird. Der
Brennstoffeinsatz lässt sich durch
1
BR = KW ⋅ h ⋅3,
6 ⋅
η
- mit KW: Leistung des Kraftwerks in [kW]
- h: Auslastung des Kraftwerks in [Volllaststunden]
- η elek : elektrischer Wirkungsgrad
ermitteln. Unter Berücksichtigung dieses Terms erhält man
Der Wasserbedarf lässt sich somit durch
Kapitel 2 – Seite 214
elek
1−η
ges
Φ = KW ⋅ h ⋅3,
6 ⋅ ⋅ 1
η
elek
( −α
)
1−η
ges
1
Q = KW ⋅ h ⋅3
, 6 ⋅ ⋅ ( 1−
α ) ⋅
η
ϑ ⋅c
⋅ AS
elek
bestimmen. Ist die Wasserentnahme beschränkt und lässt sich auch die Temperatur des Abgabemediums
nicht weiter erhöhen, so muss gegebenenfalls die Kapazität des Kraftwerks reduziert
werden. Die maximale Kapazität ergibt sich hierbei durch

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
KW
max
Qmax
⋅ , 2 ⋅ AS
=
1−η
ges
h ⋅ 3,
6 ⋅ ⋅
η
4 max
elek
Kapitel 2 – Seite 215
( 1−
α )
- mit Qmax: maximal zulässige Entnahmemenge in [m 3 ]
- ASmax: maximal zulässige Aufwärmspanne in [K]
Bei Kraftwerken mit Kreislaufkühlung erfolgt die Wärmeabfuhr vorwiegend über den Kühlturm.
Die Abführung der Wärme hängt hierbei stark von der vorliegenden Lufttemperatur und
der –feuchtigkeit ab. Der Frischwasserbedarf ergibt sich hierbei aus der Summe des im Kühlturm
verdunsteten Wassers zuzüglich der Wassermenge, die zur Verhinderung von Aufsalzungen
wieder abgeflutet wird. Da bei der Kreislaufkühlung eine bestimmte Menge an
Wasser über den Kühlturm verdunstet, wird im Gegensatz zur Durchlaufkühlung nicht die
volle, dem Gewässer entommene Frischwassermenge in das Gewässer zurückgespeist. Bei der
Abschätzung der Bewertungsfunktion für Kraftwerke mit Kreislaufkühlung ist deshalb eine
Differenzierung zwischen benötigter Frischwasser- und abgefluteter Abwassermenge notwendig.
Im Folgenden wird deshalb mit Q F die benötigte Frischwassermenge und mit Q Ab die zurück
gespeiste Abwassermenge bezeichnet. Unter Beachtung der Ableitung von Wärme über
den Kühlturm ergib sich
( 1−
β )
Q EZ
c AS
F
- mit
Φ ⋅ ⋅ω
= ⋅
ϑ ⋅ ⋅
β : Anteil der Abwärme, die im Jahresmittel über den Kühlturm
abgegeben wird,
- ω : jahrezeitlicher Korrekturfaktor mit dem der Einfluss von
Lufttemperatur- und -feuchtigkeit berücksichtigt wird,
- EZ: Eindickungszahl
Der Korrekturfaktor ω ist insbesondere bei einer unterjährlichen Betrachtngsweise notwendig.
Er schwankt normalerweise zwischen 0,75 (kalter Wintertag) und 1,25 (heißer Sommertag,
mit hoher Luftfeuchtigkeit). Die Eindickungszahl EZ dient als Maß für die Aufsalzung. Sie
ergibt sich aus
V
Q
EZ = 1 + Ab
Q
F
Q
= Ab
Q
mit Q V : über den Kühlturm verdunstete Wassermenge.
Ihr Wert liegt i.d.R. zwischen 1 und 3. Die wieder abgeflutete Wassermenge ergibt sich durch
Die maximale Kapazität errechnet sich durch
KW
max
Q
Ab =
Q
=
1−η
h ⋅3,
6 ⋅
η
elek
ges
F
max
F
Q
EZ
⋅
⋅ 4,
2 ⋅ AS
( 1−
α ) ⋅(
1−
β ) ⋅ϖ
⋅EZ

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Kraftwerken mit Ablaufkühlung besitzen einen Kühlturm, der zumeist relativ flexibel genutzt
werden kann. Der Kühlturm dient bei solchen Kraftwerken u.a. dazu, das Kraftwerk auch zu
Zeiten, an denen die beziehbare Kühlwassermenge beschränkt ist, betreiben zu können.
Wird der Kühlturm nicht eingesetzt, so gelten für den Standardfall die für Kraftwerke mit
Durchlaufkühlung vorgestellten Gleichungen für den Wasserbedarf. Zur Bestimmung der
Mindestwassermengen werden dagegen die Gleichungen aus dem Abschnitt für Kraftwerke
mit Kreisaufkühlung verwendet.
2.7.3 Ergebnisse
Im Rahmen des GLOWA II – Projektes wurde die Generierung von 4 Szenarien vereinbart.
Hierbei handelt es sich um Szenarien, in deren Mittelpunkt eine zunehmende Globalisierung
steht bzw. um Szenarien mit einer mehr an regionalen Kriterien orientierten Entwicklung. In
den nächsten Kapiteln werden die einzelnen Szenarien im Hinblick auf Entwicklungen im
Kraftwerksbereich konkretisiert.
Allen Szenarien liegt der derzeitige Kraftwerksbestand zugrunde. Berücksichtigt werden dabei
auch Kraftwerke, die derzeit in Bau bzw. in Planung sind. (siehe Tabelle 5)
Tabelle 5: Im Bau oder in Planung befindliche Kraftwerke
Netto-Leistung (MW) Energie-träger voraussichtliche Inbetriebnahme
Kraftwerke in deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes
Tiefstack 125 Erdgas 2007
Reuter West Topping 150 Erdgas 2008
Boxberg 675 Braunkohle 2011
Hamburg-Moorburg 1640 Steinkohle 2011
GuD-Lichtenberg 500 Erdgas 2015
GuD-Lichterfelde 150 Erdgas 2016
Kraftwerke in tschechischen Teil des Elbeeinzugsgebietes
Pocerady 660 Braunkohle 2012
Ledvice 660 Braunkohle 2012
Quelle: VDEW 2006, CEZ 2006
In Abhängigkeit von den unterstellten Rahmenbedingungen (z.B. Brennstoffpreise, Stromnachfrage)
lassen sich unterschiedlichste Szenarien erstellen, die im Sinne von „Was wäre,
wenn?“ zu interpretieren und demzufolge keine Prognosen sind. Hierbei ist zu beachten, dass
es sich bei KASIM um ein Simulationstool handelt, mit dem mögliche Entwicklungspfade
hinsichtlich der Entwicklung des Kraftwerksbestandes und des Frischwasserbedarfs aufgezeigt
werden können. Grundsätzlich ist außer den im Folgenden dargestellten Szenarien noch
eine Vielzahl alternativer Entwicklungspfade denkbar. Die Szenarien sind somit nicht als
Prognosen zu verstehen.
2.7.3.1 Konsistenzerfordernis mit übergeordneten Szenarien
Um Aussagen über die zukünftige Entwicklung im Bereich der Stromerzeugung treffen zu
können, werden neben Angaben über die Kosten der verschiedenen derzeit bzw. zukünftig zur
Verfügung stehenden Stromerzeugungstechniken, deren technologische und umweltseitigen
Eigenschaften, Angaben zur Entwicklung der Stromnachfrage benötigt. Die Stromnachfrage
hängt grundsätzlich von einer Vielzahl von Faktoren ab. Vereinfachend werden im Folgenden
Kapitel 2 – Seite 216

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
die Höhe des Bruttoinlandsproduktes bzw. dessen Veränderung über die Zeit sowie die demographische
Entwicklung als Indikatoren für die Stromnachfrage verwendet. Aus Konsistenzgründen
werden im Rahmen des GLOWA-II Projektes Vorgaben hinsichtlich der gesamtwirtschaftlichen
sowie der demographischen Entwicklungen aus den Berechnungen des DIW
übernommen. Den Szenarien „Globalisierung mit unveränderter Umweltorientierung“ und
„Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung“ liegen hierbei die Rechenergebnisse des
DIW-Szenarios „Globalisierung“ zugrunde, während die beiden anderen Szenarien („Differenzierung
mit unveränderter Umweltorientierung“ und „Differenzierung mit verstärkter
Umweltorientierung“) auf dem DIW-Szenario „Differenzierung“ basieren.
2.7.3.2 Szenario „Globalisierung mit unveränderter Umweltorientierung“
Rahmenannahmen
In dem Szenario „Globalisierung“ des DIW wächst das deutsche BIP um 2% pro Jahr. Parallel
hierzu wird unterstellt, dass die Bevölkerung zunimmt. Beide Faktoren führen tendenziell zu
einer Zunahme des Stromverbrauchs. Unter Berücksichtigung der von [EWI/Prognos, 2005]
angenommenen Beziehung zwischen diesen Faktoren und der Stromnachfrage ergibt sich ein
Stromverbrauch wie in Tabelle 6 dargestellt. Da Angaben des DIW hinsichtlich der Entwicklung
der Stromnachfrage in Tschechien zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichtes nicht
vorliegen, wird in diesem Bereich auf Angaben von [EURELECTRIC, 2004] zurückgegriffen.
Tabelle 6: Annahmen hinsichtlich zentraler Größen im Szenario „Wachstum und Globalisierung ohne verstärkte
Aktivitäten im Umweltschutzbereich“
2000 2010 2020 2030
Entwicklung in Deutschland
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 578 618 646 670
gien an der Stromerzeugung
% 8 15 20 20
Anteil Biomasse (fest) % 0,2 1,3 1,3 1,3
Entwicklung in Tschechien
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 57 65 70 75
gien an der Stromerzeugung
% 1 3 3 3
Entwicklung allgemein
CO2-Zertifikatspreis Euro/t CO2 0 5 10 15
Preis frei Kraftwerk (inkl. CO2- Aufschlag)
Steinkohle Euro2000/GJ 1,59 2,18 2,74 3,24
Braunkohle Euro2000/GJ 0,83 1,38 1,93 2,48
Erdgas Euro2000/GJ 3,52 3,89 4,61 5,29
(Netto-) Wirkungsgrade neuer Kraftwerke
Steinkohlekraftwerk % 47% 48% 49,5%
Braunkohlekraftwerk % 43,5% 45% 46%
GuD-Kraftwerk % 58% 62% 66%
Es wird angenommen, dass im Mittelpunkt der Energiepolitik vorwiegend ökonomische Kriterien
stehen, wobei derzeit vorhandene energie- und umweltpolitische Maßnahmen nicht zurückgenommen
werden. Erneuerbare Energien werden entsprechend weiterhin auf etwa dem
Kapitel 2 – Seite 217

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
gegenwärtigen Niveau gefördert, wobei angenommen wird, dass eine Förderung über das im
EEG festgelegte Ziel von 20% hinaus unterbleibt.
Vorhandene Energiesteuern bleiben bestehen. Hinsichtlich der Entwicklung der Energiepreise
wird in Anlehnung an [EWI/Prognos, 2005] von moderat steigenden Preisen ausgegangen.11
Aufgrund der erwarteten Entwicklung der Energieträgerpreise und den Annahmen hinsichtlich
der Förderung Erneuerbaren Energien dominieren im Bereich der Stromerzeugung weiterhin
die fossilen Energieträger.
Aufgrund einer Angleichung der Stromerzeugungsstrukturen kommt es in diesem Szenario zu
keinen größeren Veränderungen des Stromimport-/-exportstaldos. Neue Kraftwerkwerke werden
in dem Szenario wie in den anderen Szenarien vorwiegend an Standorten errichtet, an denen
entsprechende Infrastrukturen (z.B. Ressourcen, Strom- und Wärmeverteilungsnetze) vorhanden
sind, d.h. es werden überwiegend die frei werdenden Standorte genutzt.
Die vorhandenen Technologien werden kontinuierlich weiterentwickelt. Neue Kraftwerke
weisen dementsprechend stets einen höheren Wirkungsgrad auf als alte. Dies hat u.a. auch
Auswirkungen auf den Kühlwasserbedarf, da mit zunehmendem Wirkungsgrad weniger Wasser
für Kühlzwecke benötigt wird.
Szenarioergebnisse
Unter der Annahme, dass die aufgeführten Braunkohlekraftwerke 42 Jahre, die Steinkohlekraftwerke
40, die Kernkraftwerke 33 und die Gaskraftwerke 35 Jahre in Betrieb sind,
ergibt sich die in Abbildung 22 dargestellte Entwicklung der Wasserentnahmen im Kraftwerksbereich.
Wie man dieser Abbildung entnehmen kann, ist aufgrund des relativ neuen
Kraftwerksbestandes im Elbegebiet kurzfristig nur mit geringen Veränderungen zu rechnen.
Ein größerer Ersatzbedarf ergibt sich erst für den Zeitraum nach 2020.
11 Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das in den DIW Szenarien unterstellte starke wirtschaftliche
Wachstum auf globaler Ebene zu einem Anstieg der Energiepreise führt. Da dies jedoch u.U. im Widerspruch
zur unterstellten wirtschaftlichen Entwicklung steht, wird angenommen, dass aufgrund neuer Reserven die
Anstiege der Energiepreise moderat bleiben.
Kapitel 2 – Seite 218

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Abbildung 22: Szenario 1: Entwicklung der Wasserentnahmen an Kraftwerksstandorten im deutschen Teil des
Elbeeinzugsgebietes (in Mrd. m 3 /Jahr)
Dem Rückgang der Wasserentnahmen durch die Außerbetriebnahme alter Kraftwerke steht
grundsätzlich der Frischwasserbedarf der neu errichteten Kraftwerke gegenüber. Da neue
Kraftwerke annahmegemäß höhere Wirkungsgrade aufweisen als die alten, fällt deren spezifi-
Kapitel 2 – Seite 219

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
scher Wasserbedarf niedriger aus. Im Saldo führt dies tendenziell zu einem niedrigeren Gesamtwasserbedarf.
Zu beachten ist hierbei, dass in den Modellrechnungen ein Brennstoff- und
somit Technologiewechsel, der wiederum den Abwärmeanfall beeinflusst, zugelassen wurde.
Aufgrund der unterstellten Entwicklung der Energieträger- und CO2-Zertikatspreise (siehe
Tabelle 6) sowie der für die einzelnen Kraftwerkstypen erforderlichen Investitionen werden in
diesem Szenario die vorhandenen Braunkohlekraftwerke bis zum Ende ihrer technischen Lebensdauer
genutzt. Da aufgrund des unterstellten technischen Fortschritts die neuen Kraftwerke
einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als die alten, verändert sich im Saldo der Braunkohlebedarf
gegenüber heute nur geringfügig. Während der Strombedarf im Grundlastbereich
in diesem Szenario vorwiegend durch den Einsatz von Braunkohlekraftwerken gedeckt wird,
kommen im oberen Mittellastbereich weiterhin Steinkohlekraftwerke zum Einsatz. Entsprechend
werden neue Steinkohlekraftwerke (z.B. in Berlin) errichtet, sobald an einem geeigneten
Standort ein Neubaubedarf besteht. Gebaut wird des Weiteren eine größere Zahl von Gaskraftwerken.
Diese kommen insbesondere im restlichen Mittel- und im Spitzenlastbereich
zum Einsatz. In Abbildung 22 sind hierbei nur die Gaskraftwerke aufgeführt, die an den in
Abbildung 19 aufgelisteten Standorten in Betrieb genommen werden. Weitere Kraftwerke
werden in dem Szenario an Standorten außerhalb des Elbeeinzugsgebiets bzw. abseits von
größeren Flüssen oder Gewässern errichtet. Die Entwicklung der Wasserverluste im Kraftwerksbereich
zeigt Abbildung 23.
Aus dem Vergleich von Abbildung 22 und Abbildung 23 wird der Einfluss der verschiedenen
Kühlverfahren deutlich. Während im Hinblick auf die Wasserentnahme Kraftwerke mit
Durchlaufkühlung dominieren, spielen sie bei einer Betrachtung von Wasserverlusten keine
Rolle, da das entnommene Frischwasser wieder vollständig zurückgespeist wird. Bei den anderen
Kraftwerken werden tendenziell zwei Drittel des eingesetzten Frischwassers verdunstet.
Kapitel 2 – Seite 220

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Abbildung 23: Szenario 1: Entwicklung der Wasserverluste an Kraftwerksstandorten im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes
(in Mrd. m 3 /Jahr)
Die Entwicklung der Wasserentnahmen im tschechischen Bereich des Untersuchungsgebietes
zeigt Abbildung 24. Im Gegensatz zu den Kraftwerken im deutschen Teil handelt es bei den
angeführten tschechischen Kraftwerken um Anlagen, die schon seit mehreren Jahrzehnten im
Kapitel 2 – Seite 221

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Einsatz sind. Unter Berücksichtigung der Modernisierungsmaßnahmen, die in den 90iger Jahren
erfolgten, ist anzunehmen, dass die meisten Anlagen ab 2010 ersetzt werden müssen.12 In
den Braunkohlerevieren, in denen genügend Kohlevorräte vorhanden sind, werden die alten
Kraftwerke durch neue Braunkohlekraftwerke ersetzt.13 Ab 2030 werden in dem Szenario
keine neuen Braunkohlekraftwerke mehr errichtet, da dann die Braunkohlevorräte in allen
Braunkohlerevieren allmählich zu Ende gehen. [Czech Coal, 2006, Czech Coal Group,
2006]14 Als Ersatz werden für den Grund- und Mittellastbereich Steinkohlekraftwerke errichtet.
Abbildung 24: Szenario 1: Entwicklung der Wasserentnahmen an Kraftwerksstandorten im tschechischen Teil
des Elbeeinzugsgebietes (in Mrd. m3/Jahr)
Aus dem Vergleich von Abbildung 24 und Abbildung 25 wird erneut der Einfluss der verschiedenen
Kühlverfahren deutlich. So entnimmt Mělník 1 die höchste Frischwassermenge,
12 Hierbei wurde angenommen, dass sich je nach Modernisierungsgrad die Gesamtlaufzeit der Kraftwerke auf
bis zu 55 Jahre verlängert.
13 Implizit wird hierbei unterstellt, dass die Grenzen des Braunkohlereviers CSA entsprechend ausgedehnt wird.
14 Für das Braunkohlerevier CSA wird hierbei von einer Reichweite bis zum Jahre 2061 ausgegangen. [Czech
Coal Group, 2006]
Kapitel 2 – Seite 222

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
da das Wasser jedoch vollständig wieder zurückgespeist wird, kommt es jedoch zu keinen
Wasserverlusten.
Im Zeitablauf wird der Kraftwerkpark in Tschechien in dem Szenario zwar relativ schnell erneuert,
absolut gesehen, kommt es insgesamt jedoch nur zu geringeren Veränderungen bei
den Wasserentnahmen bzw. -verlusten.
Abbildung 25: Szenario 1: Entwicklung der Wasserverluste an Kraftwerkstandorten im tschechischen Teil des
Elbeeinzugsgebietes (in Mrd. m 3 /Jahr)
2.7.3.3 Szenario „Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung“
Rahmenannahmen
Im Szenario „Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung“ wird analog zum Szenario
„Globalisierung mit unveränderter Umweltorientierung“ von einem hohen BIP-Wachstum
und einer Zunahme der Bevölkerung ausgegangen.
Im Gegensatz zum Szenario ohne zusätzliche Umweltmaßnahmen wird in diesem Szenario
unterstellt, dass nicht nur ökonomischen Kriterien sondern auch Nachhaltigkeitsaspekte auf
globaler Ebene bei energiepolitischen Entscheidungen Berücksichtigung finden. So wird u.a.
unterstellt, dass die derzeit vorhandenen Maßnahmen zum Schutz vor dem globalen Klima-
Kapitel 2 – Seite 223

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
wandel ausgeweitet bzw. neue Maßnahmen ergriffen werden. Zum Maßnahmenkatalog zählt
u.a. eine Ausweitung der Nutzung Erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung. Als energiepolitisches
Ziel wird in diesem Bereich eine Erhöhung des Anteils Erneuerbarer Energien an
der Stromerzeugung bis 2030 auf 26% unterstellt. Hinsichtlich des CO2-Zertifikatepreises
wird unterstellt, dass sich dieser aufgrund der gesetzten umweltpolitischen Zielsetzungen bis
2030 auf 45 Euro/t CO2 erhöht. Hierdurch ergeben sich die Tabelle 7 dargestellten Brennstoffpreise
(frei Kraftwerk).
Tabelle 7: Annahmen hinsichtlich zentraler Größen im Szenario „Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung“
2000 2010 2020 2030
Entwicklung in Deutschland
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 578 609 610 608
gien an der Stromerzeugung
% 8 15 20 26
Anteil Biomasse (fest) % 0,2 1,3 1,4 1,6
Entwicklung in Tschechien
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 57 64 65 68
gien an der Stromerzeugung
% 1 3 4 5
Entwicklung allgemein
CO2-Zertifikatspreis Euro/t CO2 0 15 30 45
Preis frei Kraftwerk (inkl. CO2- Aufschlag)
Steinkohle Euro2000/GJ 1,59 3,10 4,48 6,00
Braunkohle Euro2000/GJ 0,83 2,48 4,13 5,78
Erdgas Euro2000/GJ 3,52 4,45 5,73 6,97
Wirkungsgrade neuer Kraftwerke
Steinkohlekraftwerk % 47% 53% 55%
Braunkohlekraftwerk % 43,5% 49% 51%
GuD-Kraftwerk % 58% 65% 70%
Grundsätzlich führen die Erhöhung der Brennstoffpreise sowie die unterstellten Klimaschutzmassnahmen
zu einer Reduktion der Nachfrage nach Endenergie. In dem Szenario wird
entsprechend von einer deutlich geringeren Stromnachfrage ausgegangen als im Szenario ohne
zusätzliche Umweltschutzmaßnahmen.
Szenarioergebnisse
Aufgrund der unterstellten Entwicklung der CO2-Zertifikatspreise verschlechtert sich die
Wettbewerbssituation für Braunkohlekraftwerke. Neue Braunkohlekraftwerke werden in diesem
Szenario aus Kostengründen nicht mehr zugebaut. Die vorhandenen Kraftwerke werden
jedoch noch bis ans Ende ihrer technischen Lebensdauer genutzt.
Anstelle von Braunkohle wird in diesem Szenario verstärkt auf Erdgas und Steinkohle gesetzt.
Erdgasbefeuerte Kraftwerke sind dabei sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb
grundsätzlich kostengünstiger als Steinkohlekraftwerke. Steinkohlekraftwerke kommen jedoch
trotzdem zum Einsatz, da der Energieträger Kohle im Hinblick auf die Brennstoffkosten
geringere Risiken aufweist. Des Weiteren dient die Diversifikation des Brennstoffmixes dazu,
die Abhängigkeit von Brennstofflieferanten in Grenzen zu halten.
Kapitel 2 – Seite 224

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Die Wasserentnahmen fallen in diesem Szenario geringer aus als im Szenario „Globalisierung
mit unveränderter Umweltorientierung“, was einerseits aus dem Wechsel zu mehr Gas und
den höheren Wirkungsgraden der Kraftwerke resultiert. Andererseits verringert sich die an
den betrachteten Standorten insgesamt installierte Kapazität, insbesondere dort wo alte
Braunkohleblöcke nicht mehr durch neue Anlagen ersetzt werden. (Abbildung 26)
Abbildung 26: Szenario 2: Entwicklung der Wasserentnahmen an Kraftwerksstandorten im deutschen Teil des
Elbeeinzugsgebietes (in Mrd. m 3 /Jahr)
Kapitel 2 – Seite 225

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Die Entwicklung der Wasserverluste im Kraftwerksbereich zeigt Abbildung 27. Auch hier ist
ein starker Rückgang der Verluste an den Braunkohlestandorten zu verzeichnen, da in diesem
Szenario an diesen Standorten keine Ersatzanlagen errichtet werden.
Abbildung 27: Szenario 2: Entwicklung der Wasserverluste an Kraftwerksstandorten im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes
(in Mrd. m 3 /Jahr)
In Tschechien werden in diesem Szenario außer den beiden Braunkohlekraftwerken in Ledvice
und Pocerady, die sich derzeit in der Planung befinden, keine neuen braunkohlebefeuerten
Anlagen gebaut. Ersetzt werden die ausscheidenden Kraftwerke durch Erdgas- und Steinkohlekraftwerke,
wobei Steinkohlekraftwerke im Grundlastbereich zum Einsatz kommen. Neben
Kapitel 2 – Seite 226

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
fossilen Kraftwerken wird in diesem Szenario auch ein neuer Kernkraftwerksblock in Temelin
errichtet.
Abbildung 28: Szenario 2: Entwicklung der Wasserentnahmen an Kraftwerksstandorten im tschechischen Teil
des Elbeeinzugsgebietes (in Mrd. m 3 /Jahr)
Abbildung 29 zeigt die Entwicklung der Wasserverluste. Im Vergleich zum Szenario „Globalisierung
ohne verstärkte Umweltorientierung“ fallen die Wasserverluste etwas geringer aus,
da verstärkt anstelle von Braun- Steinkohlekraftwerke errichtet werden. Ein Anstieg der
Frischwasserentnahmen ergibt sich hierbei am Standort Temelin, da sich dort die installierte
Kapazität um 1200 MW erhöht.15
15 Eine Erweiterung der bestehenden Kernkraftwerkskapazitäten wird derzeit in Tschechien als eine Möglichkeit
zur Aufrechterhaltung der hohen Importunabhängigkeit im Energiebereich gesehen. [Ministry of Industry
and Trade of the Czech Republic, 2004]
Kapitel 2 – Seite 227

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Abbildung 29: Szenario 2: Entwicklung der Wasserverluste an Kraftwerksstandorten im tschechischen Teil des
Elbeeinzugsgebietes (in Mrd. m 3 /Jahr)
2.7.3.4 Szenario „Differenzierung mit unveränderter Umweltorientierung“
Rahmenannahmen
Im Szenario „Differenzierung mit unveränderter Umweltorientierung“ wird ebenso wie im
Szenario „Globalisierung ohne verstärkte Umweltorientierung“ angenommen, dass hauptsächlich
ökonomische Kalküle im Vordergrund der gesamtwirtschaftlichen Entwicklung stehen.
Im Gegensatz zu den zuvor dargestellten Szenarien, werden in diesem Szenario die vorliegenden
regionalen Besonderheiten und Strukturen betont. Hierbei wird u.a. davon ausgegangen,
dass die wirtschaftlichen Entwicklungen in den einzelnen Regionen unterschiedlich verlaufen.
Im Hinblick auf die Entwicklung des Kraftwerksparks bedeutet dies u.a., dass weiterhin in
den verschiedenen Regionen unterschiedliche Stromerzeugungstechnologien zum Einsatz
kommen können, d.h. dass keine größere Konzentration auf wenige Standardtechnologien erfolgt.
Die Betonung von regionalen Strukturen wird in diesem Szenario des Weiteren berücksichtigt,
indem angenommen wird, dass zunehmend regionale Versorger (z.B. Stadtwerke)
dazu übergehen, eigene Kraftwerke zu errichten, um so eine größere Unabhängigkeit von
großen EVU zu erreichen.
Hinsichtlich der Entwicklung der Energieträgerpreise und des Anteils Erneuerbarer Energien
werden die gleichen Annahmen wie im Szenario „Globalisierung mit unveränderter Umwelt-
Kapitel 2 – Seite 228

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
orientierung“ verwendet. Entsprechend wird u.a. auch davon ausgegangen, dass ein verstärkter
Ausbau der Erneuerbaren Energie unterbleibt. Gemäß den Vorgaben aus den DIW-
Rechnungen wird für Deutschland von einem BIP-Wachstum von 1,5% und einer relativ geringen
Anstieg der Anzahl der Einwohner ausgegangen. Unter Beachtung der von
EWI/Prognos unterstellten Verbesserungen in der gesamtwirtschaftlichen Energieintensität
ergibt sich damit eine relativ konstante Stromnachfrage für Deutschland. Hinsichtlich der Entwicklung
der Stromnachfrage für Tschechien wurde von einem leichten Ansteigen ausgegangen.
(Tabelle 8)
Tabelle 8: Annahmen hinsichtlich zentraler Größen im Szenario „Regionalisierung und Differenzierung ohne
verstärkte Umweltorientierung“
2000 2010 2020 2030
Entwicklung in Deutschland
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 578 593 593 581
gien an der Stromerzeugung
% 8 15 20 20
Anteil Biomasse (fest) % 0,2 1,3 1,3 1,4
Entwicklung in Tschechien
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 57 65 70 75
gien an der Stromerzeugung
% 1 3 3 3
Entwicklung allgemein
CO2-Zertifikatspreis Euro/t CO2 0 5 10 15
Preis frei Kraftwerk (inkl. CO2- Aufschlag)
Steinkohle Euro2000/GJ 1,59 2,18 2,74 3,24
Braunkohle Euro2000/GJ 0,83 1,38 1,93 2,48
Erdgas Euro2000/GJ 3,52 3,89 4,61 5,29
(Netto-) Wirkungsgrade neuer Kraftwerke
Steinkohlekraftwerk % 47% 48% 49,5%
Braunkohlekraftwerk % 43,5% 45% 46%
GuD-Kraftwerk % 58% 62% 66%
Ergebnisse
Im Szenario „Differenzierung mit unveränderter Umweltorientierung“ werden die vorhandenen
Braunkohlekraftwerke bis zum Ende ihrer technischen Lebensdauer genutzt. Aufgrund
der relativ niedrigen Zertifikatspreise und der mit Braunkohle verbundenen hohen Versorgungssicherheit
werden auch in diesem Szenario alte Braunkohlekraftwerke kontinuierlich
durch Neue ersetzt. Die installierte Kapazität bleibt entsprechend der unterstellten Entwicklung
des Strombedarfs etwa auf dem derzeitigen Niveau. Da die neuen Kraftwerksblöcke einen
höheren Wirkungsgrad aufweisen als die alten, nimmt der Braunkohlebedarf über dem
Betrachtungszeitraum leicht ab.
Da sich die Stromnachfrage in diesem Szenario im Zeitablauf nur geringfügig gegenüber heute
ändert und weiterhin unterstellt wird, dass Neubauten bevorzugt an den vorhandenen bzw.
freiwerdenden Kraftwerkstandorten errichtet werden, ändert sich die Kraftwerkstruktur an den
betrachteten Kraftwerksstandorten gegenüber dem Szenario „Wachstum und Globalisierung
ohne verstärkte Umweltorientierung“ nur geringfügig. Die Entwicklung des Frischwasserbedarfs
und der Wasserverluste an den untersuchten deutschen und tschechischen Standorten im
Kapitel 2 – Seite 229

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Elbeeinzugsgebiet folgt entsprechend denen aus Szenario „Globalisierung mit unveränderter
Umweltorientierung“. (Abbildung 22, Abbildung 23, Abbildung 24, Abbildung 25)
2.7.3.5 Szenario „Differenzierung mit verstärkter Umweltorientierung“
Rahmenannahmen
Im Szenario „Differenzierung mit verstärkter Umweltorientierung“ wird unterstellt, dass neben
ökonomischen auch umweltpolitische Kriterien (insbesondere Reduktion der CO2-
Emissionen) im Mittelpunkt der Energiepolitik stehen. Entsprechend wird in dem Szenario
davon ausgegangen, dass vorhandene energie- und umweltpolitische Maßnahmen ausgeweitet
werden.
Ebenso wie im Szenario „Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung“ wird auch in
diesem Szenario unterstellt, dass der Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung
deutlich erhöht wird (u.a. aufgrund des Baus von Off-Shore Windkraftanlagen).
Tabelle 9: Annahmen hinsichtlich zentraler Größen im Szenario „Regionalisierung und Differenzierung mit verstärkten
Aktivitäten im Umweltschutzbereich“
2000 2010 2020 2030
Entwicklung in Deutschland
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 578 585 547 527
gien an der Stromerzeugung
% 8 15 20 26
Anteil Biomasse (fest) % 0,2 1,3 1,5 1,7
Entwicklung in Tschechien
Stromverbrauch
Anteil Erneuerbarer Ener-
TWh 57 64 65 68
gien an der Stromerzeugung
% 1 3 4 5
Entwicklung allgemein
CO2-Zertifikatspreis Euro/t CO2 0 15 30 45
Preis frei Kraftwerk (inkl. CO2- Aufschlag)
Steinkohle Euro2000/GJ 1,59 3,10 4,48 6,00
Braunkohle Euro2000/GJ 0,83 2,48 4,13 5,78
Erdgas Euro2000/GJ 3,52 4,45 5,73 6,97
Wirkungsgrade neuer Kraftwerke
Steinkohlekraftwerk % 47% 53% 55%
Braunkohlekraftwerk % 43,5% 49% 51%
GuD-Kraftwerk % 58% 65% 70%
Des Weiteren wird von einem durch die Ausweitung von Klimaschutzmaßnahmen bedingten
Rückgang der Stromnachfrage ausgegangen. Ebenso wie im Szenario „Wachstum und Globalisierung
mit verstärkter Umweltorientierung“ wird auch in diesem Szenario davon ausgegangen,
dass die Wirkungsgrade der konventionellen Kraftwerke deutlich gesteigert werden.
Ergebnisse
Die unterstellten hohen Zertifikatspreise führen dazu, dass außer den derzeit in Bau bzw. in
der Planungsphase befindlichen Anlagen keine neuen Braunkohlekraftwerke errichtet werden.
Kapitel 2 – Seite 230

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Aufgrund des Rückgangs der Stromnachfrage werden grundsätzlich geringere Kraftwerkskapazitäten
benötigt als in den anderen Szenarien. Da die Stromnachfrage immer noch relativ
hoch ist, führt die Annahme, dass zunächst Kraftwerke an den alten Standorten im Elbeeinzugsgebiet
und erst dann Anlagen außerhalb dieser Standorte errichtet werden dazu, dass an
den betrachteten Standorten der gleiche Kraftwerksneubau erfolgt wie im Szenario „Globalisierung
mit verstärkter Umweltorientierung“. Unterschiede zwischen den Szenarien „Globalisierung
mit verstärkter Umweltorientierung“ und „Differenzierung mit verstärkter Umweltorientierung“
ergeben sich hierbei nur hinsichtlich des Baus neuer Kraftwerke an anderen
Standorten.
Der Frischwasserbedarf und die Wasserverluste an den betrachteten Standorten entsprechen
daher den Angaben zum Szenario „Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung“. (siehe
Abbildung 26, Abbildung 27, Abbildung 28, Abbildung 29)
2.7.4 Zusammenfassung
Der Wasserbedarf thermischer bzw. nuklearer Kraftwerke hängt grundsätzlich sehr stark von
den verwendeten Kühlverfahren sowie der anfallenden Abwärmemenge ab, wobei die Abwärmemenge
durch den Brennstoffausnutzungsgrad und der Auslastung des Kraftwerks bestimmt
wird. Zwischen den einzelnen Kraftwerken ergeben sich dabei große Unterschiede:
Während Kraftwerke wie Wedel, Tiefstack und Melnik I mit über 100 l/kWh einen relativ hohen
spezifischen Frischwasserbedarf aufweisen, benötigen andere Kraftwerke wie z.B.
Jänschwalde, Boxberg und Lippendorf nur 2 bis 3 l/kWh. Zu beachten ist hierbei, dass Kraftwerke
mit Durchlaufkühlung zwar einen hohen Wasserbedarf aufweisen, bei ihnen jedoch die
gleiche Wassermenge, die entnommen wird, auch zurückgeleitet wird. Bei einem Einsatz eines
Kühlturms hingegen wird zwar tendenziell weniger Wasser benötigt. Da ein Teil des
Wassers über den Kühlturm verdunstet, liegt die zurück gespeiste Wassermenge jedoch normalerweise
deutlich unter der Entnahmemenge.
Die zukünftige Entwicklung des Wasserbedarfs großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet
hängt stark davon ab, wann und durch welche Kraftwerke die bestehenden Anlagen ersetzt
werden. In den untersuchten Szenarien verändert sich der Frischwasserbedarf im deutschen
Teil des Elbeeinzugsgebietes aufgrund des relativ neuen Kraftwerksbestandes nur relativ
langsam. Die Kraftwerke im tschechischen Teil des Untersuchungsgebietes sind hingegen
deutlich älter. Daher bestehen hier kurz- und mittelfristig größere Möglichkeiten für Veränderungen.
Ob die vorhandenen Braunkohlekraftwerke dort bzw. in Deutschland durch neue
Braunkohlekraftwerke ersetzt werden, hängt hierbei sehr stark von der Entwicklung der Energieträger-
und CO2-Zertifikatspreise ab. Bei hohen Zertifikatspreisen, wie sie in den Szenarien
mit verstärkten Umweltaktivitäten unterstellt wurden, unterbleibt ein Zubau. In den anderen
Szenarien werden hingegen, - insbesondere aus Versorgungssicherheitsgründen, - neue Anlagen
errichtet.
Bei der Interpretation der Szenarioergebnisse ist zu berücksichtigen, dass der Frischwasserbedarf
von Kraftwerken sowie die anfallenden Kosten aufgrund der vielfältigen Faktoren, die
den Bedarf bzw. die Kosten beeinflussen, nur grobe Abschätzungen von Entwicklungspfaden
möglich sind. Darüber hinaus sind die Ergebnisse nicht als Prognosen sondern nur als „Was
wäre, wenn?“ – Szenarien zu interpretieren.
Kapitel 2 – Seite 231

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
2.7.5 Referenzen
BASF SCHWARZHEIDE GMBH (2005) Umwelterklärung 2005. Schwarzheide.
BEWAG (2005) Umweltbericht 2004/05. Berlin.
CEZ (2005) Coal-fired Power Plants. http://www.cez.cz. 2005.
CZECH COAL (2006) Brown coal. http://www.czechcoal.cz/en/produkty/uhli/index.html.
CZECH COAL GROUP (2006) Sustainable Development Report.
DEUTSCHES ATOMFORUM (2005) Jahresbericht 2004. Berlin.
DOE/NETL (2006) Estimating Freshwater Needs to Meet Future Thermoelectric Generation Requirements.
www.netl.doe.gov.
E.ON KRAFTWERKE (2005) Kohlekraftwerk Schkopau. Hannover.
EURELECTRIC (2004) Statistics and prospects for the European electricity sector (1980-1990, 2000-2020).
Brussels.
EVH (2005) Umwelterklärung 2005 Halle. www.evh.de.
EWI/PROGNOS (2005) Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahre 2030. Köln, Basel.
FEELEY III, T. J., et al. (2008) Water: A critical resource in the thermoelectric power industry. Energy, 33:1, 1-
11.
HEW (2005a) Das Heizkraftwerk Wedel. http://www.hew.de.
HEW (2005b) Umweltbericht 2004/2005. Hamburg.
IKSE (2005) Bericht 2005 der internationalen Flussgebietseinheit Elbe.
INFORMATIONSKREIS KERNENERGIE (2005) Basiswissen Kernenergie. Berlin.
KERNKRAFTWERK KRÜMMEL (2005) KKK-Kühlwassersysteme. http://www.kernkraftwerkkruemmel.de/kraftwerk/index.html.
KUGELER, K. & PHILIPPEN, P.-W. (1993) Energietechnik. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag.
LÄNDERARBEITSGEMEINSCHAFT WASSER (LAWA) (1983) Grundlagen zur Beurteilung des Kühlwassserverbrauchs
und seiner Deckung o.O.
LÄNDERARBEITSGEMEINSCHAFT WASSER (LAWA) (1991) Grundlagen zur Beurteilung des Kühlwasssereinleitungen
in Gewässer. Berlin, Erich Schmidt.
MINISTRY OF INDUSTRY AND TRADE OF THE CZECH REPUBLIC (2004) State energy policy of the
Czech Republic. Prague. http://www.mpo.cz/.
SENATSVERWALTUNG FÜR STADTENTWICKLUNG BERLIN (2004) Dokumentation der Umsetzung der
EG-Wasserrahmenrichtlinie in Berlin (Länderbericht). Berlin.
VASSOLO, S. & DÖLL, P. (2005) Global-scale gridded estimates of thermoelectric power and manufacturing
water use. Water Resources Research, 41:4.
VATTENFALL (2005a) Braunkohlekraftwerk Boxberg. http://www.vattenfall.de.
VATTENFALL (2005b) Braunkohlekraftwerk Jänschwalde. http://www.vattenfall.de.
VATTENFALL (2005c) Braunkohlekraftwerk Schwarze Pumpe. http://www.vattenfall.de.
VATTENFALL (2005d) Pumpspeicher-Kraftwerk Geesthacht. http://www.vattenfall.de.
VEAG (1999) Prognosewerte für das Arc GRM Spree-Schwarze Elster.
VEBA-KRAFTWERKE RUHR (1998) Braunkohlekraftwerk Schkopau. Essen, Energiewirtschaft und Technik-
Verl.-Ges.
VGBPOWERTECH (2005) Zahlen und Fakten zur Stromerzeugung 2005. Essen.
Kapitel 2 – Seite 232

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
2.7.6 Anhang
Nr.
Kraftwerk
Baujahr
Leistung(Brutto)
Kühlverfahren
Kapitel 2 – Seite 233
Wasserentnahme
(Mio. m 3 /Jahr)
genehmigt
1 Kernkraftwerk Brunsbüttel 1977 806 Durchlaufkühlung 1280
tatsächlich
818
(2004)
2 Kernkraftwerk Brokdorf 1986 1440 Durchlaufkühlung 2100 1.775 IKSE
3 Heizkraftwerk Wedel
1961/
1962
260 Durchlaufkühlung
4 Heizkraftwerk Tiefstack 1993 189 Durchlaufkühlung
5
Pumpspeicherkraftwerk
Geesthacht
120 -
6 Kernkraftwerk Krümmel 1983 1260 Durchlaufkühlung
7 Kraftwerk Premnitz 1970 58 Durchlaufkühlung 6
8 Kraftwerk Jänschwalde
9
Kraftwerk Schwarze Pumpe
10 Kraftwerk Boxberg
1976-
1988
1997/
1998
1978/
1979/
2000
3000 Kreislaufkühlung 49
1600 Kreislaufkühlung 26
1900 Kreislaufkühlung
12 Heizkraftwerk Dessau 1995 58 Durchlaufkühlung

2.7 Schätzung der Wassernachfrage großer Kraftwerke im Elbeeinzugsgebiet (Vögele & Markewitz)
Nr.
Kraftwerk
Baujahr
Leistung(Brutto)
Kühlverfahren
Kapitel 2 – Seite 234
Wasserentnahme
(Mio. m 3 /Jahr)
genehmigt
22 Charlottenburg 1975 215 Ablaufkühlung 15
23 Reuter 1988 165 Ablaufkühlung 300
24 Reuter-West 1989 600 Kreislaufkühlung 11
25 Lichterfelde 1983 450 Ablaufkühlung 210
26 Moabit
1972/
1990
150 Ablaufkühlung 60
27 Klingenberg 1985 185 Durchlaufkühlung 55
Nr. Kraftwerk
Baujahr
1 Kraftwerk Tisova
1959-
1961
2 Kraftwerk Prunérov
1968-
1982
3 Kraftwerk Tusimice
1974-
1975
4 Kraftwerk Pocerady
1970-
1977
5a Kraftwerk Melnik I
1971-
1981
5b Kraftwerk Melnik II und III 1971-
1981
6 Kraftwerk Chvaletice
1977-
1978
7 Heizkraftwerk Porici
1957-
1958
8 Kernkraftwerk Temelin
2002-
2003
Leistung
(Brutto)
296
1490
260
1000
352
720
800
165
2000
9 Kraftwerk Ledvice II 1966 220
10 Kraftwerk Ledvice III 1998 110
tatsächlich
378 *
(2004)
Wasserentnahme
(Mio. m 3 Kühlverfahren
/Jahr)
getatnehmigtsächlichKreislaufkühlung 3
Kreislaufkühlung
18
Kreislaufkühlung
9
Kreislaufkühlung
13
Durchlaufkühlung
206
Kreislaufkühlung
10
Kreislaufkühlung
11
Kreislaufkühlung
2
Kreislaufkühlung
43
Kreislaufkühlung
1
Kreislaufkühlung
5
Anmerkungen
Umweltbericht
BEWAG
Anmerk-ungen
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung
Eigene Abschätzung

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung
der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum Jahr 2020
Konar Mutafoğlu
Technische Universität Berlin, Fachgebiet Landschaftsökonomie, EB 4-2,
Straße des 17. Juni 145, 10623 Berlin
Tel + 49 30 314 73351
Fax + 49 30 314 73517
konar.mutafoglu@tu-berlin.de
http://www.landschaftsoekonomie.tu-berlin.de
Abstract
Mit der Wassernachfrage der Industrie wird im Rahmen des GLOWA-Elbe Projektverbundes eine im Vergleich
zu anderen Wassernutzern wie etwa privaten Haushalten oder der Energiewirtschaft vergleichsweise selten betrachtete
Nutzergruppe einer eigenständigen Analyse unterzogen. Aufbauend auf den im Projektverbund GLO-
WA-Elbe entwickelten Szenarien zur wirtschaftlichen und technischen Entwicklung werden für einzelne Branchen
des verarbeitenden Gewerbes Szenarien der Wassernachfrage entwickelt. Im Ergebnis zeigt sich für die
Mehrzahl der Szenarien und Branchen eine tendenziell rückläufiger Wassernachfrage der Industrie. Die auf
Branchenebene abgeleiteten Pfade der Wassernachfrage werden im Rahmen der Modellierung von Wasserentnahmen
direkt entnehmender industrieller Wassernutzer im Elbeeinzugsgebiet verwendet.
Keywords
Industrielle Wassernachfrage, Szenarien, Wassermanagement, Direktentnahme, Technikentwicklung,
Sektorale Produktion
2.8.1 Einführung
2.8.1.1 Motivation und Hintergrund der Untersuchung
Sowohl in der öffentlichen Diskussion wie auch in der wissenschaftlichen Analyse von Wassernutzungen
richtet sich das Augenmerk vorwiegend auf private Haushalte sowie einzelne
prägnante Nutzer wie etwa thermische Kraftwerke der Elektrizitätswirtschaft. Im Vergleich
hierzu wird der industrielle Sektor vergleichsweise selten einer eigenständigen Analyse unterzogen,
obwohl dieser z. B. in quantitativer Hinsicht durchaus von regionaler Bedeutung sein
kann.
Überlegungen zur gegenwärtigen und insbesondere möglichen zukünftigen Entwicklungen
der industriellen Wassernutzung sehen sich immer mit dessen vergleichsweise großer Heterogenität
in den einzelnen Industriebranchen gegenüber. Wasser wird in Industriebetrieben typischerweise
für verschiedene Verwendungszwecke eingesetzt. Von mengenmäßiger Bedeutung
ist zum einen die Nutzung für Kühlzwecke z. B. in der chemischen Grundstoffindustrie,
bei welcher verschiedenartige Kühlverfahren mit variierenden Mengen- und Qualitätsanforderungen
zum Einsatz kommen können. Zum anderen hat Wasser in zahlreichen Branchen, wie
z. B. dem Ernährungsgewerbe oder der pharmazeutischen Industrie eine bedeutsame Verwendung
als Roh- und Hilfsstoff und kommt als solches mit Zwischen- und Endprodukten der
industriellen Produktion in Berührung. Neben diesen beiden großen Verwendungszwecken
wird Wasser in Betrieben auch für Belegschaftszwecke eingesetzt, etwa in Kantinen und sanitären
Einrichtungen, aber auch für Reinigungsvorgänge im Produktionsbereich. Dieser dritte
Kapitel 2 – Seite 235

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Einsatzbereich weist einige Gemeinsamkeiten mit Nutzungszwecken in privaten Haushalten
auf und ist zumeist von relativ geringerer quantitativer Bedeutung.
Im Unterschied zu üblicherweise netzversorgten privaten Haushalten, können industrielle
Wassernutzer auch im Elbeeinzugsgebiet häufig auf eine eigene Wasserversorgungs- und
Abwasserbeseitigungsstruktur zugreifen. So bezog das verarbeitende Gewerbe im Jahre 2004
insgesamt rund 917 Millionen m³ Wasser, davon entfielen mit gut 700 Mio. m³ allein 76,4%
auf die Eigenförderung aus Oberflächengewässern (Abbildung 1). Weitere 89 Mio. m³
stammten aus der Eigenförderung von Grundwasser. Demgegenüber stehen rund 129 Mio. m³
Wasser, die das verarbeitende Gewerbe aus dem öffentlichen Netz oder über andere Betriebe
und Einrichtungen, wie z. B. Betreibern von Industrie- und Gewerbeparks bezog.
Wasseraufkommen in 1000 m³
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Kapitel 2 – Seite 236
Oberflächenwasser
Fremdbezug
Grundwasser
1991 1995 1999 2003 2007
Abbildung 1: Wasseraufkommen des verarbeitenden Gewerbes im Elbeeinzugsgebiet (Sonderauswertungen des
Statistischen Bundesamtes)
Der Blick auf die Entwicklung des registrierten Wasseraufkommens verdeutlicht, dass die
durch das verarbeitende Gewerbe geförderten bzw. bezogenen Wassermengen im Betrachtungszeitraum
von 1991 bis 2004 überwiegend rückläufig waren. Einen maßgeblichen Anteil
an dieser Entwicklung hatte die Restrukturierung des industriellen Sektors in den ostdeutschen
Bundesländern nach der Wiedervereinigung. So ist insbesondere die verminderte Inanspruchnahme
von Wasser zu Beginn der 1990er Jahre auf die Stilllegung zahlreicher Betriebe
und Produktionsstätten zurückzuführen. In vielen der verbliebenen wasserintensiven Betriebe
wurden im weiteren Verlauf der 1990er Jahre Produktionsanlagen modernisiert, so dass weiterhin
ein Rückgang des Wasseraufkommens zu verzeichnen war. Insgesamt nahm dieses im
Zeitraum von 1991 bis 2004 um 42,9% ab, wobei der Rückgang der Oberflächenwasserförderung
mit 45,2% noch deutlicher ausfiel. Dabei entfiel der weitaus größere Anteil der Rückgänge
auf die Jahre vor 1995, die beobachtete Entwicklung setzte sich auch darüber hinaus
fort, wenn auch mit geringeren jährlichen Veränderungsraten.
Der Blick auf die Entwicklung des Wasseraufkommens im Untersuchungsgebiet verdeutlicht
die Notwendigkeit, im Rahmen der vorliegenden Analyse auch die Besonderheiten der Wirtschaftsstruktur
im Untersuchungsgebiet zu berücksichtigen. Da der weitaus überwiegende

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Teil des deutschen Elbeeinzugsgebietes das Gebiet der ostdeutschen Bundesländer umfasst,
hat die Entwicklung der Produktion in den Branchen des verarbeitenden Gewerbes in diesem
Teilraum eine besondere Bedeutung für die Inanspruchnahme von Wasserressourcen. So
weist der für die neuen Bundesländer gesondert verfügbare Index der Nettoproduktion als Indikator
für die Entwicklung der Nettoproduktionswerte für das verarbeitende Gewerbe einen
Zuwachs von rund 72% im Zeitraum von 1995 bis 2004 aus (Abbildung 2). Für die einzelnen
hier betrachteten wasserrelevanten Branchen lassen sich jedoch relativ heterogene Entwicklungspfade
erkennen. Von besonderer Bedeutung ist die Feststellung, dass in der überwiegenden
Anzahl der Branchen im Betrachtungszeitraum nur eine unterdurchschnittliche Produktionsausweitung
feststellbar ist. Insbesondere im Bereich des Textilgewerbes, aber auch der
Mineralölverarbeitung ist eine zuletzt stagnierende bzw. rückläufige Entwicklung der Nettoproduktionswerte
zu verzeichnen. Dagegen bewegen sich das Ernährungsgewerbe und die Papierverarbeitung
mit Zuwächsen von rund 53% bzw. 65% knapp unter der durchschnittlichen
Entwicklung für das gesamte verarbeitende Gewerbe. In der Metallerzeugung und -
verarbeitung, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht getrennt dargestellt, war dagegen
eine ähnliche Entwicklung wie im verarbeitenden Gewerbe insgesamt zu beobachten.
Index der Nettoproduktion
1995 = 100
250
200
150
100
50
Kapitel 2 – Seite 237
Chemie
Verarbeitendes
Gewerbe
Papier
Ernährung
Mineralöl
Textil
1995 1997 1999 2001 2003 2005
Abbildung 2: Entwicklung der Produktion in den neuen Bundesländern (Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie 2008)
Somit ist für die traditionell wasserintensiven Branchen eine relativ unterdurchschnittliche
Entwicklung der Produktion im überwiegenden Teil des Untersuchungsgebietes festzustellen.
Eine bedeutsame Ausnahme bildet jedoch die chemische Industrie mit einem Zuwachs des
Indexes der Nettoproduktion von rund 139%. Dieser Zuwachs lässt sich zu einem guten Teil
auf die Revitalisierung und Erweiterung traditioneller Chemie-Standorte z. B. im mitteldeutschen
Chemiedreieck zurückführen. Er ist auch deswegen von Bedeutung, da auf die chemische
Industrie der weitaus überwiegende Anteil des Wasseraufkommens im verarbeitenden
Gewerbe fällt. So entfielen im Jahr 2004 im Elbeeinzugsgebiet rund 56% des gesamten Oberflächenwasseraufkommens
des verarbeitenden Gewerbes alleinig auf die chemische Industrie,
gefolgt von der Mineralölverarbeitung mit rund 14% (Statistisches Bundesamt 2006b).
Im Folgenden wird das Augenmerk auf die Wasserversorgungsseite und die entsprechende
mengenmäßige Wassernachfrage von Betriebe gelegt, zu deren Deckung eine Eigenversor-

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
gung sowohl mit Grundwasser als auch mit Oberflächenwasser in Frage kommen kann. Im
Rahmen des GLOWA-Elbe II Projektes stehen die Wirkungen langfristiger sozioökonomischer
und klimatisch-hydrologischer Veränderungen insbesondere auf Oberflächengewässer
im Mittelpunkt. Vor diesem Hintergrund zielen die im Folgenden vorstellten Überlegungen
auf die gegenwärtige und insbesondere zukünftige Entnahme von Wasser durch industrielle
Direktentnehmer ab, die innerhalb eines Wassermengenbewirtschaftungsmodells als
Wasserentnehmer Berücksichtigung finden. Speziell werden für die Wassernachfrage des verarbeitenden
Gewerbes szenarienbasierte Pfade aufgezeigt, die u. a. auch vorliegende Arbeiten
zur wirtschaftlichen und technischen Entwicklung im Untersuchungsgebiet berücksichtigen.
Die im Ergebnis skizzierten Pfade zukünftiger Wassernachfrage finden Eingang in weitere
Verwendungen, insbesondere im Rahmen der Modellierung der Wasserverfügbarkeit im Elbeeinzugsgebiet
unter den Rahmenbedingungen des globalen Wandels.
Die Begriffe Wasserbedarf und Wassernachfrage werden in der vorliegenden Literatur nicht
einheitlich verwendet. Der Bedarfsbegriff findet zumeist seine Anwendung in technischen
Zusammenhängen und impliziert einen zumindest kurzfristig festen Zusammenhang zwischen
Produktion und damit verbundenem Frischwassereinsatz. Von Bedarf wird bisweilen auch
dann gesprochen, wenn eine Nutzung von Wasser ohne dessen physischen Verbrauch, also
ein Wassergebrauch vorliegt. Dagegen findet der Wassernachfragebegriff eher Verwendung
im ökonomischen Kontext und bezieht sich auf die Abhängigkeit einer nachgefragten Wassermenge
von verschiedenen Faktoren, zu denen insbesondere auch Wasserpreise gehören. In
der vorliegenden Arbeit werden die Begriffe Wasserbedarf und Wassernachfrage weitgehend
synonym verwendet, jedoch in einer inhaltlichen Nähe zum Nachfragebegriff angesiedelt.
2.8.1.2 Vorliegende Arbeiten in Deutschland und im Elbeeinzugsgebiet
Zum Wassernachfrage der Industrie liegen für Deutschland insgesamt nur sehr wenige veröffentliche
Arbeiten vor, dabei reichen die ersten Beiträge zurück in die 1970er Jahre. So wurden
durch (Batelle-Institut 1972), (Fakiner et al. 1976) und (Winje 1983) erste quantitative
Prognosen des Wasserbedarfes von Haushalten, Industrie und Landwirtschaft in der Bundesrepublik
Deutschland mit Betrachtungszeiträumen bis zum Jahr 2000 bzw. 2010 erarbeitet.
Darüber hinaus finden sich auch einzelne regionale Betrachtungen z. B. durch (Frey et al.
1978) für das Land Nordrhein-Westfalen oder durch (Rohmeier & Steigerwald 1981) für Niedersachsen.
Prognosen des zukünftigen industriellen Wasserbedarfes wurden auch für kleinere
spezielle räumliche Einheiten wie (Teil-)Einzugsgebiete von Fließgewässern oder Versorgungsgebiete
kommunaler Wasserversorger erarbeitet (Wasserwirtschaftsamt Hannover 1977,
Sättler et al. 1982).
Aus methodischer Sicht wurde bei den genannten frühen Beiträgen auf verschiedene Prognosetechniken
zurückgegriffen. Darunter finden sich sowohl Fortschreibungen von Trends der
jüngeren Vergangenheit, koeffizientenbasierte Verfahren, wie auch formal anspruchsvollere
Regressionsanalysen. Dabei wurde überwiegend auf Datenmaterial der amtlichen Statistik im
Bereich der industriellen Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung zurückgegriffen. Diese
wurden z. T. durch spezielle Betriebsbefragungen ergänzt. Die Ergebnisse wurden zumeist als
Punktprognosen erarbeitet, welche für zukünftige Zieljahre entsprechende quantitative Wassermengenanforderungen
des Industriesektors formulieren. Eine beachtenswerte methodische
Ausnahme bildet der Beitrag von (Sättler et al. 1982) mit einer Bandbreitenprognose, kombiniert
mit einer Anwendung der Szenariotechnik.
Kapitel 2 – Seite 238

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
In der überwiegenden Anzahl der frühen Prognosebeiträge wurde von einer weiteren, z. T.
deutlichen Zunahme des Frischwasserbedarfes der Industrie ausgegangen. Dieser wurde im
Wesentlichen durch die Annahme einer stetig steigenden industriellen Produktion und damit
verbundenen erhöhten Wasserbedarfen begründet. Jedoch zeigten sich bereits nach wenigen
Jahren deutliche Abweichungen zwischen der prognostizierten und tatsächlichen mengenmäßigen
Wassernachfrage, da wesentliche weitere Einflussfaktoren unzureichend berücksichtigt
worden waren. Eine besondere Stellung nimmt für den Bereich der industriellen Wassernutzung
die Möglichkeit einer Mehrfach- und Kreislaufnutzung von Wasser im Betrieb ein, die
in vielen Branchen und zahlreichen Produktionsverfahren in Betracht kommt. Ob und in welchem
Umfang ein solches Wasserrecycling tatsächlich eingeführt oder ausgeweitet wird,
hängt von verschiedenen technischen, aber auch ökonomischen Faktoren ab. So wurde der
Einfluss der Kosten der Wassernutzung, gemessen an Wasserbezugs- und Aufbereitungskosten
wie auch Kosten der Abwasseraufbereitung und -beseitigung, zwar auch in frühen Untersuchungen
wie etwa durch (Jacobitz et al. 1981) erkannt, jedoch nur bedingt als Determinante
im Rahmen von Prognosen berücksichtigt.
Im weiteren Verlauf der 1980er und 1990er Jahre verloren Wasserbedarfsprognosen ihren
Stellenwert der Vergangenheit. Dies trifft in besonderem Maße für Überlegungen zur industriellen
Wassernutzung zu, da diese aufgrund des wirtschaftlichen Strukturwandels mit dem
damit verbundenen Rückgang traditionell wasserintensiver Branchen, wie etwa der Textilindustrie
oder der Eisen- und Stahlverarbeitung, eine quantitativ geringere Bedeutung einnahm.
Zwar finden sich weiterhin einzelne veröffentlichte regionale Fallstudien etwa von (Roesler et
al. 1986) (Möhle & Masannek 1993) oder (Bächle et al. 1998). Jedoch lässt sich parallel zum
tendenziell rückläufigen Frischwasserbedarf des industriellen Sektors auch ein nachlassendes
Interesse an Prognosen insbesondere großräumiger Art feststellen. Erst in jüngerer Vergangenheit
finden sich erneute Beiträge zu dieser Thematik, zum einen motiviert durch veränderte
Rahmenbedingen in der europäischen Wasserpolitik und zum anderen durch sich abzeichnende
potenzielle zukünftige Herausforderungen an das Management von Wasserressourcen
insbesondere vor dem Hintergrund langfristiger Klimaänderungen und deren Folgen für hydrologische
Systeme.
Beide Aspekte sind auch von Bedeutung für den Untersuchungsraum des Elbeeinzugsgebietes.
So entstanden jüngere Betrachtungen der industriellen Wassernachfrage zum einen vor
dem Hintergrund der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie und zum anderen im Rahmen
von Forschungsarbeiten zur zukünftigen Wasserverfügbarkeit in Elbeeinzugsgebiet.
So verlangt die Wasserrahmenrichtlinie der Europäischen Union in ihrer Umsetzung auch eine
wirtschaftliche Analyse der Wassernutzung, die auf der Ebene von Flussgebietseinheiten
zu erstellen ist. Ein erster Bericht hierzu wurde im Jahre 2005 durch die Internationale Kommission
zum Schutz der Elbe vorgelegt (IKSE 2005a, b). Dabei erfolgt eine getrennte Betrachtung
für den deutschen und den tschechischen Teil des Einzugsgebietes. Neben der Beschreibung
der gegenwärtigen Wassernutzung im Flusseinzugsgebiet und ihrer wirtschaftlichen
Bedeutung, werden auch Einschätzungen zur weiteren Entwicklung des Wasserdargebotes
und der Wassernachfrage formuliert. Diese Einschätzungen bilden ein so genanntes Baseline-Szenario,
dabei reicht der Zeithorizont der Betrachtungen bis zum Jahr 2015.
Mit Blick auf die Entwicklung in Deutschland wird auf den deutlichen Rückgang der Wasserentnahme
für industrielle Zwecke zwischen den Jahren 1991 und 2001 um 14,3% verwiesen
(IKSE 2005a: 18). Im selben Betrachtungszeitraum nahm die wirtschaftliche Leistung weiter
zu, das reale Bruttoinlandsprodukt wuchs um 16,3%. Zu einer im Zeitablauf immer effiziente-
Kapitel 2 – Seite 239

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
ren Wassernutzung hat nach Einschätzung der IKSE auch die Entwicklung der Wasser- und
Abwasserpreise beigetragen. So nahm im bundesweiten Durchschnitt der Preis von Wasser
bei Abgabe an Haushalte und die Industrie zwischen 1991 und 2001 um gut 51% zu, im gleichen
Zeitraum war bei den Erzeugerpreisen lediglich ein Anstieg von 8,8% zu verzeichnen
(IKSE 2005a: 18).
Auf der Grundlage der in der Vergangenheit beobachteten Entwicklung wird davon ausgegangen,
dass sich für den Bereich der Industrie der Trend der zurückgehenden Wassernutzung
fortsetzen wird. Neben der weiteren Einführung Wasser sparender Techniken wird auch auf
den "Trend zur fortgesetzten Verschiebung der Wertschöpfung hin zu Dienstleistungen und
die Verlagerung der Produktion in Niedriglohnländer" verwiesen (IKSE 2005a: 21). Eine
quantitative Einschätzung zum erwarteten Rückgang der Wassernachfrage durch die Industrie
erfolgt für den deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes jedoch nicht.
Für obige Überlegungen im Rahmen der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie werden
als plausibel erachtete Annahmen über die zukünftige sozioökonomische und technische Entwicklung
ad-hoc formuliert. Im Vergleich hierzu knüpfen (Döll & Vassolo 2004) an bestehende
Szenarien zur globalen Wirtschafts- und Bevölkerungsentwicklung an, die durch das
Intergovernmental Panel on Climate Change im Special Report on Emission Scenarios (SRES
Szenarien) formuliert wurden (Nakicenovic et al. 2000). Die durch (Döll & Vassolo 2004)
entwickelten Szenarien betrachten auch die Entwicklung der industriellen Wassernutzung im
deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes, dabei wird auf die SRES-Szenarien A1 und B2 zurückgegriffen.
Als Determinanten der Wassernutzung im verarbeitenden Gewerbe ziehen (Döll & Vassolo
2004) zum einen die wirtschaftliche Entwicklung und zum anderen die technische Entwicklung
heran, wobei zwischen den Szenarien differenzierte Annahmen zu diesen Einflussfaktoren
getroffen werden. Aufgrund der verfügbaren Datengrundlage ist zu berücksichtigen, dass
dieser Regionalisierungsansatz für den Bereich des verarbeitenden Gewerbes sich im Wesentlichen
auf Deutschland insgesamt bezieht, die daraus gezogenen Schlussfolgerungen werden
in einem zweiten Schritt auf das Elbeeinzugsgebiet übertragen. Für die Wertschöpfung des
verarbeitenden Gewerbes als Maß für die wirtschaftliche Entwicklung wird im Szenario A1
eine Zunahme um 10% bzw. im Szenario B2 eine Abnahme von 10% im Zeitraum von 2000
bis 2025 angenommen. Als Indikator für die technologische Entwicklung, insbesondere mit
Blick auf die Effizienz der Wassernutzung, wird die spezifische Wasserentnahme je Einheit
generierter Wertschöpfung zu Grunde gelegt. Die für die alten Bundesländer vorgenommene
Betrachtung zeigt zwischen den Jahren 1975 bis 1995 eine stetige Abnahme der spezifischen,
auf die Bruttowertschöpfung des verarbeitenden Gewerbes bezogenen Oberflächenwasserentnahme
um jährlich durchschnittlich 2,7% (Döll & Vassolo 2004: 179). Für die zukünftige
Entwicklung wird angenommen, dass sich diese allgemeine Entwicklung hin zu einer höheren
Effizienz der Wassernutzung fortsetzt. So wird im Szenario A1 von einer jährlichen Abnahme
um 2,2% ausgegangen und im Szenario B2 eine jährliche Abnahme um 3,2% zu Grunde gelegt.
Aus dem Zusammenspiel der Faktoren Wirtschaftsentwicklung und Technologieentwicklung
ergeben sich für den Betrachtungszeitraum 2005-2025 in beiden Szenarien deutliche Rückgänge
der industriellen Wasserentnahmen von 37% in Szenario A1 und 60% in Szenario B2
(Döll & Vassolo 2004: 173). Die ausgewiesenen Ergebnisse beziehen sich auf das verarbeitende
Gewerbe insgesamt, eine Betrachtung einzelner Branchen wird nicht vorgenommen.
Kapitel 2 – Seite 240

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass auch in jüngeren Arbeiten von einer weiteren
Fortsetzung des seit den späten 1970er Jahren beobachteten Rückgangs des Frischwasserbedarfes
des Industriesektors ausgegangen wird. Jedoch liegen hierzu keine neueren Überlegungen
vor, die insbesondere die Situation in einzelnen Branchen näher betrachten. Aufgrund
verschiedenartiger Wassernutzungsstrukturen und ungleichförmiger sektoraler Entwicklungen
erscheint eine solche differenzierte Betrachtung jedoch geboten.
2.8.2 Material und Methoden
2.8.2.1 Szenarioansatz der Untersuchung
Die vorliegenden Überlegungen zur Entwicklung der Wassernachfrage durch industrielle Nutzer
ordnen sich in vorliegende Szenarien zur sozioökonomischen und klimatischen Entwicklung
im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebiets ein. Im Mittelpunkt steht die Nachfrage industrieller
Nutzer nach Oberflächenwasser für den Einsatz zu Produktionszwecken im Betrachtungszeitraum
von 2004 bis 2020.
Aufgrund der langfristig orientierten Betrachtungsweise stellen die skizzierten Pfade der Wassernachfrage
der Industrie keine Prognose dar, da insbesondere keine Wahrscheinlichkeiten
bezüglich des Eintretens der einen oder anderen Entwicklung ausgewiesen werden können.
Auch wird keines der aufgeworfenen Szenarien als wahrscheinlicher als ein anderes angesehen.
Vielmehr sind die Szenarien als ein Beitrag zu der in sich konsistenten Formulierung
kontrastierender Entwicklungspfade im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebiets zu interpretieren.
Aufgrund der Datenverfügbarkeit konnten die Überlegungen innerhalb der Projektlaufzeit
nicht auf den tschechischen Teil des Einzugsgebietes übertragen werden.
Für die Entwicklung der Wassernachfrage der industriellen Nutzer werden zwei wichtige Faktoren
herangezogen. Zum einen wird die sozioökonomische Entwicklung des Untersuchungsgebietes,
insbesondere die Entwicklung der Produktion im verarbeitenden Gewerbe beleuchtet.
Es stellt sich dabei die Frage, wie sich die wirtschaftliche Aktivität in den für die Direktentnahme
relevanten Branchen entwickeln könnte. Zu diesem Zweck kann auf szenariobasierte
Überlegungen des DIW Berlin zur zukünftigen sozioökonomischen Entwicklung in
Deutschland bzw. im Elbeeinzugsgebiet zurückgegriffen werden (siehe Blazejczak et al.
2008). Dabei steht insbesondere die Entwicklung der industriellen Wertschöpfung in den relevanten
Branchen im Mittelpunkt.
Als zweiter wesentlicher Einflussfaktor werden Technikentwicklungen in der industriellen
Wassernutzung berücksichtigt. Hier stehen die zu einer weiteren Reduzierung der für die Produktionsprozesse
eingesetzten Wassermenge denkbaren technischen Optionen im Mittelpunkt.
Insbesondere sind Einschätzungen zu einer Ausweitung der Mehrfach- und Kreislaufnutzung
von Wasser, einschließlich der Einführung abwasserarmer bzw. abwasserfreier Produktionsverfahren
erforderlich. Zu diesen Fragestellungen liegen Arbeiten des Fraunhofer-
Institutes für Innovations- und Systemforschung vor, die Berücksichtigung finden (Hillenbrand
et al. 2008).
Eine wesentliche Zielsetzung der hier erarbeiteten Szenarien ist die Kontrastierung der mengenmäßigen
Nachfrage nach Wasser mit dem für den Untersuchungszeitraum modellierten
Wasserdargebot unter den Bedingungen des Klimawandels. Keine Berücksichtigung finden
dagegen unmittelbare oder mittelbare Wirkungen klimatischer Veränderungen auf die industrielle
Produktionstechnik oder Produktionsstruktur. Ein Beispiel für eine mittelbare Wirkung
würde z. B. eine durch den Klimawandel begründbare zusätzliche Nachfrage nach Erzeugnis-
Kapitel 2 – Seite 241

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
sen einzelner Branchen darstellen, wie etwa der Getränkeerzeugung oder Klimaanlagentechnik
(Herrington 1996). Eine unmittelbare Wirkung des Klimawandels wäre z. B. durch die
Verminderung von Kühlkapazitäten aufgrund höherer Luft- und Gewässertemperaturen denkbar.
Jedoch lassen sich gegenwärtig, auch insbesondere aufgrund der Heterogenität industrieller
Wassernutzungen und im Unterschied zur thermischen Kraftwerken, keine verallgemeinerbaren
Zusammenhänge ermitteln (Downing et al. 2003).
Die Szenarien industrieller Wassernachfrage ordnen sich in die innerhalb des Verbundprojektes
GLOWA-Elbe skizzierten Szenarien des globalen Wandels ein. Aus der Kombination der
genannten Einflussfaktoren „Wirtschaftsentwicklung“ und „Technikentwicklung“ ergeben
sich dabei in den einzelnen Szenarien differenzierte Entwicklungspfade. Den Ausgangpunkt
bilden dabei zwei globale Szenarien zur sozioökonomischen Entwicklung im Elbeeinzugsgebiet
(A1/B2). Diese werden mit zwei Szenarien zur Technikentwicklung kombiniert, die sich
zum einen durch eine Beibehaltung der Umweltorientierung in den einzelnen Branchen ( 0 )
und zum anderen durch eine verstärkte Umweltorientierung ( + ) auszeichnen. Aus der Kombination
der beiden Komponenten ergeben sich vier Szenarien (Tabelle 1).
Tabelle 1: Qualitative Merkmale der GLOWA-Elbe Entwicklungsrahmen
Szenario Wirtschaftsentwicklung Technikentwicklung
A1 0 - Globalisierung ohne verstärkte
Umweltorientierung
A1 + - Globalisierung mit verstärkter
Umweltorientierung
B2 0 - Differenzierung ohne verstärkte
Umweltorientierung
B2 + - Differenzierung mit verstärkter
Umweltorientierung
Produktion wächst eher dynamisch
Produktion wächst eher moderat
Kapitel 2 – Seite 242
Effizienzentwicklung folgt Trend
Verstärke Effizienzanstrengungen
Effizienzentwicklung folgt Trend
Verstärke Effizienzanstrengungen
Die zu Grunde gelegten Szenarien unterscheiden sich mit Blick auf qualitative und quantitative
Annahmen. Sie lassen sich wie folgt charakterisieren.
A1 0 : Globalisierung ohne verstärkte Umweltorientierung
Das Szenario "A1 ohne verstärkte Umweltorientierung" bildet einen Verlauf ab, in der die industrielle
Wassernutzung sich aus technischer Perspektive entlang der in der jüngeren Vergangenheit
beobachteten Entwicklungslinien entwickelt. Dabei wird für alle relevanten Branchen
des verarbeitenden Gewerbes in Deutschland von einer auch zukünftig zunehmenden
Effizienz der Wassernutzung ausgegangen. Diese schlägt sich insbesondere in einer fortgesetzten
Verringerung spezifischer Wassereinsätze in Produktionsprozessen nieder. In den einzelnen
wasserintensiven Branchen des verarbeitenden Gewerbes setzt sich diese Tendenz mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit fort. So werden in einigen Branchen wie der Papierverarbeitung
und der chemischen Industrie weitere deutliche Effizienzsteigerungen erwartet.
Die wirtschaftliche Entwicklung folgt in diesem Szenario dem durch das überordnete makroökonomische
Szenario vorgegeben Pfad, dabei ist insbesondere die Entwicklung der Produktion
in den einzelnen Branchen von Bedeutung. Vielfach wird ein z. T. deutliches Wachstum
der Produktion angenommen, dies gilt beispielsweise für die exportorientierten Branchen, etwa
der chemischen Industrie oder der Kraftfahrzeugherstellung. Über das gesamte verarbei-

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
tende Gewerbe hinweg wird eine jährliche Zunahme der Bruttoproduktion um 2% zu Grunde
gelegt.
A1 + : Globalisierung mit verstärkter Umweltorientierung
Das Szenario "A1 mit verstärkter Umweltorientierung" bildet eine Entwicklung ab, in der innerhalb
der Branchen des verarbeitenden Gewerbes verstärkte Anstrengungen zu einer weiteren
Senkung des Wassereinsatzes und des Abwasseranfalls vorgenommen werden. Heute vorhandene
technische Potenziale werden in einem hohen Maße ausgeschöpft. Aus diesem Grunde
ergeben sich im Vergleich zum Szenario "A1 ohne verstärkte Umweltorientierung" weiter
verringerte spezifische Wassereinsätze. Die wirtschaftliche Entwicklung folgt auch in diesem
Szenario den skizzierten expansiven Pfad mit deutlichen Wachstumsraten der Produktion.
B2 0 : Differenzierung ohne verstärkte Umweltorientierung
Die wirtschaftliche Entwicklung ist in diesem Szenario in den einzelnen Branchen des verarbeitenden
Gewerbes durch ein vergleichsweise moderates Wachstum der Produktion geprägt
bzw. in einzelnen Fällen nahezu einer Stagnation. Über das gesamte verarbeitende Gewerbe
hinweg wird eine jährliche Wachstumsrate von 1,2% angenommen.
Die technische Entwicklung erfolgt wie im Falle des Szenarios A1 entlang der in der jüngeren
Vergangenheit beobachteten Pfade, somit werden auch in diesem Falle weitere Effizienzverbesserungen
in der industriellen Wassernutzung angenommen.
B2 + : Differenzierung mit verstärkter Umweltorientierung
Auch das Szenario B2 + legt eine moderate Entwicklung der Produktion in den einzelnen
Branchen des verarbeitenden Gewerbes zu Grunde. Jedoch erfolgt, analog zu den Annahmen
zur Technikentwicklung in Szenario A1 + , eine verstärkte Orientierung Richtung einer Senkung
des Wassereinsatzes und des Abwasseranfalls.
2.8.2.2 Auswahl des Modellierungsansatzes
Optionen für die Modellierung
Grundsätzlich stehen für die Prognose der zukünftigen Wassernachfrage verschiedene methodische
Optionen zur Verfügung. Welche Methode zur Anwendung kommen kann, hängt neben
der verfolgten Zielstellung, die sich u. a. in der Länge der Szenarioperiode ausdrückt,
auch von der Verfügbarkeit einer ausreichenden Datengrundlage ab (UKWIR & Environment
Agency 1997). Denkbar wäre eine Fortschreibung der beobachteten Vergangenheitsentwicklung,
wie auch eine bivariate oder multivariate Modellierung, die die Entwicklung der Wassernachfrage
in Abhängigkeit von einer oder mehrerer determinierender Faktoren abbildet.
Trendextrapolation
Als einfachste Möglichkeit wäre eine einfache Trendextrapolation denkbar. Dahinter verbirgt
sich die implizite Annahme, dass alle Determinanten der industriellen Wassernachfrage vollkommen
mit der Variable „Zeit“ korreliert sind. Diese Annahme ist sehr restriktiv und insbesondere
bei einem langfristig orientierten Prognoseansatz mit einem Zeithorizont größer als
10 Jahre regelmäßig nicht zutreffend. Für kurzfristigere Betrachtungen im Bereich von unter 5
Jahren ist dieses Vorgehen jedoch denkbar und kann bei einem geringen Datenbedarf ähnlich
befriedigende Resultate erbringen wie andere Methoden (DVWK 1991: 52-53).
Kapitel 2 – Seite 243

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Bivariate Modellierung
Während im Falle der Trendexploration die Nachfrage im Abhängigkeit vom Faktor „Zeit“
angebildet wird, unterstellen bivariate Ansätze einen Zusammenhang der eingesetzten Wassermenge
mit einer anderen, im Regelfall dem ökonomischen Kontext näher liegenden Größe.
Regelmäßig wird auf einen Zusammenhang zu einer Kenngröße wie der Wertschöpfung einer
Region oder der Beschäftigtenanzahl zurückgegriffen. Aufgrund dieser Verhältnisbetrachtung
wird dieses Vorgehen auch als Koeffizientenansatz bzw. als analytisch-synthetische Methode
bezeichnet (DVWK 1991: 52-53). Die mittels eines Koeffizienten erklärte Wassernachfrage
kann eine Gesamtgröße sein (z.B. gesamte industrielle Wassernachfrage eines Landkreises)
oder sich auf eine speziellere Größe beziehen (z.B. Nachfrage nach Oberflächenwasser zu
Kühlzwecken).
In der einfachsten Anwendungsform könnte ein im Zeitablauf konstanter Koeffizient angenommen
werden, jedoch ist insbesondere für längerfristiger orientierte Überlegungen von dessen
Veränderlichkeit auszugehen, die im Falle des Wassereinsatzes der Industrie insbesondere
durch technischen Fortschritt ermöglicht wird. So ist im Zeitablauf tendenziell von einem
Rückgang des spezifischen Wassereinsatzes je Einheit eines gefertigten Zwischen- oder Endproduktes
auszugehen, jedoch vollzieht sich diese Entwicklung nicht in allen Branchen mit
der gleichen Geschwindigkeit. Liegen Arbeiten zu technischen Entwicklungslinien in den relevanten
Branchen vor, können diese durch eine Variation der zugrunde liegenden Koeffizienten
Berücksichtigung finden.
Der Datenbedarf für bivariate Modelle ist vergleichsweise überschaubar, gleichzeitig bietet
dieses Vorgehen die Möglichkeit, die Entwicklung mehrerer Wirkfaktoren getrennt zu betrachten
und im Rahmen der Vorausschau zu kombinieren.
Multivariate Modellierung
Eine realitätsnähere Abbildung der Wassernachfrage ermöglichen multivariate Modelle, da
eine Mehrzahl von als relevant betrachteten Einflussgrößen herangezogen werden kann. Für
den jeweiligen Einzelfall muss eine geeignete funktionale Formulierung spezifiziert werden.
Beispielsweise kann zwischen den erklärenden Variablen ein additiver oder auch multiplikativer
Zusammenhang zu Grunde gelegt werden.
Soll durch multivariate Modelle tatsächlich eine realitätsgetreuere Abbildung der Zusammenhänge
erfolgen, ist eine ausreichend breite Datengrundlage erforderlich, insbesondere wenn
auch eine räumlich feinere Auflösung erwünscht ist. Die vergleichsweise anspruchsvollen Datenanforderungen
haben in der Vergangenheit dazu geführt, dass dieses Vorgehen nur selten
angewandt wurde. Beispielsweise liegen zu Wasserpreisen und anderen Kosten der Wassernutzung
der Industrie für Deutschland keine zuverlässigen Daten vor, dies gilt insbesondere
für die hier im Mittelpunkt stehende Eigenversorgung mit Wasser.
Verwendete Methode
Aufgrund der langfristig orientierten Betrachtung wird in der vorliegenden Arbeit nicht auf
eine reine Trendextrapolation zurückgegriffen, auch wenn diese theoretisch möglich und aufgrund
der in der Vergangenheit beobachteten, vielfach kontinuierlichen Abnahme der im verarbeitenden
Gewerbe eingesetzten Wassermengen prinzipiell denkbar wäre.
Multivariate Ansätze können aufgrund der verfügbaren Datengrundlage zum gegenwärtigen
Zeitpunkt nicht eingesetzt werden. Im Bereich der amtlichen Wasserstatistiken liegen Branchendaten
aus den Erhebungsjahren 1995, 1998, 2001 und 2004 vor, jedoch stellt sich die
Kapitel 2 – Seite 244

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Frage nach der Belastbarkeit von Ergebnissen, die auf lediglich vier Stützjahren beruhen. Dagegen
wird für die Erstellung multivariater Modellansätze einschlägig eine jährliche Datenbasis
für mindestens 10 Jahre empfohlen (UKWIR & Environment Agency 1997).
Somit wird im Folgenden ein bivariater Modellansatz verfolgt, wie er auch in anderen Regionen
Verwendung findet. Beispielsweise beruht die Modellierung des industriellen Wassereinsatzes
innerhalb des in den USA weit verbreiteten IWR-MAIN-Modells auf branchenspezifischen
Koeffizienten des Wassereinsatzes je Beschäftigten und Tag (Opitz et al. 1998: 101-
102). Dieses Modell wurde auch für Szenariobetrachtungen zu den möglichen Auswirkungen
von Klimaveränderungen auf den Wasserbedarf verschiedener Nutzergruppen eingesetzt (Boland
1997). In jüngerer Zeit wurden durch die britische Environment Agency in einem szenariobasierten
Vorgehen mögliche Entwicklungen der Wassernachfrage durch verschiedene
Nutzergruppen erarbeitet, die für den Bereich der Industrie auch auf einen analytischsynthetischen
Ansatz zurückgreifen (Environment Agency 2001).
Demnach werden ausgehend von den Daten des Basisjahres 2004 branchenbezogenen spezifische
Wassereinsätze bezogen auf eine Einheit an Bruttowertschöpfung ermittelt. Aufbauend
auf der Analyse der technischen Entwicklungen in den einzelnen wasserrelevanten Branchen
werden Pfade für die zukünftige Entwicklung der spezifischen Wassereinsätze für Szenarien
mit ( + ) und ohne ( 0 ) eine verstärkte Umweltorientierung abgeleitet. Unter Berücksichtigung
der für das jeweilige Jahr angenommenen Entwicklung der Produktion in den einzelnen Branchen
für die Szenarien A1/B2 ergibt sich in einem nächsten Schritt der damit verbundene
Wassereinsatz in den betrachteten Branchen.
Produktion
Branche i
Oberflächenwasseraufkommen
Branche i
Spezifisches
Oberflächenwasseraufkommen
Branche i
Basisjahr
2004
Technikszenarien
( 0 / + )
Branche i
Abbildung 3: Vorgehensweise der Szenarioentwicklung
Spezifisches
Oberflächenwasseraufkommen
Branche i
Szenariojahr
20xx
Kapitel 2 – Seite 245
Szenarien
Produktion (A1, B2)
Branche i
Szenariojahr 20xx
Szenarien
OW-Aufkommen
(A10 / A1 + , B20 / B2 + )
Branche i
Szenariojahr 20xx
Szenarien OW-Entnahmen
(A10 / A1 + , B20 / B2 + )
Wassernutzer j
In einem letzten Schritt erfolgt die Übertragung der zunächst für einzelne Branchen ermittelten
Pfade der Wassereinsätze auf einzelne bedeutsame industrielle Wassernutzer im Elbeeinzugsgebiet,
die als Entnehmer innerhalb der Wasserbewirtschaftungsmodells berücksichtigt
werden.

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
2.8.2.3 Datenbasis und Datenerfordernisse
Nutzung von Sekundärdaten
Für die Umsetzung des gewählten analytisch-synthetischen Ansatzes müssen zunächst Angaben
zur Wassernutzung in den relevanten Branchen des verarbeitenden Gewebes für ein Basisjahr
herangezogen werden. Diese werden der amtlichen Statistik entnommen. Zuletzt erhobene
Daten zur Wassernutzung in der Industrie liegen für das Jahr 2004 vor (Statistisches
Bundesamt 2006b). Dieses wird für die weiteren Betrachtungen als Basisjahr gewählt, alle
korrespondierenden Angaben, insbesondere zur Produktion in den betrachteten Branchen beziehen
sich auch auf dieses Jahr. Die im Rahmen der amtlichen Wasserstatistik erhobenen
Angaben liegen auch auf der Ebene des Elbeeinzugsgebietes vor, jedoch erweist es sich als
methodisch schwierig, Daten zur wirtschaftlichen Aktivität ebenfalls auf der Ebene von
Flusseinzugsgebieten zu gewinnen. Aus diesem Grund muss als räumliche Bezugsebene
Deutschland insgesamt gewählt wählen. Damit wird implizit angenommen, dass sich die
Entwicklung der Wassernutzung im Elbeeinzugsgebiet ähnlich zu der Entwicklung im gesamten
Bundesgebiet darstellt. Ein Vergleich der Entwicklung der Indizes der Nettoproduktion
für die neuen Bundesländer mit der für das gesamte Bundesgebiet ausgewiesenen Entwicklung
verdeutlicht insbesondere für die jüngere Vergangenheit eine überdurchschnittliche Produktionsausweitung
in vielen Branchen des verarbeitenden Gewebes in den neuen Ländern.
So sind mit der hier getroffenen Annahme gewisse Unsicherheiten verbunden, doch erscheint
es mit Blick auf den relativ langen Szenariozeitraum vertretbar, von vergleichbaren Entwicklungen
im gesamten Bundesgebiet auszugehen, da etwaige strukturelle Besonderheiten der
Produktion in den ostdeutschen Bundesländern im Zeitablauf tendenziell in den Hintergrund
treten dürften.
Zur Erarbeitung von Szenarien zur Wassernutzung der Industrie sind weiterhin Überlegungen
zur zukünftigen Entwicklung der Effizienz der Wassernutzung erforderlich, die insbesondere
auch technologische Trends in einzelnen Branchen berücksichtigen. Eine ausreichende Differenzierung
der relevanten Branchen ist auch deshalb geboten, um divergierende Entwicklungen
etwa im Bereich der Technikentwicklung zu berücksichtigen. Da die entwickelten Szenarien
zur Modellierung der Oberflächenwassernutzung bedeutsamer Direktentnehmer im Elbeeinzugsgebiet
genutzt werden sollen, werden insbesondere jene Branchen näher beleuchtet die
als Direktentnehmer von Bedeutung sind.
Betriebsbefragung im Elbeeinzugsgebiet
Zur Ergänzung der vorliegenden Datenlage der amtlichen Statistik wurde durch die TU Berlin
im Herbst 2006 eine auf das Elbeeinzugsgebiet eingegrenzte Befragung von Betrieben des
verarbeitenden Gewerbes durchgeführt. Auf der Basis einer Sonderauswertung der amtlichen
Daten zur Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung für das Jahr 2004 wurden zunächst
jene Branchen identifiziert, die bezogen auf den Frischwassereinsatz im Untersuchungsgebiet
von quantitativer Bedeutung sind. Um den Untersuchungsaufwand in vertretbarem Rahmen
zu halten, richtete sich die schriftliche Befragung an Betriebe mit 50 und mehr Beschäftigten.
Insgesamt wurden 1602 Betriebe angeschrieben und um Angaben zur betrieblichen Wassernutzung
einschließlich technischer und ökonomischer Aspekte gebeten. Von den eingegangenen
301 Antworten konnten insgesamt 292 Fragebögen zu Auswertungszwecken genutzt
werden. Dies entspricht einem verwertbaren Rücklauf von 18,2%.
Kapitel 2 – Seite 246

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Tabelle 2: Branchenverteilung in Betriebsbefragung
Branche Befragte Betriebe Antworten Rücklaufquote
Ernährungsgewerbe 408 57 14,0%
Textilgewerbe 14 10 71,4%
Papierverarbeitung 93 20 21,5%
Mineralölverarbeitung 18 4 22,2%
Chemische Industrie 236 61 25,8%
Metallerzeugung und -bearbeitung 138 23 16,7%
Andere Branchen 695 117 16,8%
Gesamt 1602 292 18,2%
Die Bearbeitung der Fragebögen erfolgte zumeist durch Personen im Betrieb, die mit Aufgaben
der Wasserversorgung und Abwasseraufbereitung vertraut sind. Neben einer Einschätzung
des zukünftigen Einsatzes bestimmter Techniken und Verfahren im Wasser- und Abwasserbereich,
wurden die Befragten auch um eine Einschätzung der Entwicklung des
Frischwassereinsatzes in der näheren Zukunft gebeten. Dabei geht die Mehrzahl von 58% aller
Betriebe von einem unveränderten Wassereinsatz bis zum Jahr 2011 aus (Abbildung 4).
Dagegen wird in 29% aller Betriebe ein erhöhter Wassereinsatz vermutet, im Wesentlichen
begründet durch eine Ausweitung der Produktion. Die verbleibenden 13% aller Betriebe geben
einen voraussichtlichen Rückgang an, teilweise aufgrund von Umstellungen der Produktpalette,
teilweise aufgrund der Ausweitung Wasser sparender Produktionsverfahren.
Alle befragten Betriebe
Betriebe mit
Oberflächenwassernutzung
Betriebe ohne
Oberflächenwassernutzung
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Abnahme Keine Veränderung Zunahme
Abbildung 4: Entwicklung des Frischwassereinsatzes bis zum Jahr 2011 (Eigene Erhebung in 284 Betrieben)
Ein etwas anderes Bild ergibt sich bei einer speziellen Betrachtung der Betriebe mit und ohne
eine Eigenversorgung mit Wasser. Unter jenen Betrieben die auf Oberflächenwasser zugreifen,
gehen etwa 21% von sinkenden Frischwassereinsätzen aus, darunter befinden sich auch
einige mengenmäßig bedeutsame Entnehmer innerhalb des Elbeeinzugsgebietes. In Verbindung
mit den weiteren Angaben zur technischen Entwicklung innerhalb der Befragung ergeben
sich daher Hinweise auf einen tendenziell rückläufigen Frischwassereinsatz in den relevanten
Branchen.
Kapitel 2 – Seite 247

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
2.8.2.4 Detailschritte der Nachfragemodellierung
Spezifische Oberflächenwasserentnahme im Basisjahr
Den Ausgangspunkt der Betrachtungen bildet die spezifische Oberflächenwasserentnahme in
den einzelnen Branchen des verarbeitenden Gewerbes. Grundsätzlich wäre ein Bezug der entnommenen
bzw. der eingesetzten Wassermenge je Einheit eines produzierten Zwischen- oder
Endproduktes eine denkbare Grundlage, auf der die Wasserintensität der Produktion und deren
Entwicklung im Zeitverlauf verfolgt werden könnte. Aufgrund der Vielfalt und Heterogenität
der Erzeugnisse, sowie der verschiedenen Mengen- und Maßeinheiten, erweist sich ein
solches Vorgehen für das verarbeitende Gewerbe als nicht praktikabel. Daher wird auf die
Bruttowertschöpfung in den Branchen des verarbeitenden Gewerbes als ein Maß für den Umfang
der Produktion zurückgegriffen. Abbildung 5 stellt die spezifische Oberflächenwasserentnahme
je Euro an Bruttowertschöpfung in Deutschland für das Basisjahr 2004 dar.
Spezifischer Oberflächenwassereinsatz
in m³ je Euro Bruttowertschöpfung
70
60
50
40
30
20
10
0
Textil Ernährung Mineralöl Metall Papier Chemie Verarbeitendes
Gewerbe
Abbildung 5: Spezifischer Oberflächenwassereinsatz 2004 (Statistisches Bundesamt 2006a, b)
Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass einige Branchen durch eine vergleichsweise hohe
spezifische Oberflächenwasserentnahme geprägt sind. Hierzu gehören das Papiergewerbe, die
Mineralölverarbeitung, die chemische Industrie sowie die Metallerzeugung und -bearbeitung.
Entwicklung des spezifischen Wassereinsatzes
Für die hier langfristig orientierten Betrachtungen zur Wassernutzung des verarbeitenden
Gewerbes kann nicht von einer Konstanz des spezifischen Wassereinsatzes und der damit verbundenen
Wasserentnahmen ausgegangen werden. Vielmehr wird davon auszugehen sein,
dass dieser aufgrund stetiger Veränderungen in der Produktionstechnologie variabel ist. Die
Einführung neuer Produktionstechnologien kann prinzipiell mit einem niedrigeren wie auch
höheren spezifischen Wassereinsatz verbunden sein. Jedoch ist unter den Rahmenbedingungen
der industriellen Wassernutzung in Deutschland von einem im Zeitablauf rückläufigen
spezifischen Wassereinsatz auszugehen, wie er auch über lange Jahre beobachtbar war. Diese
Erwartung wird auch durch die Entwicklung des Nutzungsfaktors, definiert als das Verhältnis
Kapitel 2 – Seite 248
10,0

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
der in Rahmen von Mehrfach- und Kreislaufnutzung genutzten Menge zur eingesetzten Menge
an Frischwasser, im Zeitraum von 1991 bis 2004 bestätigt (Abbildung 6). Während sich für
das gesamte verarbeitende Gewerbe ein um rund 55% höherer Nutzungsfaktor feststellen
lässt, ist für einige Branchen auch eine deutlich stärkere Zunahme der Effizienz der Wassernutzung
erkennbar. Ein herausragendes Beispiel bildet die Papierverarbeitung mit einer Steigerung
des Nutzungsfaktors um 115% im Betrachtungszeitraum.
Nutzungsfaktor
14
12
10
8
6
4
2
0
Textil Chemie Ernährung Papier Metall Mineralöl Verarbeitendes
Gewerbe
Abbildung 6: Wassernutzungsfaktoren 1991 und 2004 (Statistisches Bundesamt 1995, 2006b)
Grundsätzlich wäre eine einfache Fortschreibung der in der Vergangenheit beobachteten Entwicklung
des spezifischen Wassereinsatzes auch für den Szenariozeitraum denkbar. Um die
speziellen Branchengegebenheiten jedoch umfassender einschätzen zu können, wurden über
die Auswertung der Vergangenheitsentwicklung hinaus verschiedene, einander ergänzende
Methoden verwendet. Einen zentralen Baustein bildet dabei eine Analyse der technischen
Entwicklungen insbesondere in den wasserintensiven Branchen des verarbeitenden Gewerbes
(nach Hillenbrand et al. 2008).
Im Ergebnis wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit auch für die Zukunft von einer weiteren
Abnahme des spezifischen Wassereinsatzes ausgegangen, der sich jedoch nicht in allen
betrachteten Branchen mit der gleichen Geschwindigkeit vollzieht. S schreitet die Einführung
von Membrantechnologien z. B. zur Wasserrückgewinnung aus Abwasserteilströmen in einigen
Branchen wie der chemischen Industrie oder der Papierverarbeitung relativ schnell voran.
Wegen der Heterogenität der technischen Prozesse kann sinnvoller Weise nur eine Bandbreite
für die erwartete Entwicklung des spezifischen Wassereinsatzes angegeben werden. Aufgrund
des Gesamtbildes der Auswertung der Technikentwicklung werden daher die in Tabelle 3 angegebenen
Trends für die Entwicklung des spezifischen Wassereinsatzes zugrunde gelegt.
Kapitel 2 – Seite 249
4,0
6,2

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Tabelle 3: Entwicklung der spezifischen Wassereinsätze bis 2020 (nach Hillenbrand et al. 2008)
Wirtschaftszweig Erwarteter Rückgang Rate des jährlichen Rückgangs
Ernährungsgewerbe 20 bis 30% 1,4 bis 2,2%
Textilgewerbe 30 bis 40% 2,2 bis 3,1%
Papiergewerbe 40 bis 50% 3,1 bis 4,2%
Mineralölverarbeitung 20 bis 30% 1,4 bis 2,2%
Chemische Industrie 30 bis 40% 2,2 bis 3,1%
Metallerzeugung und -bearbeitung 20 bis 30% 1,4 bis 2,2%
Sonstiges verarbeitendes Gewerbe 20 bis 30% 1,4 bis 2,2%
Neben den sechs separat betrachteten wasserintensiven Branchen wird auch für das sonstige
verarbeitende Gewebe ein allgemeiner Rückgang des spezifischen Wassereinsatzes angenommen.
Die angegebenen Spannen des Rückgangs des spezifischen Wasserbedarfs werden
im Rahmen der Szenarioentwicklung berücksichtigt. So wird in den Szenarien mit einer konventionellen
Orientierung der Umweltpolitik der untere Wert verwendet, während in den Szenarien
mit einer verstärkten Umweltpolitik der obere Wert zu Grunde gelegt wird.
Die Anwendung der skizzierten Raten der Verringerung des spezifischen Wassereinsatzes
führt für jede betrachtete Branche bzw. das sonstige verarbeitende Gewerbe zu zwei verschiedenen
Pfaden für die Entwicklung des spezifischen Wassereinsatzes. Abbildung 7 illustriert
die angenommene Entwicklung für die Szenarien ohne verstärkte Umweltorientierung
(A1 0 /B2 0 ). Ein vergleichbarer Verlauf ergibt sich für die Szenarien mit verstärkter Umweltorientierung,
dann jedoch mit deutlicheren Rückgängen des spezifischen Wassereinsatzes.
Spezifischer Oberflächenwassereinsatz
in m³ je Euro Bruttowertschöpfung
70
60
50
40
30
20
10
0
Chemie
Papier
Metall
Mineralöl
Verarbeitendes
Gewerbe
Ernährung
Textil
2000 2004 2008 2012 2016 2020
Abbildung 7: Entwicklung spezifischer Wassereinsätze gemeinsam für Szenarien A1 0 und B2 0
Die in der Vergangenheit beobachteten spezifischen Wassereinsätze unterliegen in den jeweiligen
Stichjahren der amtlichen Statistik Schwankungen. Dagegen wird im vorliegenden Ansatz
für deren zukünftige Entwicklung eine Abnahme mit einer konstanten Rate zugrunde ge-
Kapitel 2 – Seite 250

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
legt. Dies impliziert, dass der technische Fortschritt kontinuierlich verläuft, jedoch die absolute
Abnahme der spezifischen Wassereinsätze von Jahr zu Jahr geringer wird.
Eine vergleichende Betrachtung der Entwicklung spezifischer Wassereinsätze zwischen den
Szenarien mit und ohne verstärkter Umweltorientierung, hier beispielhaft für die bedeutsamen
Branchen Papierverarbeitung und chemische Industrie, zeigt die Bandbreite der erwarteten
Entwicklungen auf (Abbildung 8).
Spezifischer Oberflächenwassereinsatz
in m³ je Euro Bruttowertschöpfung
70
60
50
40
30
20
10
0
2004 2008 2012 2016 2020
Kapitel 2 – Seite 251
Chemie 0
Chemie +
Papier 0
Papier +
Abbildung 8: Spezifischer Wassereinsatz in Szenarien mit ( + ) und ohne ( 0 ) verstärkter Umweltorientierung
Die für die einzelnen Sektoren und Szenarien skizzierten Pfade reichen bis zum Jahr 2020.
Grundsätzlich könnte auch über den Betrachtungszeitraum hinaus von einer weiterhin zunehmenden
Effizienz der Wassernutzung in den einzelnen Branchen ausgegangen werden. Jedoch
wird aufgrund der bis zum Jahr 2020 reichenden Technikvorausschau für darüber hinausgehende
Modellierungsperioden zunächst von einer Konstanz der jeweiligen spezifischen Wassereinsätze
ausgegangen.
Entwicklung der Produktion
Neben der Technikentwicklung ist als zweiter wesentlicher Einflussfaktor die Entwicklung
der Produktion in den einzelnen Branchen des verarbeitenden Gewerbes zu berücksichtigen.
Aufgrund des stetigen strukturellen Wandels kann nicht von einer gleichartigen Entwicklung
der Produktionsmengen innerhalb des verarbeitenden Gewerbes ausgegangen werden.
Angaben über die sektorale Entwicklung der Produktion im Betrachtungszeitraum bis 2020
stehen in Form der Szenarien "Globalisierung" und "Differenzierung" für Deutschland insgesamt
zur Verfügung, die durch das DIW Berlin erarbeitet wurden (siehe Blazejczak et al.
2008). Insgesamt stellt es sich als methodisch sehr schwierig dar, belastbare Aussagen zu
sektoralen Entwicklungen unterhalb der nationalen Ebene zu treffen. So liegen für Deutschland
beispielsweise keine regionalen Input-Output-Tabellen vor, die wirtschaftlichen Verflechtungen
abbilden und somit räumlich feiner aufgelöste Angaben zur Produktionsentwicklung
gestatten würden. Aus diesem Grunde wird für die langfristige wirtschaftliche Entwicklung
innerhalb des Elbeeinzugsgebietes angenommen, dass sich diese vergleichbar zur Ent-

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
wicklung in Deutschland insgesamt vollzieht. In Erweiterung zu anderen vorliegenden Arbeiten
(siehe Kapitel 1.2) kann jedoch eine sektorale Differenzierung vorgenommen werden,
welche auch eine adäquatere Modellierung der Wassernutzung in verschiedenen Branchen
ermöglicht. Für diese werden Änderungsraten des Bruttoproduktionswertes im Zeitraum 2002
bis 2020 ausgewiesen (Abbildung 9).
Durchschnittliches jährliches
Wachstum des Bruttoproduktionswertes
3%
2%
1%
0%
A1 Globalisierung
B2 Differenzierung
Ernährung Textil Papier Mineralöl Chemie Metall Verarbeitendes
Gewerbe
Abbildung 9: Entwicklung der Produktion in ausgewählten Branchen (nach Blazejczak et al. 2008)
Eine geeignete Bezugsgröße für den Umfang der Produktion in den einzelnen Branchen stellt
der Nettoproduktionswert dar. Diese ergibt sich als Differenz zwischen dem Bruttoproduktionswert
und den inländischen wie ausländischen Vorleistungen. Aufgrund der verfügbaren
Datengrundlage wird angenommen, dass sich die Nettoproduktionswerte in den einzelnen
Branchen ähnlich entwickeln wie die Bruttoproduktionswerte. Aufgrund der möglichen und
tendenziell zu erwartenden Verringerung der Fertigungstiefe, die sich in einer fortschreitenden
Zunahme von Vorleistungen niederschlägt, impliziert diese Annahme, dass die ausgewiesenen
Werte für die Entwicklung der Nettoproduktion eine obere Grenze der erwartbaren
Entwicklung aufzeigen.
Analytisch-synthetische Zusammenführung
Mit der nach Branchen und zwei Pfaden der Technikentwicklung (konventionelle vs. verstärkte
Umweltorientierung) unterschiedenen Entwicklung der spezifischen Wassereinsatzes
sowie zwei Pfaden der Wirtschaftsentwicklung in den einzelnen Branchen (Globalisierung vs.
Differenzierung) stehen die für die Umsetzung des analytisch-synthetischen Ansatzes erforderlichen
Elemente bereit. Deren paarweise Kombination führt zu insgesamt vier verschiedenen
Pfaden der Entwicklung des Wassereinsatzes in den Branchen des verarbeitenden Gewerbes.
Für ein bestimmtes Szenariojahr (t=2004, ... , 2020) ergibt sich die eingesetzte Wassermenge
der Branche i aus dem spezifischen Wassereinsatz des Szenariojahres und der Produktion in
diesem Szenariojahr. Da über das Jahr 2020 hinaus keine Informationen zur Produktionsent-
Kapitel 2 – Seite 252

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
wicklung vorliegen, wird für weitere Verwendungen innerhalb der Modellierung ab diesem
Zeitpunkt von konstanten Wassereinsatzmengen ausgegangen.
2.8.3 Ergebnisse
2.8.3.1 Allgemeine Entwicklung für das verarbeitende Gewerbe
Bevor auf die Ergebnisse für einzelne bedeutsame Branchen eingegangen wird, soll zunächst
auf allgemeine Tendenzen der Entwicklung der ermittelten Wasserentnahmen eingegangen
werden.
Allgemein ist für die Mehrzahl der Branchen in der Mehrzahl der Szenarien von einem rückläufigen
Wassereinsatz auszugehen. Dies beutet tendenziell, dass die Wirkungen von technischen
Effizienzgewinnen in der überwiegenden Zahl der betrachteten Konstellationen so hoch
sind, dass eventuelle höhere Wasserbedarfe aufgrund einer Produktionsausweitung kompensiert
werden können.
Von dieser generellen Tendenz weicht am ehesten das Szenario A1 0 ab, in dem eine hohe
wirtschaftliche Aktivität zu Grunde gelegt wird, gleichzeitig sich die Technikentwicklung
eher trendbehaftet entwickelt. Als Folge ergibt sich im Szenario eine leichte Zunahme der
jährlichen Oberflächenwasserentnahmen um rund 2% von 700 Mio. m³ auf 714 Mio. m³ im
Jahre 2020. In den anderen Szenarien werden in der Summe rückläufige Entnahmemengen
aufgewiesen. Dabei liegen die Ergebnisse für das Szenario A1 + mit einem Rückgang von
12,1% auf rund 616 Mio. m³ und für das für das Szenario B2 0 mit einem Rückgang von
10,8% auf rund 625 Mio. m³ in einer vergleichbaren Größenordnung. Dagegen fällt der Rückgang
im Szenario B2 + mit 33,1% auf 539 Mio. m³ deutlicher aus.
In der Mehrzahl der Branchen ergibt sich für das Jahr 2020 im Vergleich zum Jahr 2002 ein
moderater Rückgang des Wassereinsatzes zwischen 10 bis 15% (Abbildung 10). Jedoch sind
in einzelnen Branchen auch höhere Einsatzmengen zu verzeichnen, dies gilt etwa für die
chemische Industrie (+ 6,8%) oder auch die Metallerzeugung (+ 2,4%).
Kapitel 2 – Seite 253

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
120%
110%
100%
90%
80%
70%
2004 2008 2012 2016 2020
Kapitel 2 – Seite 254
Chemie
Metall
Glas, Keramik
Ernährung
Textilien
Papier
Abbildung 10: Entwicklung der Entnahmemengen ausgewählter Branchen für Szenario A1 0
Im Vergleich hierzu ergeben sich für das umweltorientierte Szenario A1 + stärker zurückgehende
Wassereinsatzmengen. Diese bewegen sich für viele Branchen im Bereich eines Rückganges
von 15 bis 20%, vereinzelt auch deutlich darüber hinaus, wie etwa im Falle der Papierverarbeitung
mit einem Rückgang von rund 32%
Das Szenario B2 0 weist für viele Branchen sehr ähnliche Entwicklungen aus, wie das Szenario
A1 + , jedoch ist dies auf verschiedene Hintergründe zurückzuführen. Während in letzterem
ein durch eine deutliche Zunahme der Produktion hervorgerufener Wassermehrbedarf durch
die verstärkte Erschließung technischer Einsparpotenziale kompensiert wird, entwickelt sich
in Szenario B2 0 die Produktion allgemein deutlich moderater. Aus diesem Grunde ergeben
sich geringere Wassereinsatzmengen.
Unter allen Fällen ergeben sich die höchsten Rückgänge der eingesetzten Wassermengen im
Szenario B2 + . Hier trifft eine moderate Entwicklung der Produktion auf verstärkte Wassereinsparbemühungen.
Im Ergebnis werden Rückgänge von 20 bis 30% ausgewiesen, vereinzelt
auch darüber hinaus.
2.8.3.2 Entwicklung der Wasserentnahmen bedeutsamer Branchen
An dieser Stelle soll etwas detaillierter auf die Entwicklung des Wassereinsatzes für zwei der
im Rahmen der späteren Verwendung innerhalb des Wasserbewirtschaftungsmodells WBal-
Mo besonders bedeutsamen Branchen eingegangen werden. Die Hälfte der dort berücksichtigten
industriellen Wassernutzer gehört entweder der chemischen Industrie oder der Papierverarbeitung
an.
Chemische Industrie
Im Vergleich zu vielen anderen Branchen mit eindeutig rückläufigen Wassereinsatzmengen
ergibt sich für die chemische Industrie ein etwas heterogeneres Bild. Zum einen wird für diese
Branche die Erschließung relativ hoher Einsparpotenziale erwartet, eine Senkung des spezifi-

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
schen Wassereinsatzes um 30 bis 40% erscheint möglich (Hillenbrand et al. 2008). Jedoch
wird zum anderen gleichzeitig eine überdurchschnittliche Entwicklung der Produktion im
Szenario Globalisierung mit einer jährlichen Wachstumsrate von 2,69% zu Grunde gelegt,
dieser Wert fällt im Szenario Differenzierung mit 1,76% etwas moderater aus.
Mit Blick auf die jüngere Vergangenheit lassen sich im Elbeeinzugsgebiet zunehmende Entnahmen
durch die chemische Industrie feststellen. So nahm das Oberflächenwasseraufkommen
im Zeitraum von 1998 bis 2004 von rund 284 Mio. m³ auf 394 Mio. m³ zu, für frühere
Zeiträume liegen leider keine einzugsgebietweiten Angaben vor. An dieser Stelle wird die
Sonderposition der chemischen Industrie innerhalb des verarbeitenden Gewerbes im Untersuchungsgebiet
deutlich.
Oberflächenwasserentnahme in Mio. m³
450
400
350
300
250
200
150
100
1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022
Abbildung 11: Oberflächenwassereinsatz der chemischen Industrie im Elbeeinzugsgebiet (Sonderauswertungen
des Statistischen Bundesamtes, eigene Berechnungen)
So ergibt sich auch im Szenario A1 0 eine weitere Zunahme der Entnahmemengen um knapp
7% auf 420 Mio. m³ im Zeitraum von 2004 bis 2020, welche insbesondere auf eine dynamische
Entwicklung der Produktion zurückzuführen ist (Abbildung 11). In der umweltorientierten
Variante A1 + ist dagegen ein leichter Rückgang des Wassereinsatzes um 8% auf 361 Mio.
m³ zu verzeichnen. Ein ähnlicher Wert ergibt sich auch für das Szenario B2 0 mit 364 Mio. m³.
Schließlich ist im umweltorientierten Szenario B2 + ein Rückgang des Wassereinsatzes um
11% zu verzeichnen. Im Vergleich aller Szenarien wird für die chemische Industrie überwiegend
ein leichter Rückgang des Wassereinsatzes ausgewiesen, bei einer dynamischen wirtschaftlichen
Entwicklung ist jedoch im Betrachtungszeitraum auch eine wachsende quantitative
Inanspruchnahme von Wasserressourcen denkbar.
Papiergewerbe
Die zahlenmäßig größte in WBalMo berücksichtigte Gruppe einzelner industrieller Nutzer
von Oberflächengewässern bildet das Papiergewerbe. Für diese Branche werden die höchsten
Einsparpotenziale im Szenariozeitraum erwartet, eine Senkung des spezifischen Wassereinsatzes
um 40 bis 50% erscheint möglich (Hillenbrand et al. 2008). Gleichzeitig wird für die
Kapitel 2 – Seite 255
A1 0
B2 0
A1 +
B2 +

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Zukunft eine nur moderate Entwicklung der Produktion angenommen, mit durchschnittlichen
jährlichen Wachstumsraten von 1,15% (Globalisierung) bzw. 0,49% (Differenzierung). Beide
Faktoren wirken tendenziell entlastend mit Blick auf die Inanspruchnahme von Wasserressourcen.
Im Jahre 2004 lag das Oberflächenwasseraufkommen in der Papierverarbeitung bei
knapp 47 Mio. m³.
Oberflächenwasserentnahme in Mio. m³
60
50
40
30
20
10
0
Kapitel 2 – Seite 256
A1 0
A1 +
B2 0
1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022
Abbildung 12: Oberflächenwassereinsatz der Papierverarbeitung im Elbeeinzugsgebiet (Sonderauswertungen des
Statistischen Bundesamtes, eigene Berechnungen)
So nimmt bereits im Szenario A1 0 der Wassereinsatz zwischen 2004 und 2020 um rund 18%
auf 38 Mio. m³ ab, im umweltorientierten Szenario A1 + ist dieser Wert mit einem Rückgang
von 32% auf 32 Mio. m³ noch deutlicher ausgeprägt (Abbildung 12). In den ökonomisch weniger
dynamischen Szenarien B2 0 und B2 + sind Rückgänge von 30% und 41% auf 33 Mio. m³
bzw. 27 Mio. m³ zu verzeichnen. Im Vergleich aller Szenarien zeigt sich für das Papiergewerbe
durchweg ein Rückgang des Wassereinsatz und somit eine tendenziell geringere quantitative
Inanspruchnahme von Wasserressourcen.
2.8.3.3 Übertragung auf Wassernutzer in Bewirtschaftungsmodell
Die für die chemische Industrie und das Papiergewerbe beispielhaft skizzierten Pfade zukünftiger
Wassereinsatzmengen wurden innerhalb des Projektverbundes auf einzelne direkt entnehmende
Nutzer im Elbeeinzugsgebiet übertragen. Die innerhalb des Bewirtschaftungsmodells
WBalMo erfassten Wasserentnahme- und Rückleitungsmengen für einzelne Wassernutzer
werden um die skizzierten Entwicklungen der einzelnen Szenarien angepasst. Dieses Vorgehen
abstrahiert von eventuellen standortspezifischen Gegebenheiten, da sich die Wassernutzung
einzelner Betriebe annahmegemäß analog der Branchenentwicklung vollzieht.
Im Mittelpunkt der Szenarien steht die entnommene Oberflächenwassermenge, die durch die
Betriebe tatsächlich genutzte Wassermenge weicht durch Mehrfach- und Kreislaufnutzung in
vielen Fällen zum Teil erheblich hiervon davon ab. Die Auswahl der Betriebe wird durch die
hydrologische Auflösung von WBalMo gesteuert, der Blick richtet sich also auf mengenmäßig
bedeutsame Entnehmer in verschiedenen Branchen (Tabelle 4). Dagegen werden Entneh-
B2 +

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
mer, die in WBalMo nicht aufgelöst werden können, aber u. U. aus ökonomischer bzw. regionaler
Sicht bedeutsam sein könnten, nicht abgebildet.
Tabelle 4: Verteilung der in WBalMo berücksichtigten Nutzer nach Branchen
Wirtschaftszweig Anzahl an Nutzern
Steine und Erden 6
Ernährungsgewerbe 11
Textilgewerbe 8
Papierverarbeitung 22
Chemische Industrie 21
Metallerzeugung und -bearbeitung 5
Herstellung von Metallerzeugnissen 4
Sonstiges verarbeitendes Gewerbe 9
Industrielle Wassernutzer insgesamt 86
Für die Entnahme aus Oberflächengewässern und die Rückleitung liegt ein für jeden Nutzer in
WBalMo hinterlegter Jahresgang vor, der sich aus den individuellen monatlichen Entnahmen
und Rückleitungen zusammensetzt. Dabei ist eine über das gesamte Jahr hinweg konstante
Entnahmeforderung ebenso denkbar, wie eine Saisonalität, z. B. in Form einer erhöhten Anforderung
in den Sommermonaten. Die vorgelegten Szenarien zur Wassernachfrage nehmen
dann eine etwaige Saisonalität der Nachfrage als gegeben an. Weiterhin wird angenommen,
dass sich das Verhältnis zwischen entnommenen und wieder dem Gewässer zugeführten Wassermengen
im Modellierungszeitraum konstant bleibt. Diese Annahme lässt sich mit Blick auf
die in der amtlichen Statistik verzeichneten Wasserentnahme- und Rückleitungsmuster begründen.
So belief sich im Durchschnitt der Jahre 1998 bis 2004 der eigentliche Verbrauch
von Wasser durch das verarbeitende Gewerbe etwa durch Verdunstung, Verdampfung oder
den Eingang in Produkte auf durchschnittlich 8,8%. Nach einer früheren Analyse durch (Winje
& Witt 1983: 20) schwankte im Zeitraum von 1957 bis 1973 der Wasserverbrauch des industriellen
Sektors zwischen 8,4% und 10%. Trotz erheblicher struktureller Veränderungen
etwa in der Produktpalette lässt sich also aus den verfügbaren Beobachtungen eine im Zeitablauf
relativ konstante Verbrauchsrate erkennen.
Dennoch ist grundsätzlich denkbar, dass sich dieses Verhältnis von Entnahme und Rückleitung
durch verschiedene Faktoren im Zeitablauf ändert. So können mit einer Umstellung von
Kühlverfahren in Richtung von Kreislaufkühlung höhere Wasserverluste durch Verdunstung
und Verdampfung verbunden sein. Ähnliche Wirkungen könnte auch der Klimawandel mit
höheren Umgebungstemperaturen verursachen, jedoch liegen sich bislang keine empirisch
gesicherten Erkenntnisse vor, die für die vorliegende Untersuchung genutzt werden könnten
(Downing et al. 2003). Auch aus der durchgeführten Betriebsbefragung im Elbeeinzugsgebiet
ließen sich hierzu keine belastbaren Schlussfolgerungen ableiten.
2.8.4 Ausblick und Diskussion
Vor einer Einordnung der hier vorgelegten Szenarioergebnisse soll noch auf die Sensitivität
der hier aufgeworfenen Szenarien mit Bezug auf die zentralen Faktoren der Technik- und
Wirtschaftsentwicklung eingegangen werden. Beispielhaft können an dieser Stelle die Ergebnisse
des Szenarios A1 0 herangezogen werden (Abbildung 13). Dieses Szenario zeichnet sich
durch eine relativ dynamische, jedoch in den einzelnen Branchen differenzierte Entwicklung
der Produktion aus. Dagegen wird für die Entwicklung der Effizienz der Wassernutzung ein
Verlauf ähnlich wie in der jüngeren Vergangenheit zugrunde gelegt.
Kapitel 2 – Seite 257

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Änderung des Wassereinsatzes bis 2020
60%
40%
20%
0%
-20%
-40%
-60%
Ernährung Textil Papier Mineralöl Chemie Glas,
Keramik
Wirtschaftliche Entwicklung Technologieentwicklung Nettoeffekt
Abbildung 13: Sensitivität der Ergebnisse am Beispiel des Szenario A1 0
In den für die Wassernutzung relevanten Branchen des verarbeitenden Gewerbes würde der
Wassereinsatz alleinig aufgrund der angenommenen Produktionsausweitung im Betrachtungszeitraum
bis zum Jahr 2020 ausgeweitet werden. Jedoch wird dieser Effekt in der überwiegenden
Zahl der Branchen durch den Pfad des technischen Fortschrittes überkompensiert.
Eine Ausnahme bilden im Szenario A1 0 die chemische Industrie sowie die Metallerzeugung
und Metallbearbeitung.
Die skizzierten Ergebnisse beziehen sich zunächst auf den Wassereinsatz und die Wassernutzung
direkt entnehmender Betriebe. In diesen Fällen findet Wasser als Produktionsfaktor mittel-
oder unmittelbar Eingang in die Produktion. Die Betrachtungen zur zukünftigen Effizienz
der Wassernutzung beziehen sich daher auch in erster Linie auf Optionen der Wassernutzung
für Kühl- und Prozesszwecke. In wie weit sich die Szenarien auch auf netzversorgte Betriebe
und Branchen mit einer ggf. anderen Wassernutzungsstruktur übertragbar wären, bedarf einer
eigenen Untersuchung.
Unabhängig von der konkreten Verwendung der Szenarien innerhalb des Projektverbundes
stellt sich die Frage nach einer vergleichenden Betrachtung mit den im einleitenden Abschnitt
genannten, für das Elbeeinzugsgebiet in jüngerer Zeit vorgelegten Arbeiten (Abbildung 14).
Auch wenn sich diese nicht auf identische Zeiträume beziehen, sind deutliche Unterschiede zu
verzeichnen.
Kapitel 2 – Seite 258
Metall

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Döll & Vassolo
(2004) B2
Döll & Vassolo
(2004) A1
GLOWA B2 +
GLOWA B2 0
GLOWA A1 +
Kapitel 2 – Seite 259
0%; IKSE (2005a)
GLOWA A1 0
-90% -70% -50% -30% -10% 10%
Abbildung 14: Szenarien der Entwicklung industrieller Entnahmen im Elbeeinzugsgebiet
Während die hier vorgelegten Szenarien eine gewisse Spannweite um das von der (IKSE
2005a) erwartete Stagnationsszenario herum aufzeigen, weichen die Ergebnisse von (Döll &
Vassolo 2004) deutlich hiervon ab. Maßgeblich ist hierfür weniger der dort leicht verlängerte
Zeithorizont bis in das Jahr 2025 als eine vergleichsweise hohe angenommene Rate der jährlichen
Steigerung der Effizienz der Wassernutzung. Diese fällt, nach einer für wesentliche
Branchen differenzierten Analyse wasserrelevanter Technikentwicklungen, in den vorliegenden
Szenarien geringer aus.
2.8.5 Literatur
Bächle A, Fischer G, Möhle KA, Masannek R, Reimers W (1998) Prognose der Trinkwasserbedarfsentwicklung
im Versorgungsgebiet der MVV Mannheim. Das Gas- und Wasserfach - Wasser/Abwasser 139: 70-79
Batelle-Institut (1972) Wasserbedarfsentwicklung in Industrie, Haushalten, Gewerbe, öffentlichen Einrichtungen:
Prognose des Wasserbedarfs in der Bundesrepublik bis zum Jahr 2000, Batelle-Institut, Frankfurt am Main
Blazejczak J, Gornig M, Schulz E (2008) Szenarien zur Demographie und Ökonomie in der Elbe-Region, In:
Wirkungen des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht
zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.3.
Boland JJ (1997) Assessing Urban Water Use and the Role of Water Conservation Measures Under Climate Uncertainty.
Climatic Change 37: 157-176
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2008) Wirtschaftsdaten Neue Bundesländer
Döll P, & Vassolo S (2004) Global-scale vs. Regional Scale Scenario Assumptions: Implications for Estimating
Future Water Withdrawals in the Elbe River Basin. Regional Environmental Change 4: 169-181
DVWK (1991) Ermittlung des Wasserbedarfs als Grundlage für die regionale wasserwirtschaftliche Planung,
Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn
Environment Agency (2001) A Scenario Approach to Water Demand Forecasting, National Water Demand Centre,
Worthing
Fakiner H, Krieger E, Rohmeier H, Saalfrank K (1976) Prognose des Wasserbedarfs in der Bundesrepublik
Deutschland bis zum Jahr 2000 - Zeitstandsbericht, Batelle-Institut, Frankfurt am Main

2.8 Szenarien der Wassernachfrage und Wassernutzung der Industrie im Elbeeinzugsgebiet bis zum
Jahr 2020 (Mutafoglu)
Frey M, Frische R, Rohmeier H, Steinsiek E (1978) Planungsgrundlagen für den langfristigen Ausbau der Trinkwasserversorgung
in Nordrhein-Westfalen, Stufe I: Wasserdargebot und Trinkwasserverbrauch - Band 2: Textband,
Batelle-Institut, Frankfurt am Main
Hillenbrand T, Sartorius C, Walz R (2008) Technische Trends der industriellen Wassernutzung, In: Wirkungen
des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht zum
BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.9.
IKSE (2005a) Wirtschaftliche Analyse der Wassernutzung für den deutschen Teil der internationalen Flussgebietseinheit
Elbe - Anlage 2b zum Bericht an die Europäische Kommission gemäß Art. 15 Abs. 2 der Richtlinie
2000/60/EG des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 23. Oktober zur Schaffung eines Ordnungsrahmens
für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik (Bericht 2005), Internationale Kommission
zum Schutz der Elbe, Dresden
IKSE, (2005b) Wirtschaftliche Analyse der Wassernutzung für den tschechischen Teil der internationalen Flussgebietseinheit
Elbe - Anlage 2a zum Bericht an die Europäische Kommission gemäß Art. 15 Abs. 2 der Richtlinie
2000/60/EG des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 23. Oktober zur Schaffung eines Ordnungsrahmens
für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik (Bericht 2005), Internationale Kommission
zum Schutz der Elbe, Dresden
Jacobitz K, Klaus J, Michel B, Cornelius I (1981) Preiselastizität des häuslichen und gewerblichen Wasserverbrauchs
und Abwasseranfalls, Darmstadt
Möhle KA, Masannek R (1993) Wasserbedarfsprognose für die Hamburger Wasserwerke GmbH. Hamburger
Wasserwerke: Fachliche Berichte 12: 3-15
Nakicenovic N, Alcamo J, Davis G, de Vries B, Fenhann J (2000) Special Report on Emissions Scenarios: A
Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University
Press, Cambridge New York Melbourne
Opitz EM, Langowski JF, Dziegielewski B, Hanna-Sommers NA, Willett JS, Hauer RJ (1998) Forecasting Urban
Water Use: Models and Applications. In: Baumann DD, Boland JJ, Hanemann WM (eds) Urban Water Demand
Management and Planning, McGraw-Hill: New York, pp 95-135
Roesler K, Kaltenbach J, Michel B (1986) Ermittlung von Handlungsspielräumen in der industriellen Wasserversorgung,
Berlin
Rohmeier H, Steigerwald O (1981) Wasserbedarfsprognose Niedersachsen: Bericht für das Niedersächsiche Ministerium
für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, Batelle-Institut, Frankfurt am Main
Sättler M., Frey I, Schneider B (1982) Wasserbedarfsprognose - Hannover 1995 und 2010, Prognos AG, Basel
Statistisches Bundesamt (1995) Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung im Bergbau und verarbeitenden
Gewerbe und bei Wärmekraftwerken für die öffentliche Versorgung 1991, Statistisches Bundesamt, Wiesbaden
Statistisches Bundesamt (2006a) Volkswirtschaftliche Gesamtrechnungen: Inlandsproduktberechnung, Statistisches
Bundesamt, Wiesbaden
Statistisches Bundesamt (2006b) Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung in der Industrie 2004, Statistisches
Bundesamt, Wiesbaden
UKWIR, Environment Agency (1997) Forecasting Water Demand Components - Best Practice Manual, UK Water
Industry Research Limited, London
Wasserwirtschaftsamt Hannover (1977) Wasserwirtschaftliche Rahmenplanung für das Gebiet der Unteren Leine,
Regierungspräsident Hannover, Hannover
Winje D (1983) Wasserbedarfsprognose - Der Wasserbedarf in der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahre
2010, Erich Schmidt Verlag, Berlin
Kapitel 2 – Seite 260

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser
der öffentlichen Wasserversorgung im Elbegebiet
Till Ansmann
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
+49 341 235 1751
+49 341 235 1836
till.ansmann@ufz.de
http://www.ufz.de
Kurzfassung
Der hier beschriebene Modellansatz dient im Projektverbund von GLOWA-Elbe der szenariobasierten Simulation
von zukünftigen entnahmepunktspezifischen monatlichen Oberflächenwasserfördermengen der öffentlichen
Wasserversorgung im deutschen Elbegebiet. Aus der technisch zentralen Organisation der öffentlichen Wasserversorgung
resultieren zwei Modellbausteine. Den ersten Baustein bildet mit dem Modell HAUSHALT eine
modellgestützte Szenarioanalyse der zukünftigen Entwicklung des kommunalen Wasserbedarfs. Der Wasserbedarf
der bedeutendsten Verbrauchergruppe der Privathaushalte (inklusive Kleingewerbe) wird mikrobasiert untersucht,
um das Bedingungsgefüge der Beobachtungssituationen so auszuforschen, dass man möglichst nahe an
die kleinsten Elemente des betrachteten Systems herankommt. Zur flächendeckenden Simulation des Wasserbedarfs
werden die mikrofundierten Erkenntnisse auf die kommunale Ebene hochgerechnet und quasi wie ein Flickenteppich
für das Elbegebiet zusammengesetzt. Die zukünftige Entwicklung des Wasserbedarfs wird für die
Entwicklungsrahmen A1 + , A1 0 , B2 + und B2 0 aufgezeigt. Sie unterscheiden sich in ihrer regionalen Wirtschaftsund
Bevölkerungsentwicklung und dem Grad der Umweltorientierung auf dem Wassersektor. Um in einem
zweiten Schritt die zur Befriedigung des kommunalen Bedarfs notwendigen Fördermengen an Oberflächenwasser
entnahmepunktspezifisch aufzeigen zu können, fließen die ermittelten Bedarfsmengen als Eingangsgrößen in
das Modell NETZSTRUKTUR ein. Mit dem zweiten Modellbaustein werden die Wasserversorgungsinfrastrukturen
im Elbegebiet abgebildet. Im Ergebnis führen die modellgestützten Analysen für alle vier Entwicklungsrahmen
bis 2020 zu einer Fortsetzung rückläufiger Fördermengen der öffentlichen Wasserversorgung im deutschen
Elbegebiet, die allerdings im Vergleich zu den deutlichen Rückgängen in den 90er Jahren moderat ausfällt.
Schlüsselwörter: mikrobasiertes Mesomodell, Wasserversorgungsstrukturmodell
2.9.1 Einleitung
Die öffentliche Wasserversorgung ist die Versorgung, die der Bevölkerung, gewerblicher und
sonstiger Einrichtungen in den Kommunen mit Trinkwasser dient. Sie ist nach den Wärmekraftwerken
für die öffentliche Versorgung mit gut 15% der zweitgrößte Wassernutzer. (Statistisches
Bundesamt 2006) Der Wasserbedarf der öffentlichen Wasserversorgung setzt sich
bedingt durch ihre technisch zentrale Organisation, infolge derer das Wasser durch ein Versorgungsnetz
einem größeren Verbraucherkreis zugeführt wird, aus dem Wasserbedarf der
Letztverbraucher in den Kommunen sowie Wasserwerkseigenverbrauch und Leitungsverlusten
zusammen. Dementsprechend basiert die Modellierung der Fördermengen der öffentlichen
Wasserversorgung auf zwei Bausteinen. Mit dem ersten Modellbaustein wird die zukünftige
Entwicklung des kommunalen Wasserbedarfs simuliert. Diese Funktion übernimmt das Modell
HAUSHALT. Der Name des Modells leitet sich aus der Fokussierung auf Privathaushalte
(inkl. Kleingewerbe) als der bedeutendsten Verbrauchergruppe der öffentlichen Wasserversorgung
ab. Das Modell NETZSTRUKTUR als zweiter Baustein ist ein räumliches Struktur-
Kapitel 2 – Seite 261

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
modell zur Abbildung der betrieblichen Organisationsformen und speziell der technischen
Infrastrukturen der öffentlichen Wasserversorgung. Auf Grundlage des kommunalen Wasserbedarfs
können mit Hilfe des Modells NETZSTRUKTUR die diesbezüglichen Fördermengen
je Wasserart entnahmepunktspezifisch unter Berücksichtigung von Eigenverbrauch und Leitungsverlusten
sowie geplanten Netzveränderungen simuliert werden. Die Modelle HAUS-
HALT und NETZSTRUKTUR werden im Projektverbund von GLOWA-Elbe eingesetzt, um
die zukünftigen monatlichen Fördermengen an Oberflächenwasser an Entnahmepunkten der
öffentlichen Wasserversorgung im deutschen Elbegebiet szenariobasiert zu simulieren.16 Eine
anwendungsbezogene Beschreibung ihrer jeweiligen Modellstruktur erfolgt in Unterkapitel
2.8.1.
In der Nachwendezeit nahmen die Fördermengen der öffentlichen Wasserversorgung durch
Investitionen in die Modernisierung der Wasserinfrastruktur als auch vor allem durch einen
gesunkenen Wasserbedarf deutlich ab. So werden seit über 15 Jahren auf einem konstanten
Niveau durchschnittlich 2,5 Mrd. Euro pro Jahr in die Instandhaltung und Modernisierung der
Infrastruktur investiert. Davon fließen durchschnittlich rund 65% in die Rohrnetze. (Bundesverband
der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V. 2006) Als Folge besitzt Deutschland
im internationalen Vergleich mit durchschnittlich 7,3% die mit Abstand geringsten Wasserverluste
in Europa, wobei auf lokaler sowie regionaler Ebene Unterschiede bestehen. Speziell
in den neuen Bundesländern liegen die Wasserverluste trotz hoher Investitionen in den 90er
Jahren weiterhin deutlich über dem Bundesdurchschnitt. (Bundesverband der deutschen Gasund
Wasserwirtschaft e.V. 2005) Abbildung 1 zeigt von 1990 bis 2004 die Entwicklung der
Fördermengen sowie der Wasserabgaben nach Verbrauchergruppen. Der durchschnittliche
Anteil der Wasserabgabe an den rückläufigen Fördermengen ist in diesem Zeitraum mit ungefähr
88% konstant geblieben. Dies gilt sowohl für die alten als auch für die neuen Bundesländer,
wobei Wasserwerkseigenverbrauch und Leitungsverluste bei letztgenannten im Durchschnitt
deutlich höher ausfallen. (Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft
e.V. 2005) Die Wasserabgabe an Haushalte (inkl. Kleingewerbe), Industrie sowie Sonstige als
demnach entscheidende Determinante der Fördermengenentwicklung der letzten 15 Jahre ist
von 1990 bis 2004 bundesweit um 22% von 5.985 auf 4.680 Millionen Kubikmeter gesunken.
16 Die Darstellung dieser Nutzergruppe für den tschechischen Teil des Elbegebiets erfolgt in der dritten Projektphase.
Kapitel 2 – Seite 262

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Abb. 1: Wasserabgabe nach Verbrauchergruppen und Wasserförderung insgesamt. Bundesverband der deutschen
Gas- und Wasserwirtschaft e.V. 2005a.
In den neuen Bundesländern, in denen gut 80% des bundesdeutschen Flächenanteils am Einzugsgebiet
der Elbe liegen, ist der stärkste Verbrauchsrückgang zu verzeichnen. So ging zwischen
1990 und 2004 der Trinkwasserbedarf der bedeutendsten Abnehmergruppe der Haushalte
(inkl. Kleingewerbe) um 35% von 142 auf 93 Liter zurück. Der entsprechende Wert in
den alten Bundesländern liegt bei 9%. (Statistisches Bundesamt 2006)
Auf Grund der geschilderten Situation auf dem Wassersektor wird im Folgenden der Anteil
Wasserwerkseigenverbrauch und Leitungsverluste an den Fördermengen bis 2020 konstant
gesetzt, so dass zukünftige mengenmäßige Veränderungen bei der Wasserförderung der öffentlichen
Wasserversorgung ausschließlich auf Grund eines geänderten kommunalen Wasserbedarfs
erwartet werden. Der Aufgabenstellung innerhalb des Projektverbundes von
GLOWA-Elbe unterliegt somit die Frage, ob und gegebenenfalls in welcher Form sich der
aufgezeigte Trend bei der kommunalen Wasserbedarfsentwicklung bis zum Jahr 2020 fortsetzt.
Die modellgestützten Bedarfsanalysen werden simuliert für die Entwicklungsrahmen
A1 + , A1 0 , B2 + sowie B2 0 , die sich hinsichtlich ihrer regionalen Wirtschafts- und Bevölkerungsentwicklung
und dem Grad der Umweltorientierung auf dem Wassersektor unterscheiden
(siehe Hartje 2008, Kapitel 2). Im Folgenden werden in 2.8.1 zunächst die auf den zwei
Modellbausteinen HAUSHALT und NETZSTRUKTUR basierende Modellstruktur sowie die
Datengrundlage beschrieben (2.8.1.1). Das anschließende Unterkapitel 2.8.1.2 zeigt die wesentlichen
szenariobasierten Modelldeterminanten. Im Abschnitt 2.8.2 erfolgt sodann eine
Darstellung der Ergebnisse der modellgestützten Szenarioanalysen. In der abschließenden
Diskussion werden in 2.8.3 die Modellergebnisse im Vergleich zu anderen in Deutschland
realisierten Wassernachfragestudien eingeordnet. Zudem erfolgt ein Ausblick auf zwei Modellerweiterungen,
mit denen eine weitere Verbesserung des Modellansatzes angestrebt wird.
2.9.2 Methoden und Daten
2.9.2.1 Simulation entnahmepunktspezifischer Oberflächenwasserfördermengen
auf Grundlage modellgestützter Szenarioanalysen des kommunalen
Wasserbedarfs
Das in der Literatur bereitgestellte und in der Praxis genutzte Methodenspektrum zur Modellierung
des kommunalen Wasserbedarfs umfasst eine Reihe von meist statistischen Modellen
unterschiedlicher Komplexität, in denen der Wasserbedarf in Beziehung zu einer oder mehreren
erklärenden Variablen gestellt wird. (siehe Billings, Jones 1996) In der Praxis werden
meist einfache Modelle verwendet, die den Trend vergangener Jahre in die Zukunft fortschreiben
oder den aktuellen durchschnittlichen Pro-Kopf Bedarf unter Verwendung von Bevölkerungsprognosen
als einzige erklärende Größe für einen zukünftigen Zeitpunkt hochrechnen.
(vgl. Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft 2002) In wissenschaftlichen
Studien werden dagegen überwiegend ökonometrische Analysemethoden eingesetzt.
(siehe Arbués et al. 2003) In diesen multivariaten Modellen wird das Zusammenspiel
mehrerer Einflussgrößen zur Erklärung der Zielgröße untersucht, wobei den Modellen die
ökonomische Theorie zugrunde liegt. Sie bilden somit das Bindeglied zwischen der ökonomischen
Theorie und der wirtschaftlichen Realität, die datenmäßig von der Wirtschafts- und Sozialstatistik
aufbereitet wird. Zielgröße ist dabei der personen- oder haushaltsbezogene Wasserbedarf.
Alternativ oder ergänzend dazu werden die einzelnen Verwendungsarten des Wassers
getrennt betrachtet, indem beispielsweise die technische Entwicklung und Diffusion von
Kapitel 2 – Seite 263

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Haushaltsgeräten, Toilettenspülsystemen und Armaturen sowie das Verbrauchsverhalten analysiert
werden. (siehe Howe, White 2007, Bächle et al. 1998) Die Modellansätze lassen sich
entsprechend den zugrundeliegenden Planungs- und Handlungszielen, der Größe des Untersuchungsgebiets
und der aus der jeweiligen Methodik hervorgehenden Genauigkeit der Analyse
in mikro- und makroskalige Analysen unterteilen. (Baumann et al. 1998) Bei großräumigen
Untersuchungsgebieten werden gewöhnlich makroskalige Analysen durchgeführt. Entsprechende
Modelle basieren auf der sehr restriktiven Annahme, dass sich alle betrachteten Akteure
gleich verhalten. Die zur Verteidigung dieser Annahme vorgebrachte These, dass sich
entgegengesetzte Teilentwicklungen weitgehend kompensieren, mag für Globalprognosen
gelten. Angesichts der heterogenen Verbrauchsstrukturen wird trotz der relativ leicht zu realisierenden
großräumigen Modellierung eine Analyse der Wassernachfrage auf Makroebene
verworfen. Stattdessen wird ein so genanntes mikrobasiertes Mesomodell aufgebaut. Auf der
Mikroebene wird versucht, das Bedingungsgefüge der Beobachtungssituationen der Wassernachfrage
so auszuforschen, dass man möglichst nahe an die individuellen Abläufe und Umstände
herankommt. Ein entsprechendes Mikromodell leitet sich somit von der Beobachtung
der kleinsten Elemente des betrachteten Systems ab, deren für das Untersuchungsziel bedeutenden
Aspekte ihrer Lebensgestaltung und -bedingungen zu analysieren und systematisieren
sind. Die Mikroebene erfasst die Heterogenität des Untersuchungsgegenstandes, indem das
ganze Spektrum an aktiven und passiven Einflussfaktoren der Wassernachfrage betrachtet
wird. Darauf aufbauend wird mit dem Ziel der flächendeckenden Simulation der Wassernachfrage
eine weitere, zwischen denen des Makro- und des Mikromodells gelegene, mittlere
Ebene betrachtet, die so genannte Mesoebene. Der Begriff der Mesoebene wird in unterschiedlichsten
Forschungs- und Anwendungsbereichen verwendet und entsprechend der Zielstellung
definiert. In sozialwissenschaftlichen Diskussionen taucht der Begriff häufig innerhalb
des Dreiklangs Makro / Meso / lokal auf. (Meyer 2005) Im Rahmen des Modells
HAUSHALT verkörpert das Mikromodell die unterste Modellebene. Die administrative Einheit
der Kommune als nächst höheres Aggregationsniveau bildet innerhalb des Dreiklangs die
Mesoebene. Sinngebend für die Definition der Kommune als die Mesoebene ist zum einen,
dass sie die kleinste administrative Einheit darstellt, für die mikrofundierte Erkenntnisse mittels
verfügbarer oder generierbarer amtlicher Daten flächendeckend hochgerechnet werden
können. Da die betrieblichen Organisationsformen und technischen Infrastrukturen in
Deutschland stark durch den Föderalismus geprägt sind und die konkrete Umsetzung der
Wasserversorgung nach Art 28 II GG den Kommunen obliegt, passt sich die Kommune zudem
grundsätzlich problemlos in die vorhandenen Wasserversorgungsstrukturen ein. Dieser
Aspekt ist bei der späteren Darstellung der technischen Wasserversorgungsinfrastrukturen von
großer Bedeutung. Das Untersuchungsgebiet als die Makroebene wird schließlich als Summe
teilräumlicher Ergebnisse auf der Mesoebene simuliert – quasi wie ein Flickenteppich. Die
vom Modell HAUSHALT berechneten kommunalen Bedarfsmengen werden an das Modell
NETZSTRUKTUR als dem zweiten Baustein gekoppelt, um im Ergebnis die Fördermengen
der öffentlichen Wasserversorgung an Oberflächenwasser je Entnahmepunkt im deutschen
Elbegebiet zu erhalten.
Der methodische Ablauf wird in Abbildung 2 unterteilt nach den zwei angeführten Modellbausteinen
HAUSHALT und NETZSTRUKTUR für die Aufgabenstellung innerhalb des Projektverbundes
von GLOWA-Elbe dargestellt und im Folgenden beschrieben. Die linke Spalte
des Diagramms zeigt die Datengrundlage der einzelnen Modellschritte, deren Zwischenergebnisse
in der rechten Spalte skizziert werden. Im I. Schritt erfolgt der Aufbau der Modellstruktur
zur Simulation des kommunalen Wasserbedarfs auf Basis einer empirischen Datengrundlage
für die Stadt Leipzig. Die entwickelte Modellstruktur wird später auf die weiteren
Kapitel 2 – Seite 264

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Kommunen im Elbegebiet unter Verwendung von regionalisierten Modelldaten übertragen.
Die Privathaushalte (inklusive des Kleingewerbes) stellen mit knapp 80% des Gesamtwasserbedarfs
die mit Abstand bedeutendste Verbrauchergruppe der öffentlichen Wasserversorgung
dar. (Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V. 2005) Vor diesem Hintergrund
bildet ein ökonometrisches Mikromodell zur Modellierung der Haushaltswassernachfrage
den Kern des Modells. In Zusammenarbeit mit dem lokalen Aufgabenträger der öffentlichen
Wasserversorgung wurde für die Stadt Leipzig eine mikrobasierte Querschnittsanalyse
der Haushaltswassernachfrage durchgeführt. Die Datengrundlage bildeten eine Haushaltsumfrage
zur Ermittlung der wesentlichen Einflussfaktoren des privaten Wasserverbrauchs sowie
die vom Wasserversorger bereitgestellten individuellen Wasserverbrauchs- und -preisdaten
der an der Umfrage teilnehmenden Haushalte. Das Ergebnis des entwickelten Mikromodells
zeigt als wesentliche Determinanten der Haushaltswassernachfrage (QHH) die Haushaltsgröße
(HHgr), den individuellen Durchschnittspreis für Wasserver- und Abwasserentsorgung (WP),
das verfügbare Haushaltsnettoeinkommen (EK) sowie darüber hinaus den Gebäudetyp differenziert
nach Ein- bis Zweifamilien- und Mehrfamilienhäusern (EFH). Eine detaillierte Darstellung
des methodischen Designs der Studie inklusive des Fragebogens, aller forschungsleitenden
Hypothesen, der deskriptiven Statistik sowie der multivariaten Analyseergebnisse findet
sich unter Messner und Ansmann (2007).
Kapitel 2 – Seite 265

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
HAUSHALT
NETZSTRUKTUR
DATEN ZWISCHENERGEBNISSE
Haushaltsumfrage 2002 in Leipzig
Wasserabgabe- und -preisdaten
(Leipziger Wasserversorger)
Bevölkerungszahlen (StaBu)
Amtliche Wasserstatistiken 1998,
2001, 2004 (StaBu)
Mikrozensus 1998, 2002 (StaBu)
Wasser-/Abwasserpreise (eigene
Erhebung)
Monatliche Einspeisungsmengen
2002-2005 (3 Wasserversorger)
Bevölkerungsprognose (REGE,
DIW)
Haushaltsstruktur- und
Neubauprognose (ROP, BBR)
Technologieprognose (WASSER-
INFRASTRUKTUR, ISI)
Klimawandel (STAR, PIK)
Erlös-Kosten-Modell (eigene
Berechnung)
Technische Versorgungsnetze
(Wasserversorger im
Elbegebiet)
Amtliche Wasserstatistiken
1998, 2001, 2004 (StaBu)
Wasserstatistik 2003 (BGW)
Schritt I) Modellstruktur kommunaler Wasserbedarf
ökonometrisches Mikromodell Haushalte Q HH = b 0 + b 1 *HHgr + b 2 *EFH + b 3 *EK + b 4 *WP
Bevölkerung Anschluss
-grad
Mikrobasiertes
Mesomodell
Haushaltstypen
Kapitel 2 – Seite 266
Aufschlag
Kleingewerbe
Schritt II) Kommunal- und Regionaldatenbasis Elbegebiet
Aufschlag
Sonstige
Faktor
Klima
Schritt III) Modellgestützte räumliche Simulation des kommunalen Wasserbedarfs im
Elbegebiet mittels Modellstruktur und Datenbasis
Faktor
Technologie
Schritt IV) Verteilungsschlüssel zur Disaggregation der Jahres- in Monatsbedarfswerte
Schritt V) Szenariobasierte zeitliche Simulation der zukünftigen Wasserbedarfsentwicklung
: Monatliche kommunale Wasserbedarfsmengen im Elbegebiet
Schritt VI) Wasserversorgungsnetze der öffentlichen Wasserversorgung im Elbegebiet
mit Oberflächenwasser im Aufkommen. Strukturdaten pro Netz:
Angeschlossene
Kommunen
Einspeisungsanteil
Entnahmepunkte
Wasserart / Anteil
Oberflächenwasser
bei Mischwasser
Wasserverluste Geplante
Netzveränderungen
Entnahmepunktspezifische monatliche Fördermengen an
Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im deutschen Elbegebiet
Abb. 2: Methodischer Ablauf auf Grundlage der Modellbausteine HAUSHALT und NETZSTRUKTUR.
Auf Grundlage des Mikromodells wird das mikrobasierte Mesomodell für den Wasserbedarf
einzelner Haushaltstypen entwickelt. Hierzu werden die mikrofundierten Erkenntnisse mit
Hilfe der identifizierten Haupteinflussfaktoren Haushaltsgröße und Gebäudetyp sinnvoll zu
Haushaltstypen aggregiert. Die kommunale Bevölkerung wird auf Grundlage der Bevölkerungsstatistiken
des Statistischen Bundesamtes für das Jahr 2002 und unter Berücksichtigung
des im Rahmen der amtlichen Wasserstatistiken erhobenen kommunalen Anschlussgrades der
Bevölkerung an die öffentliche Wasserversorgung auf die Haushaltstypen verteilt. Um den
kommunalen Wasserbedarf aller Verbrauchergruppen abbilden zu können, wird im Anschluss
der Wasserbedarf der Privathaushalte um konstante prozentuale Aufschläge für das Kleingewerbe
sowie gewerbliche und sonstige Letztverbraucher erweitert. Mit dem Kleingewerbe
sind gewerbliche Einrichtungen in Gebäuden gemischter Nutzung gemeint, deren Wasserverbrauch
die Wasserversorgungsunternehmen nicht getrennt von den Privathaushalten erfassen
(können). Der Anteil des Kleingewerbes am Wasserbedarf der Verbrauchergruppe Privat-

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
haushalte und Kleingewerbe wird auf Grundlage eines Vergleichs der Wasserabgabewerte des
Leipziger Wasserversorgers an Gebäude mit und ohne Kleingewerbe berechnet. Kommunale
Unterschiede im Pro-Kopf Wasserverbrauch der Verbrauchergruppe Privathaushalte und
Kleingewerbe werden gewöhnlich auf den kommunalstrukturbedingten Kleingewerbeanteil
zurückgeführt. Im dörflichen Umfeld ist er gering und kann in Großstädten um ein Vielfaches
höher liegen. Der Pro-Kopf Wasserverbrauch ist in Städten entsprechend höher als auf dem
Land. (Lecher et al. 2001) So ermittelt Masannek (1996) für Großstädte einen Kleingewerbeanteil
von durchschnittlich 19%. Für ländliche Gemeinden liegt der entsprechende Wert bei
lediglich 1,6%. Um diesen Zusammenhang bei der flächendeckenden Simulation des Elbegebiets
widerspiegeln zu können, wird der Kleingewerbeanteil getrennt nach dem Gebäudetyp
für Ein- bis Zweifamilien- und für Mehrfamilienhäuser ermittelt, und führt im Ergebnis zu
einem Aufschlag von respektive 2 bzw. 14%. Die dritte Verbrauchergruppe der gewerblichen
und sonstigen Letztverbraucher ist in sich sehr heterogen und kommunalspezifisch zusammengesetzt.
Hierunter fallen gewerbliche Unternehmen (Produzierendes Gewebe, Handel,
Verkehr, Dienstleistungen) und landwirtschaftliche Betriebe, Krankenhäuser und Schulen,
Behörden und kommunale Einrichtungen, Bundeswehr sowie sonstige öffentliche Zwecke.
Der aktuelle Wasserbedarf dieser Gruppe wird mittels eines prozentualen Aufschlags auf Basis
der Wasserabgabewerte des lokalen Wasserversorgungsunternehmens der Jahre 2001 und
2004 berechnet. Die Modellstruktur wird als nächstes um einen Klimafaktor erweitert. Zwar
konnte in den multivariaten Analysen auf Haushaltsebene kein signifikanter Wettereinfluss
auf den Jahresbedarf festgestellt werden. Da jedoch als Ergebnis der modellgestützten Szenarioanalysen
monatliche Fördermengen zu simulieren sind, wurden in Rahmen einer Sonderauswertung
die monatlichen Wassereinspeisungsmengen des Leipziger Wasserversorgers
einer Reihe von Wetterfaktoren des Deutschen Wetterdienstes gegenübergestellt. Tatsächlich
zeigt sich auf Monatsebene ein signifikanter Wettereinfluss, der im mikrobasierten Mesomodell
auf Jahresebene praktisch untergeht. Abbildung 4 auf Seite 12 verdeutlicht diesen Wettereinfluss
auf die Wassereinspeisungsmengen für den extrem heißen und trockenen Sommer
2003. Hinsichtlich der Modellfunktion im Projektverbund liegt demnach eine modelltechnische
Restriktion vor, die mit Hilfe des Klimafaktors korrigiert wird. Die letzte Komponente
der Modellstruktur bildet ein Technologiefaktor. Der mittels des mikrobasierten Mesomodells
berechnete Wasserbedarf beruht auf den Präferenzen der Privathaushalte nach dem Gut Wasser.
Dieses Gut wird auf einzelne Wasserverwendungsarten wie Wäschewaschen, Duschen
oder Geschirrspülen disaggregiert, um in der Modellstruktur des kommunalen Wasserbedarfs
eine Datenschnittstelle zu dem Modell WASSERINFRASTRUKTUR des Fraunhofer Instituts
für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI) einzurichten. (Satorius et al. 2006) Über
diese Schnittstelle wird bei den späteren szenariobasierten Analysen der Einfluss von Wasserspartechnologien
in Haushalten auf die zukünftige Entwicklung des Wasserbedarfs berücksichtigt.
Im II. Schritt wird eine Datenbasis für das Elbegebiet aufgebaut, die in Verbindung mit der
entwickelten Modellstruktur einer flächendeckenden Simulation des kommunalen Wasserbedarfs
im Elbegebiet dient. Dabei lassen sich auf Grund der vielfältigen Datenquellen geringfügige
Verstöße gegen das Gebot der Äquidistanz zwischen Analysewerten nicht vermeiden.
Die abweichenden Zeitbezüge bei den verwendeten Eingangsdaten werden allerdings bei
Querschnittsanalysen für langfristige Simulationen nicht als gravierend eingestuft; dies zumal,
da die betreffende Determinante einer relativ stetigen Entwicklung unterliegt und sich die Daten
über die abhängige Variable auf ein Jahr und nicht auf einen Stichtag beziehen. (Rohmeier
1986) Die Wasserabgabemengen aus den amtlichen Wasserstatistiken des Statistischen Bundesamtes
dienen als Referenzgrößen der Modellierung und werden auf Basis mehrerer Erhe-
Kapitel 2 – Seite 267

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
bungsjahre (2001, 2004 und in Ausnahmefällen 1998) ermittelt, um im Modell nicht erklärte
Sondereffekte eines Jahres und Eingabefehler aus den Datensätzen herausfiltern zu können.
Ebenso wie die amtlichen Bevölkerungsstatistiken liegen die amtlichen Wasserstatistiken bereits
auf der Mesomodellebene vor. Dagegen ist zur Verteilung der kommunalen Bevölkerung
auf die Haushaltstypen und zur Berechnung des durchschnittlichen haushaltstypspezifischen
Nettoeinkommens in einer Gemeinde der hierfür verwendete Mikrozensus des Jahres 2002
unter der Prämisse aussagekräftiger statistischer Ergebnisse sinnvoll zu regionalisieren. Dies
geschieht auf der Ebene von Kreistypen innerhalb von Raumordnungsregionen. Zur Berechnung
der durchschnittlichen haushaltstypspezifischen Wasserpreise sind die aktuellen Trink-
und Abwasserpreise im Elbegebiet aus teilräumlichen Statistiken und direkt von den Wasserver-
und Abwasserentsorgungsunternehmen auf der Ebene einzelner Ver- und Entsorgungsgebiete
zusammenzutragen. Der aktuelle kommunalspezifische Wasserbedarf der Verbrauchergruppe
gewerblicher und sonstiger Letztverbraucher wird für das Elbegebiet in der Form
eines prozentualen Aufschlags, der als Mittelwert der Wasserabgabewerte an diese Verbrauchergruppe
aus den amtlichen Wasserstatistiken des Statistischen Bundesamtes der Jahre
2001 und 2004 berechnet wird, realisiert. Die Regionalisierung der Klimadaten erfolgt mittels
einer georeferenzierten Zuordnung über Thiessen-Polygone der in Abbildung 3 grün hinterlegten
Kommunen zu den insgesamt 397 im Elbegebiet gelegenen Klimastationen, die im
Rahmen der am Potsdamer Institut für Klimaforschung (PIK) erfolgten Modellierung der regionalen
Klimaentwicklung als Bezugsstationen dienen. (siehe Gerstengarbe et al. 2008, Kapitel
2.1)
Abb. 3: Zuordnung der Kommunen im Elbegebiet zu Klimastationen über Thiessen-Polygone.
Im III. Schritt wird mit Hilfe der entwickelten Modellstruktur und der empirischen Modellgrundlage
der aktuelle Wasserbedarf im Elbegebiet flächendeckend auf kommunaler Ebene
für das Jahr 2002 simuliert. Die kommunalspezifischen Ergebnisse des Modells HAUSHALT
werden anschließend den entsprechenden Wasserabgabemengen aus den amtlichen Wasserstatistiken
des Statistischen Bundesamtes der Jahre 2001 und 2004 gegenübergestellt.
Schritt IV dient dazu, die Jahreswerte des Modells HAUSHALT über einen Verteilungsschlüssel
in monatliche Entnahmemengen zu disaggregieren. Der Verteilungsschlüssel wird
als Mittelwert der monatlichen Wassereinspeisungsmengen der Jahre 2002 bis 2005 von drei
Kapitel 2 – Seite 268

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
großen Wasserversorgern im Elbegebiet, die insgesamt mehr als 250 Kommunen versorgen,
konstruiert. In Abbildung 4 wird der monatliche prozentuale Einspeisungsanteil an der Jahreseinspeisung
der drei Versorger wiedergegeben. Die Kurvenverläufe ergeben ein recht einheitliches
Bild. So ist der jährliche Abfall der Einspeisungsmengen im Februar auf die reduzierte
Anzahl von 28 bzw. 29 Monatstagen zurückzuführen.
Abb. 4: Verteilungsschlüssel monatlicher kommunaler Wasserbedarf. Eigene Berechnungen auf Basis der monatlichen
Wassereinspeiungsmengen von 3 großen Wasserversorgern im Elbegebiet.
Im V. Schritt erfolgt die szenariobasierte Simulation der zukünftigen Entwicklung des kommunalen
Wasserbedarfs. Zur Bewältigung dieser Aufgabe existieren zu weiteren Modellen
innerhalb des Projektverbundes Schnittstellen. Zusätzlich wird auf externe Datenquellen zurückgegriffen.
Hinsichtlich der zukünftigen Bevölkerungs- und Einkommensentwicklung der
Haushalte fließen Daten des am Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) entwickelten
Modells REGE ein. (siehe Blazejczak et al. 2008, Kapitel 2.3) Die zukünftige Verteilung
der Bevölkerung auf die Haushaltstypen basiert auf externen Prognosedaten zur Haushaltsstruktur
und zu Neubauzahlen des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (2006).
Der Anschlussgrad an die öffentliche Wasserversorgung der Bevölkerung im Untersuchungsraum
liegt für das Jahr 2001 durchschnittlich bei 99% und wird auf kommunaler Ebene für
den Betrachtungszeitraum konstant gesetzt. (Statistisches Bundesamt 2003) Weiterhin wird
der regionalspezifische Einfluss des klimatischen Wandels aus dem Klimamodell STAR des
Potsdamer Instituts für Klimaforschung (PIK) über die oben beschriebene Regionalisierung
der Klimadaten eingebunden. (siehe Gerstengarbe et al. 2008, Kapitel 2.1) Die Auswirkungen
von Wasserspartechnologien auf den Trinkwasserbedarf der Privathaushalte werden durch
technisch-ökonomische Parameter aus dem Modell WASSERINFRASTRUKTUR simuliert.
(siehe Satorius et al. 2006) Sie fließen als Eingangsgrößen über die Modellkomponente Technologiefaktor
in die Berechnungen ein. Für die Simulation der zukünftigen Entwicklung der
Modelldeterminante Wasserpreis kann dagegen nicht auf externe Daten zurückgegriffen werden.
Stattdessen wird unter der Prämisse kostendeckender Wasserpreise ein Erlös-Kosten-
Modell angewendet. Das Erlös-Kosten-Modell und alle weiteren wesentlichen Determinanten
Kapitel 2 – Seite 269

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
der modellgestützten Szenarioanalyse des zukünftigen kommunalen Wasserbedarfs werden in
2.8.1.2 näher beschrieben.
Im Projektverbund von GLOWA-Elbe wird zur Unterstützung langfristiger wasserwirtschaftlicher
Planungen das Wasserbewirtschaftungsmodell WBalMo der DHI-WASY GmbH genutzt.
(siehe Kaltofen et al. 2008, Kapitel 3.1) In diesem Modell werden wasserwirtschaftliche
Anlagen sowie die im Projekt betrachteten Wassernutzer der öffentlichen Wasserversorgung,
Kraftwerke, Industrie und Landwirtschaft berücksichtigt. Das Wasserbewirtschaftungsmodell
WBalMo benötigt als Eingangsdaten die monatlichen Entnahmemengen an Oberflächenwasser
der Nutzer, die im Fall der technisch zentral organisierten öffentlichen Wasserversorgung
nicht durch die Kommunen sondern durch die Wassergewinnungsanlagen als Entnahmepunkte
repräsentiert werden. Vor diesem Hintergrund wird im Schritt VI das Modell NETZ-
STRUKTUR zur Abbildung der technischen Wasserversorgungsinfrastrukturen im Elbegebiet
eingesetzt. Die mit Hilfe des Modells HAUSHALT simulierten monatlichen kommunalen
Bedarfswerte fließen als Inputdaten in das Modell NETZSTRUKTUR ein. Um die Auswirkungen
einer regionalisierten Wassernachfrageänderung auf kommunaler Ebene unter Berücksichtigung
von Leitungsverlusten und Wasserwerkseigenverbrauch entnahmepunktspezifisch
aufzeigen zu können, werden die Wasserversorgungsstrukturen mit Oberflächenwasser(anteil)
erfasst. Auf der technischen Ebene der öffentlichen Wasserversorgung ist speziell bei
Versorgungssystemen mit Oberflächen- oder Mischwasser die Versorgung nur selten örtlich.
Stattdessen handelt es sich regelmäßig um überörtliche oder regionale Wasserversorgungssysteme.
Hierzu gehören Versorgungsanlagen, mit denen durch einen überörtlichen Verbund die
Wasserversorgung für mehrere Versorgungsgebiete erfolgt. So speisen mehrere Wasserwerke
mit gegebenenfalls unterschiedlichen Wasserarten in ein solches Verbundsystem ein. Eine
wesentliche Rolle spielt auch die Fernwasserversorgung. Bei der Fernwasserversorgung wird
Trinkwasser über ein weitreichendes Verbundnetz (überregional) verteilt und an mehrere
Weiterverteiler abgegeben. Es erfolgt also keine direkte Abgabe an die Endverbraucher, sondern
eine Einspeisung des Fernwassers in das Versorgungsnetz des lokalen Aufgabenträgers.
Um eine direkte Verbindung zwischen kommunalem Wasserbedarf und Entnahmemenge der
versorgenden Gewinnungsanlage(n) abbilden zu können, werden die benötigten Daten für das
Elbegebiet von den Wasserversorgungsunternehmen erhoben. Ausgangspunkt sind die Oberflächenwasserentnahmepunkte
der öffentlichen Wasserversorgung mit einer Mindestfördermenge
von gleich oder größer 0,01 m 3 /s. Der Oberflächenwasseranteil im Elbegebiet, der insgesamt
bei gut 25% des Gesamtaufkommens liegt, teilt sich in reines Oberflächenwasser aus
See- und Talsperren (17%) und Fließgewässern (0,01%) sowie auf angereichertes Grundwasser
(4,7%) und Uferfiltrat (3,6%) auf. (Statistisches Bundesamt 2006) Die kommunalen Wasserbedarfswerte
des Modells HAUSHALT werden an das Netzstrukturmodell gekoppelt. Die
Wasserabgaben an Kommunen ergeben zusammen mit den versorgungsgebietsspezifischen
Wasserverlusten und dem Eigenverbrauch, der als konstanter prozentualer Aufschlag auf den
kommunalen Wasserbedarf gewährt wird, die spezifischen Fördermengen der am jeweiligen
Versorgungsnetz angeschlossenen Wassergewinnungsanlagen. Falls es sich bei der geförderten
Wasserart um angereichertes Grundwasser bzw. Uferfiltrat handelt, wird der Oberflächenwasseranteil
des Mischwassers entsprechend den Angaben des Wasserversorgungsunternehmens
gesondert ausgewiesen.
2.9.2.2 Szenariorelevante Einflussfaktoren
Zur szenariobasierten Simulation des zukünftigen Wasserbedarfs sind besonders fünf Einflussfaktoren
im Modell HAUSHALT von Bedeutung: der demographische und klimatische
Kapitel 2 – Seite 270

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Wandel, die Einkommensentwicklung, die Entwicklung der Wasserpreise sowie die Technologieentwicklung.
Die Berücksichtigung dieser Faktoren in den vier GLOWA Elbe Entwicklungsrahmen
A1 + , A1 0 , B2 + sowie B2 0 wird im folgenden Abschnitt dargelegt. Die weiteren
Komponenten der Modellstruktur zum kommunalen Wasserbedarf haben als konstante prozentuale
Faktorgrößen keinen szenariospezifischen Einfluss (vgl. Abbildung 2 auf Seite 8).
2.9.2.3 Demographischer Wandel
Für den zukünftigen Wasserbedarf der Privathaushalte ist die Bevölkerungsentwicklung einer
der wichtigsten Driving Forces. Als Ergebnis der makroökonomischen Modellierung im Modell
REGE des DIW für die Entwicklungsrahmen A1 und B2 ergab sich bundesweit jeweils
ein Bevölkerungsanstieg. (siehe Blazejczak et al. 2008, Kapitel 2.3) Werden allerdings die
regionalen Entwicklungstrends für die Raumordnungsregionen im Elbeeinzugsgebiet mit einem
bedeutenden Oberflächenwasseranteil im Wasseraufkommen der öffentlichen Wasserversorgung
betrachtet, so ist mit Ausnahme Berlins ein allgemeiner Bevölkerungsrückgang zu
verzeichnen. Im Modell HAUSHALT wird die Bevölkerung einer Region auf Grundlage von
Mikrozensusdaten des Jahres 2002 auf Haushaltstypen verteilt. Ein Haushaltstyp wird durch
die zwei Haupteinflussfaktoren der Haushaltswassernachfrage der Haushaltsgröße und des
Gebäudetyps definiert. Die Bevölkerungsverteilung auf die privaten Haushalte lässt sich somit
als ein zusätzliches Merkmal der inneren Zusammensetzung der Bevölkerung berücksichtigen.
Die Haushalte als Ganzes unterliegen ebenso wie die Bevölkerung den verschiedenen
Auswirkungen des demographischen Wandels. Eine zentrale Eigenschaft der regionalen Bevölkerungsentwicklung
seit den 1990er Jahren ist das Nebeneinander von wachsenden und
schrumpfenden Regionen. Für Haushalte gilt diese pauschale Aussage nicht. Auch Regionen
mit merklichen Bevölkerungsverlusten sind bezüglich der Zahl der Haushalte durch Zunahmen,
zumindest aber durch Stabilität gekennzeichnet. Dies gilt in besonderem Maße für die
neuen Länder. Hier kompensieren die mit der Haushaltsverkleinerung verbundenen Zunahmen
der Haushaltszahlen die durch die Bevölkerungsverluste ausgelösten Abnahmen. Sowohl
die Alterung der Bevölkerung als auch die Individualisierung der Gesellschaft bewirken eine
Tendenz hin zu mehr kleineren Haushalten. (Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung
2006) Da mit sinkender Haushaltsgröße der Pro-Kopf Wasserverbrauch steigt, ergibt sich
hieraus ein kompensierender Effekt zur Abnahme des Wasserbedarfs auf Grund des generellen
Bevölkerungsrückgangs. Ähnlich verhält es sich mit dem Einfluss des Gebäudetyps als
zweiten Haupteinflussfaktor der Wassernachfrage Privathaushalte. Privathaushalte haben in
dem Modell HAUSHALT in einem Ein- bis Zweifamilienhaus wohnend einen durchschnittlich
höheren Pro-Kopf Wasserverbrauch als in Mehrfamilienhäusern. Somit wirkt auch ein
Trend hin zu mehr Einfamilienhäusern mit höherem Wasserverbrauch kompensierend zu einem
generellen Bevölkerungsrückgang.
Als empirische Modell-Datengrundlage für die zukünftige Entwicklung der Verteilung der
Haushaltsgrößen auf die zwei Gebäudetypen werden die Neubauprognosen für Ein- bis Zweifamilienhäuser
des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (2006) verwendet. Für die
Wohnungsnachfrage relevant ist dabei nicht nur die absolute Zahl an Bevölkerung und Haushalten.
Auch die Verschiebungen in der Größen- und Altersstruktur sind von ausschlaggebender
Bedeutung. Junge, kleine Haushalte suchen zumeist kleinere „Starterwohnungen“, möglichst
als Mietwohnungen im Mehrfamilienhaus. Mittlere Haushalte in der Familienphase sind
die Gruppe der Wohneigentumsbildner. Im Alter zwischen 35 und 45 Jahren wird mit Abstand
am häufigsten Wohneigentum gebildet, zumeist in Form eines Einfamilienhauses. Auf
Grund dieser Faktenlage wird für das Modell HAUSHALT davon ausgegangen, dass neu ge-
Kapitel 2 – Seite 271

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
baute Ein- bis Zweifamilienhäuser von Haushalten mit 3 und mehr Personen bezogen werden.
Allerdings existiert ein Leerstandsrisiko und es kann nicht davon ausgegangen werden, dass
jedes neu gebaute Ein- bis Zweifamilienhaus von einem Haushalt bezogen wird, der zuvor in
einem Mehrfamilienhaus gelebt hat. Grundsätzlich hängt die Nachfrageentwicklung in den
neuen Bundesländern auch von der dortigen wirtschaftlichen Entwicklung ab: Das individuell
zur Verfügung stehende Einkommen bestimmt, ob und wie schnell sich die ostdeutsche
Wohnflächennachfrage der im Westen annähert oder wie schnell der Nachholbedarf im Eigenheimsektor
befriedigt werden kann. Die wirtschaftliche Entwicklung bestimmt zudem das
Wanderungsverhalten und damit die Zahl der Haushalte, die überhaupt auf dem Wohnungsmarkt
als Nachfrager auftreten. Vor diesem Hintergrund wird für das Modell HAUSHALT im
Entwicklungsrahmen A1 angenommen, dass jeder zweite prognostizierte Neubau an Ein- bis
Zweifamilienhäusern die Verteilung der Haushalte auf die beiden Gebäudetypen beeinflusst.
Im Entwicklungsrahmen B2 ist es dagegen nur jeder vierte Neubau. Für die anderen Häuser
wird somit unterstellt, dass sie entweder von Haushalten bezogen werden, die schon vorher in
Ein- oder Zweifamilienhäusern wohnten, oder dass sie auf Grund von Fehlplanungen der verantwortlichen
Bauträgergesellschaften leer stehen. Zusammenfassend ist für die Berücksichtigung
des demographischen Wandels im Modell HAUSHALT festzuhalten, dass durch den
Ansatz der Haushaltstypen die verschiedenen Facetten des demographischen Wandels mit
seinen gegenläufigen Trendwirkungen auf den Wasserbedarf abbildet werden können.
2.9.2.4 Individueller durchschnittlicher Wasserpreis
Der Wasserpreis ist im Modell HAUSHALT ein weiterer wichtiger Einflussfaktor für die
Wassernachfrage der Privathaushalte. Laut Umweltbundesamt (2001) gilt der in den 90er Jahren
relativ stark angestiegene Kubikmeter-Wasserpreis als einer der Gründe für den bundesweiten
Rückgang des Wasserverbrauchs. Seine zukünftige Entwicklung kann die Wassernachfrage
bedeutsam beeinflussen. In Deutschland unterliegt die Bildung der Wasserpreise
bzw. Abwassergebühren einer engen gesetzlichen Regelung. Die Kommunalabgabengesetze
schreiben den Ver- und Entsorgungsunternehmen die Einhaltung des Kostendeckungsprinzips,
unter Einbindung der Kosten für Substanzerhaltung und Refinanzierung der Anlagen,
verbindlich vor. Der aktuelle durchschnittliche Kostendeckungsgrad liegt auf dem deutschen
Wassersektor bei 100% (ATT et al. 2005). Nun sind für die Wasserver- und Abwasserbeseitigung
vielfältige Anlagen zur Wassergewinnung, -aufbereitung, -speicherung und -verteilung
wie auch zur Abwassersammlung und -reinigung notwendig. Dies führt zu hohen fixen, d.h.
mengenunabhängigen Kosten (Kapitalkosten in Form von Zinsen und Abschreibungen). Von
den Gesamtaufwendungen eines Wasserver- oder -entsorgungsunternehmens ist darüber hinaus
zusätzlich ein großer Anteil der Kosten für Betrieb und Unterhaltung der Anlagen den fixen
Kosten zuzurechnen. So sind z.B. die Instandhaltungskosten und auch die Personalkosten
nur in geringem Umfang von der Betriebsleistung abhängig. Mengenabhängige Kosten treten
in geringem Umfang in Form von etwa Pumpstromkosten oder Betriebsmittelkosten auf. Der
hohe Fixkostenanteil birgt das Phänomen in sich, dass bei rückläufigem Gesamtverbrauch der
Preis je Kubikmeter steigt. („Fixkosten-Problematik“). Für den Aufbau der Modelldatenbasis
wurden die Trink- und Abwassertarife der Aufgabenträger der öffentlichen Wasserver- und
Abwasserentsorgung für die einzelnen Ver- und Entsorgungsgebiete im Elbegebiet erhoben.
Aufbauend auf dieser Datengrundlage werden kommunale haushaltstypspezifische durchschnittliche
Wasserpreise gebildet. Die zukünftige Entwicklung der Wasserpreise wird mittels
eines Erlös-Kosten-Modells unter den Annahmen, dass sämtliche Kosten der Wasserversorgungsunternehmen
fix und die derzeitigen Wasser- und Abwassertarife kostendeckend sind,
berechnet. Dazu wird zunächst der aktuelle Break-even-Umsatz eines Wasserversorgers als
Kapitel 2 – Seite 272

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Produkt aus dem aktuellen haushaltstypspezifischen Trinkwasserbedarf und den entsprechenden
Trinkwasser- und Abwasserpreisen modellgestützt ermittelt. Der aktuelle Break-even-
Umsatz repräsentiert somit den kostendeckenden Gesamtumsatz. Im zweiten Schritt werden
mit dem Modell HAUSHALT die Absatzentwicklung und der resultierende Kapitalunter-
bzw. Kapitalüberdeckungsgrad bei konstantem Wasserpreis ermittelt. Um erneut einen kostendeckenden
Gesamtumsatz zu erzielen, nehmen die Wasserversorger in einem dritten
Schritt basierend auf dem jeweils erzielten Verlust oder Gewinn eine Anpassung ihrer Tarife
vor. Die kostendeckenden Wasserpreise werden entsprechend der unterschiedlichen Bedarfsentwicklungen
für die Entwicklungsrahmen A1 0 , A1 + , B2 0 und B2 + berechnet und in den szenariobasierten
Simulationen verwendet. Die aufgezeigte Vorgehensweise führt zu plausiblen
Ergebnissen. Allerdings verbirgt sich in dem Ansatz ein Endogenitätsproblem der Art, dass
im zweiten Schritt zur modellgestützten Simulation des zukünftigen Wasserbedarfes die Wasserpreise
konstant zu setzen waren.
2.9.2.5 Verfügbares Haushaltsnettoeinkommen
Das Einkommen ist neben dem Preis der zweite wesentliche Einflussfaktor, der gemäß der
ökonomischen Theorie das Konsumverhalten beeinflusst. Das verfügbare Einkommen stellt
dabei die Budgetrestriktion dar, die das Ausleben der Konsumpräferenzen beschränkt. In diesem
Kontext wird für normale Güter ein Einkommenseffekt unterstellt, der besagt, dass das
Konsumniveau mit dem Einkommen steigt. (Pindyck, Rubinfeld 1992) Dementsprechend ist
nicht der Wasserpreis die einzige ökonomische Haupteinflussgröße im Modell HAUSHALT.
Die wirtschaftlichen Bedingungen der Akteure, die stark von den gesamtwirtschaftlichen Bedingungen
beeinflusst werden, zeigen sich als genauso wichtig, sodass in einer wirtschaftlich
prosperierenden Region von entsprechenden Wassernachfragezuwächsen auszugehen ist. Das
durchschnittlich verfügbare Haushaltsnettoeinkommen wurde für jeden Haushaltstypen aus
dem regionalisierten Mikrozensus 2002 ermittelt. Lohnsteigerungen sind in Deutschland regelmäßig
an Produktivitätssteigerungen gekoppelt. Die vom Modell REGE berechnete durchschnittliche
jährliche Veränderung der Personenproduktivität 2020/2004 von 1,1% in A1 bzw.
0,9% in B2 wurde vor diesem Hintergrund auch für die zukünftige Entwicklung des Haushaltsnettoeinkommens
im Modell HAUSHALT verwendet. (siehe Blazejczak et al. 2008, Kapitel
2.3)
2.9.2.6 Wasserspartechnologien im Haushalt
Das Fraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI) untersuchte die
technisch-ökonomischen Parameter der Technologieentwicklung soweit sie den Verbrauch
von Trinkwasser durch die Haushalte betreffen. (siehe Satorius et al. 2006) Betrachtet wurden
dabei einerseits Technologien wie z. B. Wasch- oder Spülmaschinen, die auf Grund ihrer
Funktion selbst Wasser verbrauchen und bei denen der technische Fortschritt auf eine weitere
Verringerung dieses Wasserverbrauchs hinwirken könnte. Andererseits wurden Technologien
wie die Regen- oder Grauwasseraufbereitung betrachtet, die bei gegebenem Wasserverbrauch
die Inanspruchnahme des Frischwasserdargebotes dadurch senken, dass sie alternative Quellen
nutzen oder das Wasser wiederholt verwenden. Für die zukünftige Entwicklung von Wasserspartechnologien
im Haushaltssektor werden im Modell WASSERINFRASTRUKTUR in
Anlehnung an die Entwicklungsrahmen A1 0 , A1 + , B2 0 und B2 + folgende drei Fälle unterschieden:
Kapitel 2 – Seite 273

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Geringe Fortschritte in Richtung auf Wassereinsparung, aber keine nennenswerte Preissenkung
sind in B20 hinsichtlich Haushaltstechnologien zu erwarten, da weder im Hinblick auf
die Innovationsintensität noch auf ihre Richtung besondere Impulse zu erwarten sind und die
produzierten Stückzahlen entsprechend gering bleiben. Bis 2020 wird von einer Reduktion
des durchschnittlichen Pro-Kopf Wasserverbrauchs im Jahr von 2,7 m³ ausgegangen.
A10 und B2 + unterscheiden sich zwar hinsichtlich der relativen Gewichtung von Intensität
und Richtung der jeweiligen Innovationsimpulse. Dennoch wird davon ausgegangen, dass der
Gesamteffekt in beiden Fällen sowohl hinsichtlich der Wassereinsparung als auch der Preissenkung
bei Haushaltstechnologien moderat sein wird. Bis 2020 wird von einer Reduktion
des durchschnittlichen Pro-Kopf Wasserverbrauchs im Jahr von 4,4 m³ ausgegangen.
Auf Grund der Kombination von hoher Intensität und Zielgerichtetheit der Technologieentwicklung
in A1 + sind hier mit Blick sowohl auf die Preisentwicklung als auch auf die Wassereinsparungen
die bedeutendsten Effekte zu erwarten. Bis 2020 wird von einer Reduktion des
durchschnittlichen Pro-Kopf Wasserverbrauchs im Jahr von 5,1 m³ ausgegangen.
2.9.2.7 Wettereinfluss
Der Einfluss klimatischer Bedingungen auf den Wasserverbrauch wurde bereits in mehreren
wissenschaftlichen Studien nachgewiesen (Hansen 1996). Untersuchungen zeigen generell,
dass der durchschnittliche Pro-Kopf Verbrauch von Trinkwasser in Ländern mit einem relativ
heißen und trockenen Klima - wie beispielsweise in Portugal, Spanien, Australien oder auch
Mexiko - höher liegt als in Ländern mit einem eher gemäßigten oder kühlen Klima (OECD
1999). In der vorliegenden Studie zeigt sich ein signifikanter statistischer Zusammenhang
zwischen der monatlichen Wassereinspeisungsmenge in das Versorgungsnetz und den Wetterfaktoren
Sonnenscheindauer und Niederschlag. Im Modell HAUSHALT wird basierend auf
den regionalspezifischen Klimadaten des Modells STAR für Sommermonate mit einer durchschnittlichen
Sonnenscheindauer von mehr als 250 Stunden und einem Niederschlag kleiner
80 mm ein Aufschlag von 8% auf den kommunalen Wasserbedarf berechnet. (siehe Gerstengarbe
et al. 2008, Kapitel 2.1)
2.9.3 Simulationsergebnisse Modell HAUSHALT
Bei der folgenden Ergebnisdarstellung werden zunächst die Eckdaten der im Modell NETZ-
STRUKTUR abgebildeten Trinkwasserversorgungsnetze beschrieben. Im Anschluss wird auf
die szenariobasierte zukünftige Fördermengenentwicklung bei Oberflächenwasser im deutschen
Elbegebiet eingegangen.
Der Simulationsraum für das Modell HAUSHALT ist bei der Anwendung in GLOWA-Elbe II
durch die Fokussierung auf Oberflächenwasser begrenzt auf bundesdeutsche Kommunen im
Elbegebiet mit (anteiliger) Oberflächenwasserversorgung. Entsprechend der mit dem Modellbaustein
NETZSTRUKTUR abgebildeten Trinkwasserversorgungsnetze umfasst dieses Gebiet
1140 der insgesamt im deutschen Elbegebiet gelegenen 4659 Kommunen (Stand 2001).
Sie entsprechen einer Bevölkerung von ungefähr 9,5 Millionen Einwohnern und liegen ausschließlich
auf dem Gebiet der neuen Bundesländer. Die Kommunen werden durch 4 Fernwasserversorger
sowie 81 lokale Aufgabenträger der öffentlichen Wasserversorgung mit
Trinkwasser versorgt und im Modell in 153 Wasserversorgungsnetzen abgebildet, wobei am
größten Netz 190 Kommunen angeschlossen sind. Als Entnahmepunkte dienen 24 Wasserge-
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2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
winnungsanlagen mit größtenteils Talsperren- aber auch Flusswasser. Hinzu kommen 45 Anlagen
zur Gewinnung von angereichertem Grundwasser und Uferfiltrat, wobei der Oberflächenwasseranteil
zwischen 10 und 95% schwankt. Wasserverluste und Wasserwerkseigenverbrauch
liegen bei den lokalen Versorgern bei durchschnittlich knapp 19% (Min. 4,4%,
Max. 37,5%). Bei den Fernwasserversorgern fallen sie erwartungsgemäß mit durchschnittlich
3,9% (Min. 2%, Max. 5,3%) deutlich geringer aus. Von den im Modell NETZSTRUKTUR
erfassten technischen Veränderungen ist die Inbetriebnahme der Talsperre Leibis-Lichte in
Thüringen ab 2009 die mit Abstand bedeutendste.
Der kommunale Wasserbedarf im Jahr 2001 entspricht in den 1140 Kommunen gemäß den
Wasserstatistiken des Statistischen Bundesamtes einem durchschnittlichen täglichen Pro-Kopf
Verbrauch von 137 Litern, von denen 103 Liter auf die Verbrauchergruppe der Privathaushalte
(inkl. Kleingewerbe) entfallen. Für die zukünftige Entwicklung des Wasserbedarfs weisen
die einflussstarken Modelldeterminanten demographischer Wandel sowie die Entwicklung
beim Wasserpreis und bei Haushaltstechnologien darauf hin, dass sich der in Abbildung 1
dargestellte Rückgang des kommunalen Wasserbedarfs und den entsprechenden Fördermengen
von 1990 bis 2004 für den Zeitraum bis 2020 weiter fortsetzen wird. So ist in den 1140
Kommunen gemäß der makroökonomischen Modellierung des Modells REGE (DIW) ein Bevölkerungsrückgang
in A1 um 1,4% und in B2 um 2,2% zu verzeichnen. Der damit einhergehende
Bedarfsrückgang wird nur anteilig durch die Entwicklung bei den Haushalts- und Gebäudestrukturen
kompensiert. Der Wasserpreis steigt real bis 2020 in den Entwicklungsrahmen
A1 + , A1 0 , B2 + , B2 0 um durchschnittlich respektive 24, 21, 23 sowie 16%. Die zukünftige
Entwicklung der erhobenen kommunal- und haushaltstypspezifischen Wasserpreise ist ähnlich
wie die aktuellen Wasserpreise in den Versorgungsgebieten sehr heterogen. In einigen
Kommunen sinken die Wasserpreise um bis zu 11%, wohingegen in anderen Fällen ein Preisanstieg
von maximal 71% zu erwarten ist. Schließlich ist ein weiterer wesentlicher Bedarfsrückgang
durch die Entwicklung und Diffusion neuer Wasserspartechnologien sowie durch
die Aufbereitung und Nutzung von Regen- und Grauwasser als alternative Wasserquellen begründet,
der sich in den Inputdaten des Modells WASSERINFRASTRUKTUR verstärkt in
A1 + und B2 + abzeichnet. Im Ergebnis sinkt der kommunale durchschnittliche Wasserbedarf
bis 2020 im Entwicklungsrahmen B2 0 um 8% auf ungefähr 126 Liter pro Kopf und Tag. Im
Entwicklungsrahmen A1 + fällt er mit einem Pro-Kopf Bedarf von knapp 112 Litern (-18%)
am geringsten aus. Der durchschnittliche Pro-Kopf Bedarf in den Entwicklungsrahmen A1 0
und B2 + liegt mit 117 Litern (-15%) sowie 114 Litern (-17%) mengenmäßig im Mittelfeld.
Die zukünftige Entwicklung der kommunalen Wasserbedarfswerte ergibt unter den 1140
Kommunen ein recht heterogenes Bild. Während bei einigen Kommunen die Wasserbedarfsmengen
um bis zu 60% sinken, weisen andere Kommunen eine Steigerung von maximal 18%
auf. Im Gesamtergebnis sind die resultierenden Wasserfördermengen für alle vier Entwicklungsrahmen
rückläufig. Übereinstimmend mit den Bedarfsmengen auf kommunaler Ebene
sinkt im Entwicklungsrahmen A1 + die Wasserfördermenge am deutlichsten (-20%), gefolgt
von den Entwicklungsrahmen B2 + (-19%), A1 0 (-16%) sowie B2 0 (-10%). In Abbildung 5 ist
die zukünftige Entwicklung der Fördermengen für die vier Entwicklungsrahmen unter Klimaeinfluss
dargestellt. Die Kurvenverläufe verdeutlichen, dass A1 + STAR T2 und B2 0 STAR T2
den Ergebnisraum der vier Entwicklungsrahmen aufspannen.
Kapitel 2 – Seite 275

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Abb. 5: Szenariobasierte Fördermengenentwicklung bis 2020.
Während sich für B2 0 STAR T2 ein Entnahmerückgang bis 2020 um ungefähr 37 Millionen
m³ ergibt, ist der entsprechende Wert für A1 + STAR T2 mit minus 75 Millionen m³ doppelt so
hoch. Die zukünftige Entwicklung fällt für einzelne Wasserversorgungsgebiete und ihre Entnahmepunkte
sehr unterschiedlich aus.
Abb. 6: Trendverlauf 1990 bis 2003 und zukünftige Fördermengenentwicklung in A1 + Star T2 und B2 0 Star T2
Während sich bis 2020 für ausgewählte Wasserversorger in Sachsen und Thüringen ein Bedarfsrückgang
von 40% und mehr einstellt, werden für mehrere Versorger in Brandenburg
steigende Bedarfswerte simuliert. Werden die Modellergebnisse in den Kontext der Nachwendezeit
gestellt, ergibt sich das in Abbildung 6 gezeigte Bild. In der Abbildung wird in
normierter Form der bisherige Trendverlauf der Entnahmemengen der öffentlichen Wasserversorgung
von 1990 bis 2003 für das Bundesgebiet sowie für die alten und neuen Bundesländer
dargestellt. Der Trendverlauf der neuen Bundesländer ist um die mit dem Modell
HAUSHALT simulierte zukünftige Fördermengenentwicklung bis 2020 verlängert. Aus
Kapitel 2 – Seite 276

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Gründen der Übersichtlichkeit werden mit den Entwicklungsrahmen A1 + Star T2 und B2 0
Star T2 nur die obere und untere Variante abgebildet. Die Kurvenverläufe bestätigen den bereits
auf Grund der szenariobasierten Entwicklung der bedeutendsten Modelldeterminanten
erwarteten Verlauf. Sie zeigen bis 2020 einen Bedarfsrückgang, der allerdings im Vergleich
zum drastischen Förderrückgang der 90er Jahre moderat ausfällt.
2.9.4 Diskussion der Modellergebnisse
Die Simulationsergebnisse des Modells HAUSHALT werden im Folgenden mit weiteren in
Deutschland durchgeführten Wassernachfragestudien verglichen und eingeordnet. Dabei sind
auf Grund der unterschiedlichen Untersuchungsräume dieser Studien weniger die absoluten
Zahlen als vielmehr die vorgegebenen Trends von Interesse. Im Anschluss wird ein Ausblick
auf zwei wesentliche Modellerweiterungen gegeben, mit deren Hilfe eine weitere Verbesserung
der Validität der Simulationsergebnisse verfolgt wird.
In den Wassernachfragestudien der 70er bis Anfang der 80er Jahre wird von einem ansteigenden
Wasserbedarf in Deutschland ausgegangen (vgl. Abbildung 7). So wird in der Wasserbedarfsprognose
der TU Berlin (siehe Winje, Igelhaut 1982) der einwohnerbezogene Trinkwasserbedarf
der Privathaushalte inklusive des Kleingewerbes im Jahr 2000 auf 220 Liter pro Tag
geschätzt, Tendenz steigend. In den nachfolgenden Arbeiten ist bereits ein Wandel zu konstatieren,
der als ein Übergang von relativ einfachen annahmebasierten Modellen mit einem
Hang zur Überschätzung des Bedarfes hin zu einer realistischeren Berücksichtigung von
strukturellem und technischem Wandel und einschließlich der Integration von nachfrageorientierten
Maßnahmen charakterisiert werden kann. Die Studien des Battelle Instituts passen sich
sukzessive dem sich tatsächlich abschwächenden Bedarfsanstieg an. In ihrer Studie von 1981
(Rohmeier, Steigerwald) wird berücksichtigt, dass die zunehmende Bereitschaft der Bevölkerung
Wasser zu sparen in Verbindung mit weiteren Einflussfaktoren wie der Diffusion Wasser
sparender Haushaltstechnologien den steigenden häuslichen Wasserbedarf der Privathaushalte
abschwächt. Anfang der 90er kommt es schließlich bei der Wasserbedarfsentwicklung zu einer
Trendumkehr und in den folgenden Jahren zu stetigem Bedarfsrückgang. Möhle und Masannek
(1993) sowie Masannek (1996) prognostizieren einen gradiellen Bedarfsrückgang
bzw. in der „oberen Variante“ für die Stadt Hamburg einen moderaten Anstieg. In einer angepassten
Wasserbedarfsprognose für das Versorgungsgebiet der Hamburger Wasserwerke
wird im Zeitraum von 2005 bis 2030 ein häuslicher Bedarfsrückgang um rund 7% simuliert.
(Kluge et al. 2007) Die IKSE (2005) schätzt in der wirtschaftlichen Analyse der Wassernutzung
im Elbegebiet die zukünftige spezifische Wasserbedarfsentwicklung bis 2015 in drei Varianten.
Die erste Variante geht von einer Stagnation des Trinkwasserverbrauchs auf dem
Verbrauchsniveau des Jahres 2001 mit 127 Litern pro Einwohner und Tag aus. Die zweite Variante
unterstellt für das Gesamtgebiet der Bundesrepublik Deutschland für das Jahr 2015 das
derzeitige Verbrauchsniveau der neuen Bundesländer mit ca. 93 Litern. Bei diesem Szenario
wird ein extremes Wassersparszenario vorgestellt, das die im vergangenen Jahrzehnt in den
neuen Bundesländern beobachtete Wasserverbrauchsentwicklung auf das Bundesgebiet überträgt.
Die dritte Variante unterstellt für das Bundesgebiet für das Jahr 2015 das derzeitige
Verbrauchsniveau der alten Bundesländer mit rund 136 Litern. Als wahrscheinlichste Variante
wird die Variante 1 herausgestellt. Döll und Vassolo (2004) simulieren in einer weiteren
Studie mit Hilfe des globalen Wassernutzungsmodells WaterGAP in Anlehnung an die IPCC-
Szenarienfamilien A1 und B2 die Wasserbedarfsentwicklung im Elbegebiet. Sie vergleichen
in ihrer Arbeit den Einfluss unterschiedlich stark aggregierter demographischer Inputdaten auf
die Modellergebnisse. Bei der von ihnen bevorzugten Verwendung regionalisierter Modellda-
Kapitel 2 – Seite 277

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
ten ermitteln sie bis 2025 in dem Szenario A1 einen Bedarfsrückgang von -19%, was im Ergebnis
dem Modell HAUSHALT für den Entwicklungsrahmen A1 + entspräche.17 Für das B2
Szenario schätzen sie dagegen einen drastischen Rückgang von -66%.
Abb. 7: Ausgewählte Wassernachfragestudien in Deutschland im Vergleich.
Insgesamt zeigt sich, dass sich der mit dem Modell HAUSHALT simulierte moderate Bedarfsrückgang
in weiteren aktuellen Wassernachfragestudien für Deutschland wiederfindet.
Die Modellvarianten der IKSE (2005) sowie von Döll und Vassolo (2004), die einen extremen
Bedarfsrückgang simulieren, werden vom Autor als wenig plausibel eingestuft. Vielmehr
wird auf Grund der andauernden komplexen sozioökonomischen Schrumpfungsprozesse in
den neuen Ländern sowie der dort gerade in ländlichen Regionen weit verbreiteten Nutzung
alternativer Wasserquellen in allen vier Entwicklungsrahmen bis 2020 von einem stetigen
aber auf Grund des bereits niedrigen Ausgangsniveaus lediglich moderaten Bedarfsrückgang
ausgegangen.
Abschließend werden zwei wesentliche Aspekte der Struktur im Modell HAUSHALT kritisch
hinterfragt, deren Überarbeitung einer weiteren Verbesserung hinsichtlich des Erklärungsgehalts
dienen soll. Das Modell HAUSHALT wird auf weitere Kommunen im Elbegebiet unter
der Annahme übertragen, dass sich die Kommunalstruktur ausschließlich auf den Wassernachfrageanteil
des Kleingewerbes auswirkt, und ein kommunalstruktureller Einfluss auf die
Haushaltswassernachfrage nicht existiert. Bei der Modellübertragung bestätigt sich diese Annahme
nicht, sondern die Grenzen der Modellübertragbarkeit werden deutlich. Das auf einer
17 Allerdings ist auch an dieser Stelle der abweichende Bezugsraum zu berücksichtigen, der im Fall des Modells
HAUSHALT nicht aus dem gesamten deutschen Elbegebiet sondern aus einer Teilmenge von Kommunen in
den neuen Bundesländern besteht.
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2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
empirischen Datengrundlage der Großstadt Leipzig entwickelte mikrobasierte Mesomodell
liefert für weitere Großstädte wie beispielsweise Dresden, Magdeburg, Halle oder Chemnitz
sehr gute Ergebnisse, wohingegen die Modellgenauigkeit in ländlichen Regionen zum Teil
stark abnimmt. Dementsprechend ist es vorgesehen, den kommunalstrukturellen Einfluss im
Modell zu berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund wird das Modell HAUSHALT um weitere
kommunalstrukturtypspezifische Wassernachfragemodelle erweitert. Nichtsdestotrotz muss
bei der gewählten Vorgehensweise grundsätzlich von den örtlichen Besonderheiten abstrahiert
werden. Dieses Abstraktionsniveau unterliegt einem gewissen Grad an Inhomogenität. Die im
Einzelfall hineinspielenden örtlichen Besonderheiten werden mit Hilfe des Modells HAUS-
HALT nicht erfasst, so dass auch der einzelfallspezifische Erklärungsgehalt des Modells eingeschränkt
sein mag. In einzelnen bzw. kleinen Beobachtungsräumen nehmen die spezifischen
Unterschiede zu. Sie beruhen auf nicht systematisierbaren Einflüssen. Für eine Vielzahl
von Kommunen bzw. mit zunehmender Größe und Strukturvielfalt der Gemeinden kann dagegen
die Wirksamkeit des „Gesetzes der großen Zahl“ unterstellt werden. Nichtsdestotrotz
wird auch im Einzelfall die Modellanwendung einen fundierten Ausgangspunkt für weiterführende
Analysen darstellen, deren Rückschlüsse gegebenenfalls eine Korrektur oder Ergänzung
bisher erfasster Heterogenität erfordern.
Die zweite geplante Modellerweiterung dient einer verbesserten Modellierung der Wassernachfrage
der gewerblichen und sonstigen Letztverbraucher. In der aktuellen Version des
Modells HAUSHALT wird für diese Verbrauchergruppe ein auf Basis der amtlichen Wasserstatistiken
berechneter konstanter prozentualer Aufschlag auf die Wassernachfrage der Privathaushalte
inklusive des Kleingewerbes gewährt. Da diese Vorgehensweise einen lediglich geringen
Erklärungsgehalt besitzt, ist es vorgesehen für die gewerbliche Wassernachfrage als
die zweitgrößte Verbrauchergruppe der öffentlichen Wasserversorgung (vgl. Abbildung 1) die
Erkenntnisse des ökonometrischen Wassernachfragemodells der industriellen Direktentnehmer
in das Modell HAUSHALT zu integrieren. (siehe Mutafoglu 2008, Kapitel 2.7) Dies erlaubt
eine selbständige Darstellung der gewerblichen Wassernachfrage innerhalb der öffentlichen
Wasserversorgung.
2.9.5 Referenzen
Arbués F., García-Valiñas M. À., Martìney-Espiñeira R. (2003) Estimation of residential water demand, a stateof-the-art
review. In: Journal of Socio-Economics, 32, S. 81-102.
ATT, BGW, DBVW, DVGW, DWA, VKU (Hrsg.) (2005) Branchenbild der deutschen Wasserwirtschaft.
Bächle A., Fischer G., Möhle K.-A., Masannek R., Reimers W. (1998) Prognose zur Trinkwasserbedarfsentwicklung
im Versorgungsgebiet der MVV Mannheim. In: GWF Wasser-Abwasser, 139 (2), S. 70-78.
Baumann D. D., Boland J. J., Hanemann W. M. (1998) Urban Water Demand Management and Planning,
McGraw-Hill, New York.
Billings R. B., Jones C. V. (1996) Forecasting Urban Water Demand, Denver.
Blazejczak J., Gornig M., Schulz E. (2008) Szenarien zur Demographie und Ökonomie in der Elbe-Region. In:
Wirkungen des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht
zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.3.
Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (2006) Raumordnungsprognose 2020/2050, Berichte 23, Bonn.
Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V. (2005) 115. Wasserstatistik 2003 Bundesrepublik
Deutschland, Bonn.
Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V. (2005a) Wasserabgabe der öffentlichen Wasserversorgung.
In: http://www.bgw.de/files/pdf/0.1_resource_2005_4_13_5.pdf .
Kapitel 2 – Seite 279

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e.V. (2006) Wasserverluste in Deutschland europaweit
am geringsten. In: http://www.fwa-ffo.de/fwadocs/files/2006-01-
26_BGW_Presseinformation_Wasserverluste.pdf.
Döll P., Vassolo S. (2004) Global-scale vs. regional-scale scenario assumptions: implications for estimating future
water withdrawals in the Elbe River basin. In: Regional Environmental Change, 4, 4, S. 169-181.
Fakinger H., Krüger E., Rohmeier H. (1976) Analyse der Einflussfaktoren des Trinkwasserbedarfs der privaten
Haushalte in der Bundesrepublik Deutschland und Prognose bis zum Jahr 2000, Battelle Institut, Frankfurt a. M.
Gerstengarbe F.-W., Werner P. C., Orlowsky B., Wodinski M. (2008) Modellierung der regionalen Klimaentwicklung.
In: Wirkungen des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen.
Schlussbericht zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.1.
Hansen L. G. (1996) Water and energy price impacts on residential water demand in Copenhagen. In: Land Economics,
72 (1), S. 66-79.
Hartje V. (2008) Szenarioanalyse der Regionalisierung der Driving Forces und Pressures des globalen Wandels
in einem mittleren Flusseinzugsgebiet. In: Wirkungen des globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im Elbegebiet
- Risiken und Optionen. Schlussbericht zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II, Kapitel 2.
Howe C, White S. (1999) Integrated resource planning for water and waste water: Sydney case studies, Water
International, Vol. 24, No. 4, S. 356-362.
Internationale Kommission zum Schutz der Elbe (2005) Internationale Flussgebietseinheit Elbe, Wirtschaftliche
Analyse der Wassernutzung, Anlage 2, Dresden.
Kaltofen M., Hentschel M., Kaden S. (2008) Modellierung der Wasserverfügbarkeit im Elbeinzugsgebiet und
Auswirkungen des globalen Wandels im deutschen Teilgebiet. In: Wirkungen des globalen Wandels auf den
Wasserkreislauf im Elbegebiet - Risiken und Optionen. Schlussbericht zum BMBF-Vorhaben GLOWA-Elbe II,
Kapitel 3.1.
Kluge T., Deffner J., Götz K., Liehr S., Michel B., Michel F., Rüthrich W (2007) Wasserbedarfsprognose 2030
für das Versorgungsgebiet der Hamburger Wasserwerke GmbH (HWW), Ergebnisbericht.
Lecher K., Lühr H.-P., Zanke U. C. E. (Hrsg.) (2001) Taschenbuch der Wasserwirtschaft. 8. Auflage. Berlin.
Masannek R. (1996) Technische und soziale Einflüsse auf die Entwicklung des Trinkwasserbedarfs. Dissertation
an der Universität Hannover.
Messner F., Ansmann T. (2007) Wassernutzung der privaten Haushalte in Leipzig – Einflussfaktoren der Wassernachfrage
und Bedeutung der individuellen Wahrnehmung dieser Faktoren durch die Wassernutzer. UFZ-
Bericht. In: http://www.ufz.de/gefo/index.php?de=5902.
Meyer V. (2005) Methoden der Sturmflut-Schadenspotenzialanalyse an der deutschen Nordseeküste, Dissertation
an der Universität Hannover.
Möhle K.-A., Masannek R. (1993) Wasserbedarfsprognose für die Hamburger Wasserwerke GmbH, Fachliche
Berichte der Hamburger Wasserwerke, Nr. 1.
OECD (Hrsg.) (1999) The Price of Water, Trends in OECD Countries, OECD, Paris.
Pindyck R.S., Rubinfeld D.L. (1992) Microeconomics, second edition. MacMillan: New York u.a.
Rohmeier H., Steigerwald O. (1981) Wasserbedarfsprognose Niedersachsen, Bericht für das Niedersächsische
Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, Battelle-Institut e.V., Frankfurt.
Rohmeier H. (1986) Zukünftiger Wasserbedarf nach Verbrauchergruppen und Planungsräumen, Prognose mit
Methoden der Regionalplanung, München.
Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (2002) Grundsatzplan öffentliche Wasserversorgung
Freistaat Sachsen 2002, Dresden.
Satorius C., Hillen T., Klobasa C. (2006) Parameter der wasserrelevanten Technologieentwicklung im Haushaltssektor
bis 2030, Arbeitspapier im Rahmen des BMBF-Verbundforschungsvorhabens „Globaler Wandel des
Wasserkreislaufs im Elbeeinzugsgebiet“ (GLOWA Elbe). In: http://www.glowaelbe.de/german/project_reports.htm.
Statistisches Bundesamt (2006) Fachserie 19 Reihe 2.1, 2004.
Statistisches Bundesamt (2003) Fachserie 19 Reihe 2.1, 2001.
Umweltbundesamt (Hrsg.) (2001) Nachhaltige Wasserversorgung in Deutschland, Analyse und Vorschläge für
eine zukunftsfähige Entwicklung, Berlin.
Kapitel 2 – Seite 280

2.9 Szenariobasierte Simulation des Bedarfs an Oberflächenwasser der öffentlichen Wasserversorgung
im Elbegebiet (Ansmann)
Winje D., Igelhaut I. (1982) Der Wasserbedarf in der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahr 2010, Technische
Universität Berlin, Forschungsbericht 102 02 103/02 im Auftrag des Umweltbundesamtes.
Kapitel 2 – Seite 281

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung
Thomas Hillenbrand, Christian Sartorius und Rainer Walz
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)
Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe
* Tel.: +49 (0)721 6809 119
* Email: thomas.hillenbrand@isi.fraunhofer.de
2.10.1 Einleitung
Die Wasserwirtschaft in Deutschland sieht sich mittelfristig neuen Herausforderungen gegenübergestellt,
die ihre Ursachen in unterschiedlichen, derzeit sich zumindest bereits teilweise
abzeichnenden Entwicklungen haben. Zu nennen ist hier u. a. der Klimawandel mit vielfältigen
Auswirkungen auf wasserwirtschaftlich relevante Prozesse (Niederschlagsmengen, Niederschlagsverteilung,
Grundwasserneubildung, etc.), der demographische Wandel sowie der
technische Fortschritt. Dieser eröffnet zum einen neue Möglichkeiten bei der Abwasserentsorgung,
zum anderen stellt er effizientere Techniken bei der Wassernutzung zur Verfügung
mit der Konsequenz eines weiteren Rückgangs des spezifischen Wasserverbrauchs sowohl
im häuslichen als auch im industriellen Bereich. Im Rahmen des vom Bundesministerium
für Bildung und Forschung geförderten Verbundforschungsvorhabens "Globaler Wandel
des Wasserkreislaufs im Elbeeinzugsgebiet" (GLOWA Elbe) werden vor diesem Hintergrund
integrierte Strategien für eine vorausschauende und nachhaltige Bewirtschaftung von Wasser
und Gewässern entwickelt (s. http://www.glowa-elbe.de/). Zeithorizont der Untersuchungen
ist der Zeitraum bis etwa 2020. Ziel der Analysen ist es, die wasserrelevanten Technikentwicklungen,
deren Verbreitung und die damit verbundenen Wirkungen zu analysieren.
Für den Bereich der industriellen Wassernutzung werden im Folgenden die hinsichtlich des
Wassereinsatzes besonders wichtigen Branchen in Deutschland identifiziert und die Entwicklung
der Wassernutzung in diesen Branchen seit 1991 analysiert. Ergänzend werden die technischen
Entwicklungslinien beschrieben sowie anstehende Veränderungen bei den für die Diffusion
neuer wasserrelevanter Techniken wichtigen Randbedingungen untersucht.
2.10.2 Industrieller Wassereinsatz und Abwassereinleitung
in Deutschland und im Elbegebiet
Die mit Abstand bedeutendsten industriellen Wassernutzer mit einem Anteil von 59,6% im
Jahre 2004 sind die Wärmekraftwerke für die öffentliche Versorgung, die das Wasser ganz
überwiegend als Kühlwasser nutzen. Auf diesen Anteil wird nachfolgend nicht näher eingegangen,
da der Bereich der Kraftwerke in einem separaten Arbeitspaket untersucht wird.
Auch in der Chemischen Industrie und bei der Metallerzeugung spielt die Nutzung von
Kühlwasser eine wichtige Rolle, so dass von der gesamten in Deutschland eingesetzten Wassermenge
(incl. nichtindustriellem Einsatz) über zwei Drittel als Kühlwasser Verwendung
finden.
Kapitel 2 – Seite 282

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
In Abbildung 1 ist die Entwicklung von Wassereinsatz und Abwassseraufkomen in der Industrie
seit 1991 dargestellt. Die Differenz zwischen dem Wassereinsatz und dem abgeleiteten
Abwasser ergibt sich insbesondere durch Wasserverluste, Verdunstung, Trockung von Produkten,
Wasser in Produkten (z.B. Ernährungsindustrie) und Wasser in Abfallschlämmen. Die
große Differenz zwischen dem insgesamt eingeleiteten und dem behandelten Abwasser wird
ganz überwiegend durch die Nutzung von Kühlwasser bestimmt. Daneben führt die Statistik
produktspezifisches Abwasser und ungenutztes Wasser auf.Abbildung 1 verdeutlicht, dass es
zwischen 1991 und 2004 zu einem Rückgang des Wasseraufkommens um 28% kam. Bei der
behandelten Abwassermenge lag der Rückgang sogar bei 47%. Allerdings ist auch festzustellen,
dass zwischen den letzten beiden Erhebungsjahren 2001 und 2004 der Rückgang nur
noch sehr gering war. Ob zukünftig mit einem weiteren Rückgang des Wassereinsatzes zu
rechnen ist, wird von unterschiedlichen Aspekten beeinflusst wie z.B. der wirtschaftlichen
Entwicklung besonders in den wasserintensiven Branchen, der technischen Entwicklung oder
auch möglichen strukturellen Veränderungen.
1000 m³
14.000.000
12.000.000
10.000.000
8.000.000
6.000.000
4.000.000
2.000.000
0
1991 1995 1998 2001 2004
Kapitel 2 – Seite 283
Wasseraufkommen insgesamt
Abwassereinleitung insgesamt
behandeltes Abwasser
Industrie: Bergbau, Gewinnung von Steinen u. Erden, Verarbeitendes Gewerbe;
Datenquelle: Statistisches Bundesamt, Fachserie 19, Reihe 2.2
Abbildung 1: Wassereinsatz und Abwasseraufkommen der Industrie in Deutschland seit 1991
(D:\doku\321028 - Glowa\Industrie\Vonderach_StaBu-Auswertung bis 2004\Trend industrieller Wasserverbrauch
hi neu.xls)
Um die Entwicklung in der Vergangenheit und zu erwartende Trends analysieren zu können,
ist es angezeigt, analog zur Vorgehensweise bei der Analyse der Entwicklung des Energiebedarfs
(vgl. z.B. Eichhammer et al., 2006) die Entwicklung des Wassereinsatzes auf der Ebene
der wichtigsten wasserrelevanten Branchen der Verarbeitenden Industrie zu untersuchen. In
Abbildung 2 sind die Daten für die Branchen für Deutschland insgesamt sowie in Abbildung
3 für das Elbegebiet dargestellt. Die Struktur im Elbegebiet entspricht danach weitgehend der
des Wassereinsatzes in Deutschland insgesamt. Folgende Branchen besitzen danach eine hohe
Relevanz:
• Chemische Industrie
• Metallerzeugung/-bearbeitung,
• Papierindustrie,
• Ernährungsindustrie,
• Mineralölverarbeitung.

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Aufgrund einzelner, besonders relevanter Wassernutzer werden zusätzlich die Branchen "Verarbeitung
von Steine/Erden, Glas, Keramik" sowie die Textilindustrie mit bearbeitet. Der Bereich
Bergbau und Gewinnung von Steine und Erden wurde für die weiteren Untersuchungen
dagegen ausgeklammert, da das Wasseraufkommen dieser Branche überwiegend vom ungenutzt
abgeleiteten Grubenwasser bestimmt wird, das nicht für die Produktion benötigt wird.18
18 Im Rahmen des GLOWA-Elbe-Projekts wird dieser Bereich ebenso wie die Wärmekraftwerke für die öffentliche
Versorgung separat bearbeitet.
Kapitel 2 – Seite 284

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Mineralölverarb.
2,4%
Ernährungsgewerbe
4,9%
Verarb. Steine u. Erden,
Glas, Keramik
1,7%
Papiergewerbe
6,3%
Metallerzeugung/bearbeitung,
9,2%
sonstige
4,6%
Bergbau u. Gewinnung
v. Steinen u. Erden
26,8%
Chemische Industrie
44,0%
Industrie: Bergbau, Gewinnung von Steinen u. Erden, Verarbeitendes Gewerbe;
Datenquelle: Statistisches Bundesamt, Fachserie 19, Reihe 2.2 (2006)
Mineralölverarb.
4,0%
Bergbau u. Gewinnung
v. Steinen u. Erden
4,7%
Metallerzeugung/bearbeitung,
8,6%
Ernährungsgewerbe
11,5%
Papiergewerbe
25,0%
sonstige
5,3%
Chemische Industrie
41,0%
Kapitel 2 – Seite 285
Wassereinsatz in den
verschiedenen
Industriebranchen
2004
behandelte Abwassermengen
in den
verschiedenen
Industriebranchen
2004
Industrie: Bergbau, Gewinnung von Steinen u. Erden, Verarbeitendes Gewerbe;
Datenquelle: Statistisches Bundesamt, Fachserie 19, Reihe 2.2 (2006)
Abbildung 2: Wassereinsatz und behandelte Abwassermengen der wichtigsten Industriebranchen in
Deutschland in 2004

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Metallerzeugung/bearbeitung,
9,1%
Mineralölverarb.
1,0%
Ernährungsgewerbe
2,9%
Verarb. Steine u. Erden,
Glas, Keramik
1,1%
sonstige
3,1%
Papiergewerbe
5,3%
Bergbau u. Gewinnung v.
Steinen u. Erden
30,4%
Kapitel 2 – Seite 286
Chemische Industrie
47,0%
Industrie: Bergbau, Gewinnung von Steinen u. Erden, Verarbeitendes Gewerbe;
Datenquelle: Sonderauswertung Statistisches Bundesamt
Metallerzeugung/bearbeitung,
8,4%
Ernährungsgewerbe
6,6%
Mineralölverarb.
2,6%
Bergbau u. Gewinnung
v. Steinen u. Erden
3,0%
Papiergewerbe
20,9%
sonstige
4,8%
Chemische Industrie
53,6%
Industrie: Bergbau, Gewinnung von Steinen u. Erden, Verarbeitendes Gewerbe;
Datenquelle: Sonderauswertung Statistisches Bundesamt
Wassereinsatz in
verschiedenen
Industriebranchen
im Elbegebiet
2001
behandelte
Abwassermengen in
verschiedenen
Industriebranchen
im Elbegebiet
2001
Abbildung 3: Wassereinsatz und behandelte Abwassermengen der wichtigsten Industriebranchen im Elbegebiet
in 2001

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Hinsichtlich der über das Abwasser industrieller Direkteinleiter in die Oberflächengewässer
eingeleiteten Stofffrachten liegen zum einen Daten der IKSE für das Jahr 2002 vor (sieheTabelle
1) sowie die Ergebnisse des Europäischen Emissionsinventars (siehe Tabelle 2). Trotz
der bestehenden Unterschiede zwischen den Erhebungen zeigt sich die herausgehobene Bedeutung
der Chemischen Industrie hinsichtlich der durch die Industrie insgesamt verursachten,
eingeleiteten Nährstofffrachten. Die insgesamt aus diesem Bereich verursachten Einträge
spielen allerdings im Vergleich zu den Einträgen aus der Landwirtschaft und kommunalen
Kläranlagen nur eine untergeordnete Rolle.
Tabelle 1:
Jahr 2002 in t/a
Nährstoffeinträge industrieller Direkteinleiter im Elbegebiet nach Angaben der IKSE für das
N ges P ges
Chemische und pharmazeutische Industrie 631,1 45,7
Zellstoff- und Papierindustrie 4,1 4,0
Metallherstellung, Metallbe- und –verarbeitung 1,3 0,4
Bergbau und Kohleverarbeitung 49,0 1,1
Summe: 685,5 51,2
Tabelle 2: Nährstoffeinträge industrieller Direkteinleiter im Elbegebiet nach Auswertungen des Europäischen
Emissionsinventars für das Jahr 2004 in t/a
N ges P ges
Chemische Industrie 454,4 9,8
Sodaherstellung (Anhang 30) 322,0
Erdölverarbeitung 59,9
Summe: 836,3 9,8
2.10.3 Vergangenheitsentwicklung des Wassereinsatzes in
wichtigen Branchen der Verarbeitenden Industrie
Für die branchenspezifische Analyse des Wassereinsatzes wird analog zu entsprechenden Untersuchungen
aus dem Energiebereich (vgl. Eichhammer et al., 2006) davon ausgegangen,
dass der Wassereinsatz bestimmt wird über die wirtschaftliche Aktivität der Branche sowie
einen Wasserintensitätsfaktor, der insbesondere die technische Entwicklung abbildet (vgl. Statistisches
Bundesamt, 2006), in dem aber auch strukturelle Veränderungen enthalten sind. Alle
drei Einflussgrößen können branchenspezifisch sehr unterschiedlich sein, so dass die Entwicklung
für die wasserintensiven Branchen jeweils separat analysiert werden muss. Damit
ergibt sich folgender Zusammenhang:
Kapitel 2 – Seite 287

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Wi = ci * Ai
mit Wi : Wassereinsatz in den Branchen i
ci : spezifischer Wasserintensitätsfaktor
Ai : wirtschaftliche Aktivität der Branche
Für die Vergangenheit kann mit vorliegenden Daten zum Wassereinsatz und zur Wirtschaftsaktivität
der relevanten Branchen die Entwicklung des spezifischen Wasserintensitätsfaktors
bestimmt und mit dessen Hilfe die künftige Entwicklung abgeschätzt werden. Dieser Ansatz
ermöglicht es bei Szenarienbetrachtungen, zwischen dem zukünftigen Einfluss der wirtschaftlichen
Aktivität und der technischen Entwicklung/strukturellen Veränderung zu unterscheiden.
Als Bezugsgröße für die wirtschaftliche Aktivität wurde für Branchen mit einer großen
Palette sehr unterschiedlicher Produkte die preisbereinigte Bruttowertschöpfung der Branche
herangezogen (s. Statistisches Bundesamt, 2006). Bei der Papierindustrie und der Mineralölverarbeitung
wurde wegen der kleineren bzw. einheitlicheren Produktpalette die näherliegende
und gut verfügbare Produktionsmenge an Papier und Pappe bzw. die verarbeitete Rohölmenge
als Bezugsgröße für die wirtschaftliche Aktivität gewählt.
Erhebungen des Statistisches Bundesamtes für den Wasserbereich werden alle drei Jahre erstellt.
Für die Analyse der Vergangenheitsentwicklung seit der Wiedervereinigung stehen Daten
für die Jahre 1991, 1995, 1998, 2001 und 2004 zur Verfügung. Daten für das Jahr 2007
werden voraussichtlich erst 2009 veröffentlich werden. Für die einzelnen Branchen ergeben
sich folgende Ergebnisse:
Die Ergebnisse für den Bereich der Chemischen Industrie (s. Abbildung 4) zeigen einen deutlichen
Rückgang des Frischwassereinsatzes insbesondere zwischen 1991 und 1995. Für den
mit der Bruttowertschöpfung ermittelten spezifischen Wasserintensitätsfaktor ergibt sich ein
sehr gleichmäßiger Rückgang im gesamten Zeitraum von 1991 bis 2004.
Bei der Metallerzeugung/-verarbeitung (s. Abbildung 5) zeigt sich eine deutliche Minderung
sowohl des Frischwasserbedarfs als auch des Intensitätsfaktors bis 2001, danach ist dagegen
nur noch ein sehr geringer Rückgang zu beobachten. Auch hier wurde der Wasserintensitätsfaktor
mit Hilfe der Bruttowertschöpfung ermittelt.
In der Papierbranche (Abbildung 6) sank der Frischwassereinsatz mehr oder weniger kontinuierlich
zwischen 1991 und 2001 und war dann 2004 praktisch unverändert. Aufgrund des vergleichsweise
einheitlichen und gut erfassten Produkts (Papier und Pappe) wird als Bezugsgröße
für die wirtschaftliche Aktivität die produzierte Papier- und Pappemenge gewählt. Der
Intensitätsfaktor kann für den gesamten Zeitraum von 1991 bis 2004 als konstant fallend angesetzt
werden.
In der Ernährungsindustrie (Abbildung 7) nahm der Frischwassereinsatz bis 1998 ab und blieb
danach praktisch konstant. Mit Hilfe der Bruttowertschöpfung errechnet sich daraus ein vergleichsweise
gering abnehmender Wasserintensitätsfaktor.
In der Branche "Kokerei, Mineralölverarbeitung, Herstellung und Verarbeitung von Spalt-
und Brutstoffen" wird der Wassereinsatz zu über 95% durch den Bereich Mineralölverarbeitung
bestimmt, der hinsichtlich seiner wirtschaftlichen Aktivität sehr gut über die verarbeitete
Rohölmenge erfasst werden kann. Mit dieser Bezugsgröße ergibt sich für den Wasserintensitätsfaktor
bis 1998 ein starker und danach bis 2004 ein etwas schwächerer Rückgang (Abbildung
8).
Kapitel 2 – Seite 288

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Für die Branche Steine/Erden, Glas, Keramik stehen die erforderlichen Zahlen erst ab 1995
zur Verfügung (s. Abbildung 9). Die Daten zeigen zwar einen deutlichen Rückgang des Wasserbedarfs,
dieser ging jedoch einher mit einem deutlichen Rückgang der Bruttowertschöpfung,
d. h. der Wasserintensitätsfaktor hat sich nur geringfügig verändert.
Starke Veränderungen zeigt Abbildung 10 für die Textilindustrie: seit 1991 hat sich hier ein
drastischer Rückgang des Wasserbedarfs ergeben, allerdings auch ein teilweise noch deutlicherer
Rückgang der Wertschöpfung, die Zahl der Betriebe ist seit 1995 um 43% zurückgegangen,
d.h. es gab sehr große Veränderungen in der Branche. Diese führten auch zu einer
deutlichen Veränderung der Produktionsstruktur.
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Chemische Industrie
1990 1995 2000 2005
Kapitel 2 – Seite 289
eingesetztes Frischwasser
Wasserintensitätsfaktor 250
Abbildung 4: Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Chemischen Industrie seit 1991
200
150
100
50
0
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/1000 €]

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
1.600
1.400
1.200
1.000
800
600
400
200
0
Metallerzeugung/-bearbeitung
1990 1995 2000 2005
Kapitel 2 – Seite 290
eingesetztes Frischwasser 40
Wasserintensitätsfaktor 35
30
25
20
15
10
5
0
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/1000 €]
Abbildung 5: Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Metallerzeugung und -bearbeitung seit 1991
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Papierindustrie
1990 1995 2000 2005
Abbildung 6: Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Papierindustrie seit 1991
eingesetztes Frischwasser
Wasserintensitätsfaktor 80
70
60
50
40
30
20
10
0
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/t Papier]

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
600
500
400
300
200
100
0
Ernährungsindustrie
1990 1995 2000 2005
Kapitel 2 – Seite 291
eingesetztes Frischwasser
Wasserintensitätsfaktor 30
Abbildung 7 : Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Ernährungsindustrie seit 1991
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Mineralölverarbeitung
1990 1995 2000 2005
25
20
15
10
5
0
Wasserintensitätsfaktor 7
6
5
4
3
2
1
0
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/1000 €]
8
eingesetztes Frischwasser
Abbildung 8: Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Mineralölverarbeitung seit 1991
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/kt Rohöl]

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
Verarbeitung Steine/Erden, Glas, Keramik
150
125
100
75
50
25
0
1990 1995 2000 2005
Kapitel 2 – Seite 292
eingesetztes Frischwasser 30
Wasserintensitätsfaktor
25
20
15
10
5
0
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/1000 €]
Abbildung 9: Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Branche Verarbeitung Steine/Erden, Glas, Keramik
seit 1991
eingesetztes Frischwasser
[Mio m³]
300
200
100
0
Textilindustrie
1990 1995 2000 2005
Abbildung 10: Wassereinsatz und Wasserintensitätsfaktor der Textilindustrie seit 1991
eingesetztes Frischwasser
Wasserintensitätsfaktor 60
40
20
0
spez. Wasserintensitätsfaktor
[m³/1000 €]

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Die Vergangenheitsanalyse verdeutlicht, dass auch nach 1991 der Wassereinsatz in der Verarbeitenden
Industrie weiter zurückgegangen ist, auch wenn bereits in den 70er und 80er Jahren
erhebliche Rückgänge beim Wassereinsatz zu verzeichnen waren (siehe Beispiel der Papierindustrie
in Abbildung 11). Wesentliche Gründe für die Verringerung des Wassereinsatzes
waren die gestiegenen Kosten für die Versorgung mit Wasser und die Abwasserentsorgung.
Ein weiterer Grund für die effizientere Wassernutzung in der Verarbeitenden Industrie ist die
Tatsache, dass sich durch die Verringerung des Wassereinsatzes die Kosten und die technischen
Voraussetzungen (geringere Verdünnung) für die Abwasserbehandlung verbessern und
damit die gestiegenen Anforderungen an die Behandlung leichter erfüllt werden können. Zudem
bieten sich damit gegebenenfalls günstigere Voraussetzungen zur Rückgewinnung von
Wertstoffen aus Prozessabwässern und auch die Schlammmengen aus der Abwasserbehandlung
und damit deren Entsorgungskosten können gegebenenfalls veringert werden.
l/kg
50
40
30
20
10
0
46
36
34
24
20
16,8
16,3
14,5
14,3
Kapitel 2 – Seite 293
14,1
13,6
12,3
11,2
1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002
Abbildung 11: Rückgang der spezifischen Abwassermenge in l/kg in der deutschen Papierindustrie von 1974
bis 2004 (nach Jung et al., 2006)
Zur Reduzierung des Wassereinsatzes im Verarbeitenden Gewerbe bieten sich je nach
Einsatzzweck unterschiedliche technische Möglichkeiten an. Zu nennen sind vor allem wassersparende
Spültechniken bei den erforderlichen Spül- und Reinigungsschritten in unterschiedlichen
Branchen oder die Modifikation von Produktionsverfahren, die eine Mehrfachnutzung
des Wassers (Abstufung der Qualitätsniveaus) oder eine Kreislaufführung durch
Zwischenschaltung von Behandlungsschritten (Entfernung von Inhaltsstoffen, Absenken der
Temperatur) ermöglichen. Entscheidende Impulse hierfür gingen häufig von technischen
Entwicklungen in anderen Bereichen aus wie z.B. von verbesserter/kostengünstigerer Messtechnik
oder von Fortschritten bei Membran- oder Oxidationsverfahren. Immer häufiger wurden
dabei maßgeschneiderte und kostengünstige Lösungen sowohl als prozessintegrierte als
auch als nachgeschaltete Maßnahmen realisiert, die den spezifischen Bedingungen der Branche,
aber auch einzelner Betriebe angepasst wurden.
Für die Abschätzung der Entwicklung des Wassereinsatzes in der Verarbeitenden Industrie bis
2020 stellt sich die Frage, ob die sich abzeichnenden technischen Entwicklungslinien weitere
Impulse zur Reduzierung des Wassereinsatzes erwarten lassen und welche rechtlichen, ökonomischen
oder sonstigen Randbedingungen die Umsetzung der technischen Möglichkeiten
9,6

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
voraussichtlich unterstützen werden. Die technischen Entwicklungslinien werden im nachfolgenden
Kapitel 4, die Analyse der den Wassereinsatz beeinflussenden Randbedingungen in
Kapitel 5 behandelt.
2.10.4 Technische Entwicklungen mit Auswirkungen auf
den industriellen Wassereinsatz
Zur Abschätzung des Potenzials künftiger technischer Entwicklungen für eine weitere Verringerung
des spezifischen Wassereinsatzes werden unterschiedliche Informationsquellen herangezogen:
• eine Literaturauswertung zur Wasser- und Abwasserthematik generell sowie mit Bezug
zu den ausgewählten Branchen;
• eine ergänzende Auswertung der BVT-Blätter ("Beste Verfügbare Techniken") der relevanten
Branchen, die im Rahmen der Umsetzung der IVU-Richtlinie der EU erarbeitet
wurden;
• Umwelterklärungen von Unternehmen sowie
• eine Analyse von Patentanwendungen für den Bereich Wasser/Abwasser.
Aus diesen Auswertungen ergeben sich auch Hinweise auf förderliche Randbedingungen, die
technische Entwicklungen unterstützen und vorantreiben können.
2.10.4.1 Auswertung der Literatur und BVT-Merkblätter relevanter Branchen
Hintergrund der Merkblätter zur "Besten Verfügbaren Technik" (BVT) für einzelne Industriebranchen
ist die EU-Richtlinie zur integrierten Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung
(IVU-Richtlinie) aus dem Jahr 1996, die auf europäischer Ebene die Genehmigung
besonders umweltrelevanter Industrieanlagen auf der Basis eines medienübergreifenden
Ansatzes regelt. Allgemeines Ziel der Richtlinie ist ein hohes Schutzniveau für die Bereiche
Luft, Wasser und Boden, ohne dass Umweltbelastungen nur verlagert werden. Die Genehmigung
der relevanten Anlagen muss sich dazu auf die "Besten Verfügbaren Techniken"
stützen. Die IVU-Richtlinie war von den Mitgliedsstaaten bis zum Jahr 1999 umzusetzen, für
die Anpassung bestehender Anlagen an die Anforderungen der Richtlinie galt ein Übergangszeitraum
bis zum 30. Oktober 2007.
Zur Beschreibung der BVT werden im Rahmen eines Informationsaustauschs zwischen den
Mitgliedsstaaten und weiteren interessierten Kreisen Merkblätter erstellt, die zwar keine direkte
rechtliche Bindung besitzen, deren Wirkung jedoch darauf beruht, dass die darin enthaltenen
Informationen der Genehmigungsbehörde als Richtschnur dienen sollen. Für Deutschland
ist außerdem vorgesehen, dass die IVU-Richtlinie auch über die Festlegung nationaler
Emissionsgrenzwerte und entsprechende Novellierungen des untergesetzlichen Regelwerks
umgesetzt wird (Kaliske, 2005). Für den Wasserbereich ist dazu eine Neukonzeption der Abwasserverordnung
geplant (s. Kapitel 5.1).
Der Stand der BVT-Merkblätter für die besonders wasserrelevanten Branchen ist in Tabelle 3
aufgeführt. Der Informationsaustausch zur Erarbeitung der BVT-Blätter soll kontinuierlich
weitergeführt werden. Art. 16(2) der IVU-Richtlinie verlangt, dass die Ergebnisse des Informationsaustauschs
alle 3 Jahre veröffentlicht werden. Mit der Überarbeitung der ersten Merk-
Kapitel 2 – Seite 294

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
blätter wurde bereits begonnen. In den BVT-Merkblättern werden für die einzelnen Branchen
jeweils relevante Maßnahmen zur Verbesserung der Wassereffizienz und zur Verringerung
der Abwasserbelastung beschrieben.
Tabelle 3: Überblick über BVT-Merkblätter für die besonders wasserrelevanten Branchen
BVT-Sektor Tatsächlicher
Arbeitsbeginn
Chemie
Anorganische Grundchemikalien
Fertigstellung/
Entwurfsdatum
Kapitel 2 – Seite 295
Bekanntmachung
im EU-
Amtsblatt
Revisionsbeginn
Juli 03 Okt. 06
– feste und andere
Anorganische Grundchemikalien
– Ammoniak, Säuren und Düngemittel
Okt. 01 Dez. 06
Anorganische Spezialchemikalien
Okt. 03 Okt. 06
Chloralkaliindustrie Dez. 97 Dez. 01 16.01.2002 geplant 2008
Organische Feinchemikalien Mai 03 Dez. 05 25.10.2006
Organische Grundchemikalien Apr. 99 Feb. 03 19.02.2003 geplant 2008
Abwasser- und Abgasbehandlung/
-management in der chemischen
Industrie
Metall
Apr. 99 Feb. 03 19.02.2003 geplant 2007
Eisen- und Stahlerzeugung Mai 97 Dez. 01 16.01.2002 2006
Stahlverarbeitung Dez. 97 Dez. 01 16.01.2002 geplant 2007
Nichteisenmetallindustrie Jan. 98 Dez. 01 16.01.2002 geplant 2007
Oberflächenbehandlung von
Metallen (Galvanik)
Papier
Apr. 02 Sept. 05 25.10.2006
Zellstoff- und Papierindustrie
Nahrungsindustrie
Mai 97 Dez. 01 16.01.2002 2007
Nahrungsmittelindustrie
Steine, Erden, Verarbeitung
Jan. 01 Jan. 06 25.10.2006
Glasindustrie Jan. 98 Dez. 01 16.01.2002 2006
Keramische Industrie
Kokerei, Mineralöl
Dez. 03 Dez. 06
Raffinerien
Textil
Jun. 99 Feb. 03 19.02.2003 geplant 2008
Lederindustrie Feb. 98 Feb. 03 19.02.2003 geplant 2007
Textilindustrie
Erzbergbau
Feb. 98 Juli 03 19.07.2003 geplant 2008
Management von Bergbauabfällen
sonstige
Jun. 01 Juli 04
Abfallbehandlungsanlagen Feb. 02 Aug. 05 25.10.2006
Großfeuerungsanlagen Feb. 00 Mai 05 19.10.2006
Industrielle Kühlsysteme Jun. 97 Dez. 01 16.01.2002
Branchenübergreifender Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich
der industriellen Wassernutzung und Abwasseraufbereitung in den letzten Jahren war die Nut-

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
zung und Optimierung der Membrantechnik (vgl. Pinnekamp et al., 2006; DWA, 2005a und
b). Die mit dem Einsatz dieser Technik verbundenen Ziele können allgemein wie folgt beschrieben
werden:
• Aufbereitung von Wasserströmen mit dem Ziel der Wasserkreislaufführung,
• Rückgewinnung von Wasserinhaltsstoffen zur Wiederverwertung,
• Abwasserreinigung und/oder Aufkonzentrierung von Abwasserströmen mit dem Ziel
der Entsorgung.
Die Anwendungsbreite der Membrantechnik ist dabei sehr groß, sie wird sowohl als Einzeltechnik
als auch in Kombination mit anderen Verfahren (biologische, chemisch- physikalische)
eingesetzt (DWA, 2005b; Schönbucher, 2004; Rappich, 2003). Anwendung findet sie in
den unterschiedlichsten Branchen, insbesondere auch in den im Rahmen dieser Untersuchung
als besonders relevant eingestuften Industriezweigen Chemie, Papier, Metallerzeugung/verarbeitung
und Nahrungsmittel. Grundsätzlich wird ein weiterer Rückgang der mit der
Membrantechnik verbundenen Kosten erwartet, insbesondere aufgrund der weiter stark steigenden
Absatzmengen der Membranflächen (Pinnekamp et al., 2006).
Für die besonders relevanten Branchen ergeben sich im Einzelnen die folgenden Ergebnisse:
Chemische Industrie
Unter dem Begriff der "Chemischen Industrie" wird eine Vielzahl unterschiedlicher Sparten
zusammengefasst, die ein sehr breites und sehr unterschiedliches Produkt- und damit auch
Produktionsspektrum umfassen. Zu unterscheiden sind beispielsweise die Bereiche organische
und anorganische Grundstoffe, organische und anorganische Fein- bzw. Spezialchemikalien,
Kunststoffe oder auch Chemiefasern. Die für diesen Bereich wichtigsten rechtlichen
Vorgaben sind in Deutschland über den Anhang 22 der Abwasserverordnung festgelegt, für
einzelne Bereiche gibt es auch spezifische Regelungen. Grundsätzlich wird Wasser benötigt
als Lösemittel, zum Reinigen und Spülen von Produkten und Anlagen, als Rohstoff sowie
zum Wärmetransport. Aufgrund der großen Zahl unterschiedlicher Produkte und Herstellungsverfahren
ist der Wasserbedarf und die eingesetzten Mengen in den verschiedenen Bereichen
jedoch sehr unterschiedlich, entsprechend auch die anfallenden Abwasserqualitäten
und die notwendigen Aufbereitungsschritte.
Die BVT wurden entsprechend in verschiedenen Papieren festgelegt (s. Tabelle 3), zusätzlich
wurde ein übergreifendes Merkblatt zur Abwasser- und Abgasbehandlung und –management
in der chemischen Industrie erarbeitet. Wichtige Ansätze für einen effizienten Einsatz von
Wasser sind danach die integrierte Kreislaufführung von Prozesswasser, die Aufbereitung von
Abwässern zur Wiederverwendung, der Einsatz wassersparender Produktions- und Reinigungsverfahren
(z.B. Gegenstromextraktion, indirekte Kühlsysteme, Vakuumerzeugung im
geschlossenen Kreislauf, abwasserfreie Abgasreinigung) sowie der Einsatz von Niederschlagswasser
als Ersatz für Frischwasser. Zur Abwasserbehandlung wird außerdem auf Möglichkeiten
zur Vermeidung besonders kritischer Inhaltsstoffe sowie auf die für die einzelnen
Schadstoffgruppen besonders geeigneten Behandlungsverfahren hingewiesen, die vor allem
bei der Behandlung von Abwasserteilströmen eingesetzt werden können.
Neuere F&E-Arbeiten im Bereich der Chemischen Industrie beschäftigen sich insbesondere
mit dem Einsatz der Membrantechnik in Kombination mit anderen Verfahrenstechniken zur
weitgehenden (Ab-)Wasserreinigung und Kreislaufschließung. Spänhoff, Hagen (2004) berichten
bspw. vom Einsatz einer Verfahrenskombination zum Abwasserrecycling in einem
Kapitel 2 – Seite 296

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Chemischen Werk mit biologischem Verfahren, Ultrafiltration, Aktivkohlefiltration, UV-
Entkeimung und Umkehrosmose; über das der Trinkwasserbezug um 61% und die N und P-
Frachten um 60% bzw. 67 % reduziert werden konnten. Eine Reduktion des Frischwasserverbrauchs
um 13% bei der Produktion von Flüssigwaschmitteln erbrachte in Pilotversuchen
die katalytische Elektrolyse des Retentats einer Umkehrosmose (Forstmeier et al., 2003). Von
Pinnekamp et al. (2006) und DWA (2005a) werden Beispiele in der Faser-, Kunstoff- und
Pharmaindustrie beschrieben, in denen sich der Einsatz der Membrantechnik durch Einsparungen
beim Frischwasserverbrauch um bis zu 90% sowie in einem Fall durch die zusätzliche
Rückgewinnung von Wertstoffen innerhalb weniger Jahren amortisierte. Teilweise wurden
dabei allerdings auch öffentliche Fördermittel gewährt. Thüer/Buser (2006) berichten von
zwei Anwendungsbeispielen der Membran-Bioreaktor-Technik (MBR) in der Chemischen
Industrie mit dem Hinweis, dass weitere Anlagen mit einer weitergehenden Aufbereitung über
Reversosmose zur Wasserkreislaufführung geplant sind. Von Schipolowski et al. (2003) wird
von Erfahrungen eines Pilotbetriebs einer Membrananlage bei der Waschmittelproduktion berichtet,
nach denen trotz hoher Reinigungsleistung die Wiederverwendbarkeit des gewonnenen
Permeats aufgrund von Verkeimungstendenzen stark eingeschränkt war. Aufgrund der
Kompexität des Wassermanagements in den Betrieben wird zum Teil dieser Bereich im Rahmen
eines Contractings an externe Partner vergeben, die bspw. hinsichtlich des Einsatzes
aufwendiger Verfahrenskombinationen spezielles Know-How einbringen können (vgl. Lebek
et al., 2005).
Papierindustrie
Die Papierindustrie stellt aus unterschiedlichen Faserstoffen wie Zellstoff, Holzstoff oder Altpapier
eine Vielzahl unterschiedlicher Papiersorten her. In der Herstellung spielt Wasser eine
entscheidende Rolle: es dient als Suspensions- und Transportmittel für Faser- und Füllstoffe
sowie als Lösungsmittel für die unterschiedlichen chemischen Zusatzstoffe, die je nach Papiersorte
eingesetzt werden. Nur durch eine weitgehende Wasserkreislaufführung und Wiederverwertung,
die u.a. im BVT-Papier zur Papierbranche beschrieben ist, kann der spezifische
Abwasseranfall auf die in Abbildung 11 gezeigten niedrigen Werte von aktuell deutlich
unter 10 l/kg im Durchschnitt gesenkt werden. In Anhang 28 der Abwasserverordnung sind
die Anforderungen an die Abwasserbehandlung für die Papierindustrie festgelegt. In der Regel
werden in der Papierindustrie biologische Reinigungsverfahren eingesetzt. Rein biologisch
aufbereitetes Wasser kann allerdings nur bedingt im Prozess wieder eingesetzt werden,
da damit häufig eine Aufkonzentrierung von gelösten und kolloidalen Inhaltsstoffen verbunden
ist (DWA, 2005a). Bei zunehmender Schließung der Wasserkreisläufe können grundsätzlich
die Probleme durch Aufsalzung, Geruchsbildung und Kalkablagerungen im Produktionsprozess
zunehmen. Besonders schwierige Randbedingungen bestehen bei Wässern aus der
Altpapieraufbereitung aufgrund hoher Kalzium-, Sulfat- und Polymerkonzentrationen. Nach
Kappen (2004) kann durch eine Optimierung der Kreislaufführung (Trennung der verschiedenen
Kreisläufe bei der Papierherstellung, Gegenstromführung) erreicht werden, dass Störstoffe
systematisch mit nur geringen Wassermengen ausgeschleust werden. Für eine (weitgehende)
Schließung der Wasserkreisläufe sind die Belastungen des Abwassers bzw. des Kreislaufwassers
über zusätzliche Reinigungsverfahren zu begrenzen. In aktuellen Forschungs-
bzw. ersten Anwendungsprojekten wurden dazu unterschiedliche Verfahrenskombinationen
(biologische Verfahren, Membrantechnik, Ozonierung, Entkarbonisierung) eingesetzt (vgl.
Simstich/Öller, 2007; Hellwich/Kaps, 2007; Gehlert/Wienands, 2006; Lipnizki/Gennetier,
2006; DWA, 2005b; Althöfer/Feuersänger, 2005; Paulitschek/Rösler, 2003). Der Anteil der
Papierfabriken, der biologisch gereinigtes Abwasser wieder in der Produktion einsetzt, ist von
Kapitel 2 – Seite 297

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
2001 zu 2004 von 11% auf 16% gestiegen (Jung et al., 2006). Nach Hamm (2004) wird derzeit
4% der Papierproduktion in Deutschland mit vollständig geschlossenem Wasserkreislauf
hergestellt. Inzwischen liegen verstärkt Erfahrungen mit geschlossenen Wasserkreislauf-
Konzepten und den damit verbundenen Problemen vor, so dass zukünftig mit einer Zunahme
entsprechender Konzepte gerechnet wird (Schmid et al., 2004).
Vergleichbar zur Entwicklung im Bereich der Chemischen Industrie werden auch in der Papierindustrie
teilweise die Aufgaben des Wassermanagements an externe Contracting-Firmen
vergeben, die beispielsweise hinsichtlich der einzusetzenden Aufbereitungsverfahren speziellere
Kenntnisse einbringen können (N.N., 2005a)
Ernährungsindustrie
Dieser Bereich umfasst alle Sektoren der Nahrungsmittelproduktion wie z.B. die Zuckerindustrie,
die Getränkeindustrie, die Obst- und Gemüseverarbeitung oder den Milchsektor.
Wasser wird in diesem Bereich zum einen direkt im Produkt eingesetzt, zum anderen dient es
zur Reinigung der Rohstoffe und der Produktionsanlagen. Die eingesetzten Wässer müssen
sehr häufig Trinkwasserqualität aufweisen (Anteil mit Trinkwasserqualität liegt bei über 60%,
im verarbeitenden Gewerbe insgesamt dagegen nur bei 10%; Rosenwinkel/Brinkmeyer,
2004). Die Anforderungen im Rahmen der Abwasserverordnung in Deutschland sind in verschiedene
spezifische Anhänge aufgeteilt. Bislang wurden zur Abwasserreinigung überwiegend
biologische Verfahren (teilweise auch anaerobe Behandlungsstufen mit Biogasgewinnung)
eingesetzt mit unterschiedlichen Vorbehandlungsstufen wie Fettabscheidung, Flotation,
Fällung oder Neutralisation. Im BVT-Papier werden sowohl übergreifende als auch einzelbranchenspezifische
Maßnahmen zur Wassereffizienz und Abwasserbehandlung beschrieben.
Genannt werden bspw. Maßnahmen zur verbesserten Prozesskontrolle sowie wassereffiziente
Reinigungssysteme (z.B. Cleaning-in-Place-Techniken – CIP, mehrstufige Reinigung bspw.
bei Flaschen) und Waschprozesse (Gegenstrom-Prinzip). Zur Emissionsminderung wird auf
die Auswahl umweltfreundlicher Betriebschemikalien sowie auf die unterschiedlichen Verfahren
zur Primär- und Sekundärabwasserbehandlung hingewiesen. Möglichkeiten zur Wasserwiederverwendung
bestehen beim Einsatz zusätzlicher, tertiärer Behandlungsverfahren wie
z.B. der Membrantechnik.
Trotz der hohen Anforderungen an die eingesetzten Frischwasserqualitäten liegen zahlreiche
Anwendungsfälle zum Recycling von Prozesswässern vor. Neueste Entwicklungen zeigen
einen deutlichen Anstieg der Nutzungsfaktoren. Häufig werden dazu Membranverfahren eingesetzt
(vgl. Pinnekamp et al., 2006; DWA, 2005a; Rosenwinkel/Brinkmeyer, 2004). Zum
Teil werden auch verschiedene Verfahrenstechniken miteinander kombiniert (aerobe/anaerobe
biologische Verfahren, Membranverfahren) mit einer abschließenden Oxidationsstufe (Ozon,
UV oder H2O2) zur sicheren Entkeimung. Auch in der Lebensmittelindustrie wird von der
Auslagerung des Wasser- und Reststoffmanagements im Rahmen eines Contractings mit einem
externen Partner berichtet (Simon et al., 2006).
Metallerzeugung/-bearbeitung
Zur Metall erzeugenden Industrie zählen sowohl die Eisen- und Stahlindustrie als auch die
Nichteisenmetallindustrie. Bei der Roheisengewinnung und Stahlerzeugung wird Wasser vor
allem zur Schlackengranulation und zur Gasreinigung (Gichtgas, Nassentstaubung von Oxidationsstäuben)
eingesetzt. Ähnliche Verwendungen bestehen bei der Nichteisenmetallgewinnung.
Bei der weiteren Verarbeitung der gewonnenen Produkte in Walzwerken, Pressen,
Halbzeugfertigungen oder Gießereien wird Wasser zum Kühlen, zur Behandlung oder zum
Spülen eingesetzt. Möglichkeiten zur Verbesserung der Wassereffizienz bestehen durch die
Kapitel 2 – Seite 298

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Kreislaufführung von Prozess- und Kühlwässern ggf. mit einer Teilstrombehandlung (geeignetes
Reinigungsverfahren für verunreinigte Entfettungsbäder ist bspw. die Membranfiltration),
wassereffiziente Spülsysteme (Kaskadenspülung), die Verwendung indirekter Kühlsysteme,
den Einsatz trockener Verfahren oder auch den Einsatz von Niederschlagswasser.
Zur metallverarbeitenden Industrie gehören u. a. der Stahl- und Leichtmetallbau, der Maschinen-
und Fahrzeugbau und die elektrotechnische Industrie. In Deutschland sind die wichtigsten
rechtlichen Vorgaben zum Wassereinsatz und zur Abwasserbehandlung im Anhang 40 der
Abwasserverordnung geregelt. Hier wird zwischen 12 unterschiedlichen Abwasserherkunftsbereichen
unterschieden, die überwiegend einzelne Prozessschritte in den genannten Industrien
beschreiben (Galvanik, Beizerei, Anodisierbetriebe, Feuerverinkerei, Härterei, etc.). Die
Behandlung metallischer Oberflächen erfolgt mit schichtabtragenden, schichtauftragenden
und schichtumwandelnden Verfahren, notwendige Vor- und Nachbehandlungsschritte sind
das Entfetten, das Beizen, oder das Brennen. Zwischen den verschiedenen Behandlungsschritten
werden die Werkstücke gespült, dadurch gelangen die eingesetzten Behandlungschemikalien
sowie Metallmengen in die Spülbäder. Maßnahmen zur Verringerung des Wassereinsatzes
setzen insbesondere bei der Standzeitverlängerung der Spülbäder und bei der Kreislaufführung
der Spülwässer an (z.B. Reduzierung der ausgeschleppten Menge an Prozesschemikalien,
Reinigung und Aufbereitung von Prozessbädern und Spülwässern).
Durch den Einsatz verbesserter Reinigungsverfahren wie z.B. der Membrantechnik für Prozess-
und Spülwässer können die Möglichkeiten zu einem verstärkten Wasserrecycling weiter
verbessert und der Wasserbedarf zumindest für einzelne Prozessschritte deutlich gesenkt werden
(vgl. Beispiele bei Pinnekamp et al., 2006; DWA, 2005a; NN, 2006). Zum Teil besteht
inzwischen auch die Zielsetzung einer weitgehenden Schließung des Wasserkreislaufs für
Produktionsstandorte (NN, 2005; Hasler, 2003). Nach Schönberger (2004) sollte im Rahmen
der geplanten Überarbeitung der rechtlichen Anforderungen die sich ergebenden Möglichkeiten
zur Einengung der Wasserkreisläufe in einem Stahlwerk konkretisiert werden.
Mineralölverarbeitung
Die Mineralölverarbeitung umfasst sowohl die Erdölraffination als auch die Herstellung von
Vorprodukten für die weitere organisch-chemische Synthese durch die petrochemische Industrie.
Wasser wird bei der Rohölverarbeitung bei unterschiedlichen Prozessen wie Rohölentsalzung,
Dampfstrippung, Wasch- und Reinigungsvorgänge sowie zur Kühlung eingesetzt.
Für das anfallende Abwasser, der wichtigste Anteil sind die organisch verschmutzten Prozessabwässer,
ist eine umfangreiche Vorbehandlung zur Entfernung toxischer Verunreinigungen
(Schwefelwasserstoff, Cyanide, etc.) notwendig, bspw. über Flotationsverfahren, chemische
Fällung und/oder Dampfstrippanlagen. Anschließend erfolgt in der Regel eine biologische
Reinigung, ggf. erweitert um zusätzliche Verfahrensstufen.
Im BVT-Merkblatt werden verschiedene Maßnahmen zur Verringerung des Wassereinsatzes
beschrieben. Grundsätzlich ist eine Trennung von Prozess- und Kühlwasser sinnvoll sowie die
getrennte Erfassung von nicht bzw. kaum verunreinigtem, ölverschmutztem und stark verschmutztem
Abwasser. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten zur gestuften Verwendung der
unterschiedlich verschmutzten Wässer entsprechend den jeweiligen Qualitätsanforderungen.
Ggf. können dann zusätzlich bei Bedarf über Teilstrombehandlungen erhöhte Anforderungen
eingehalten werden. Als weitergehende Behandlungsverfahren werden Membranverfahren,
Aktivkohlefiltration, Ozonbehandlung, Ionenaustausch oder auch Nassodxidation aufgeführt.
Weitere Maßnahmen sind eine Kaskadenführung von Wasserströmen, eine Kesselspeisewasseraufbereitung
und –wiederverwendung sowie eine Luftkühlung anstatt Wasserkühlung. Von
Kapitel 2 – Seite 299

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Peeters et al. (2006) wird die weitgehende Aufbereitung von Raffinerie-Abwässer mit anschließender
Wiedernutzung über Membranverfahren beschrieben. Lebek et al. (2005) zeigen
die Umsetzung eines optimierten Wassermanagements in der galvanotechnischen Industrie im
Rahmen eines Betreibervertrags über einen externen Partner.
Für den Bereich der Wasseraufbereitung und –wiederverwendung in verschiedenen industriellen
Branchen insgesamt wird von Frost&Sullivan (2005) das hohe Marktpotenzial aufgezeigt.
Dabei wird besonders herausgehoben, dass in Deutschland aufgrund der bereits bestehenden
umweltpolitischen Anforderungen, der hohen spezifischen Wasserpreise und des insgesamt
sehr hohen technischen Niveaus die Voraussetzungen besonders günstig sind, mit nur noch
einem geringen zusätzlichen Aufwand ein weitgehendes Wasserrecycling zu erreichen.
2.10.4.2 Analyse der Umwelterklärungen von Unternehmen
Hinsichtlich der Umsetzung umweltrelevanter Maßnahmen gelten die im Rahmen von EMAS
(Eco-Management and Audit Scheme) zertifizierten Unternehmen als Vorreiter. Mit der Zertifizierung
der Unternehmen verbunden ist die Erarbeitung und Veröffentlichung einer Umwelterklärung,
in der u.a. über die durchgeführten und die geplanten Maßnahmen zum Umweltschutz
berichtet werden muss. Diese Erklärungen können somit genutzt werden, um einen
Überblick über die in den einzelnen Branchen unter den "Umweltvorreitern" stattfindenden
Entwicklungen und die dort zum Einsatz kommenden Techniken zu gewinnen.
Zur Analyse wurden insgesamt 193 Umwelterklärungen ausgewertet, die aus den Jahren 2002
bis 2005 stammen. Bei der Auswertung wurde zum einen nach Branchen getrennt ausgewertet
(einbezogen wurden die Branchen Chemie, Papier, Metallerzeugung, Ernährung, Steine/Erden/Glas19),
zum anderen wurde bei den wasserbezogenen Maßnahmen unterschieden
zwischen den Bereichen
• prozessintegrierte Maßnahmen,
• Maßnahmen zur Verbesserung der Wassereffizienz und
• Maßnahmen zur Emissionsminderung.
Außerdem wurde unterschieden zwischen bereits umgesetzten und geplanten Maßnahmen.
Dabei deckten die unter "umgesetzt" beschriebenen Maßnahmen in der Regel die letzten 2 bis
4 Jahre, während bei den geplanten Maßnahmen der Zeithorizont bei etwa 1 bis 2 Jahren lag.
Die quantitativen Ergebnisse der Untersuchungen sind in Abbildung 12 zusammengefasst dargestellt.
19 Im Bereich Mineralölverarbeitung war in diesem Zeitraum nur eine sehr kleine, für eine statistische Auswertung
nicht ausreichende Zahl von Unternehmen zertifiziert.
Kapitel 2 – Seite 300

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Anteil Unternehmensstandorte mit Maßnahmen [%]
100
80
60
40
20
0
Chemie Papier M etallerzeugung
Ernährung Steine/Erden,
Glas
Chemie Papier M etallerzeugung
Kapitel 2 – Seite 301
Ernährung Steine/Erden,
Glas
Chemie Papier M etallerzeugung
Wassereffizienz Emissionsminderung prozessintegriert
- bereits umgesetzt
- in der Planung
Ernährung Steine/Erden,
Glas
Abbildung 12: Ergebnisse der Auswertungen von Umwelterklärungen hinsichtlich bereits umgesetzter und in
Planung befindlicher, wasserbezogener Maßnahmen
Die wichtigsten in den Umwelterklärungen aufgeführten Maßnahmen sind:
prozessintegrierte Maßnahmen:
- Änderung/Optimierung der Prozessführung, Erneuerung von Anlagen,
- Wasserkreislaufführung (u.a. Membrantechnik),
- verbesserte Mess- und Regelungstechnik,
- verbesserte Spültechniken,
- Veränderung der eingesetzten Chemikalien/Chemikalienmengen.
Maßnahmen zur Wassereffizienz:
- Regen-/Brauchwassernutzung,
organisatorische Maßnahmen (Mitarbeiterschulung, Verbrauchskontrollen).
Maßnahmen zur Emissionsminderung:
verbesserte Abwasserreinigung (biologische, chemisch-physikalische bzw. Membranverfahren,
Mess-/Regelungstechnik),
Kontrolle Kanalnetz, Abwasserkataster.
Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass ein hoher Anteil der beteiligten Firmen in den letzten
Jahren Maßnahmen im Bereich Wasser/Abwasser umgesetzt hat. Etwa 20 bis 40% (teilweise
bis 60%) der Firmen planen außerdem Maßnahmen durchzuführen. Unter Berücksichtigung
der unterschiedlichen Zeithorizonte bei den umgesetzten Maßnahmen (letzte 2 bis 4 Jahre) zu
den geplanten Maßnahmen (1 bis 2 Jahre) kann deshalb von einer weitgehend konstanten Entwicklung
ausgegangen werden.
Im Vergleich zwischen den Branchen fällt der geringere Anteil von Maßnahmen in den Branchen
Chemie und Papier im Bereich der Wassereffizienz und Emissionsminderung auf. Stattdessen
liegt der Schwerpunkt der Maßnahmen bei den prozessintegrierten Maßnahmen. Die
Erklärung für dieses Ergebnis liegt sicherlich darin, dass in diesen Branchen in der jüngeren
Vergangenheit bereits in großem Umfang nachgeschaltete Maßnahmen umgesetzt wurden.

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Bei der Ernährungsindustrie planen besonders viele Unternehmen prozessintegrierte Maßnahmen
(59%). Dieser Anteil ist sogar höher als der Anteil, der prozessintegrierte Maßnahmen
in den letzten Jahren umgesetzt hat (49%). Besonders wichtig sind die Ergebnisse für die
Metallerzeugung/-verarbeitung, da die Untersuchungen in Kapitel 2.9.3 zeigten, dass der spezifische
Wasserintensitätsfaktor in dieser Branche seit 2001 konstant geblieben war. Abbildung
12 zeigt, dass in dieser Branche ein sehr hoher Anteil der zertifizierten Unternehmen
Maßnahmen zur Verbesserung der Wassereffizienz umgesetzt hat bzw. Maßnahmen hierzu
plant. Für die Branche insgesamt ist somit in den nächsten Jahren mit der Umsetzung von
Maßnahmen und damit einer Verringerung des Intensitätsfaktors zu rechnen. In der Branche
Steine/Erden, Glas gibt bzw. gab es einen vergleichsweise geringen Anteil an prozessintegrierten
Maßnahmen.
2.10.4.3 Patentrecherche
Patente geben ihrem Besitzer einen zeitlich begrenzten Schutz für die gewerbliche Nutzung
einer technischen Erfindung. Sie sind das Ergebnis von Forschung und Entwicklung in vorausgegangenen
Perioden und zielen auf die Märkte der Zukunft. Sie machen jedoch weder
eine Aussage über die Gesamtzahl der Erfindungen noch über deren ökonomischen Wert,
sondern nur über die Zahl der Erfindungen, für die Schutzrechte auf den jeweiligen Märkten
in Anspruch genommen wurden. Sie geben Auskunft über die Anwendungs- und Marktorientierung
von technologischen Neuerungen (Hinze/Schmoch, 2004; Schmoch, 1990). Sie
sind damit ein guter Frühindikator, um zu untersuchen, an welchen Orten, für welche Anwendungsfelder
und in welchem Maße neues, potenziell kommerziell verwertbares Wissen entstanden
ist. Anhaltende Aktivitäten bei den Patentanmeldungen weisen auf entsprechend starke
Forschungsaktivitäten hin, d.h. ein entsprechendes Anwendungsfeld wird als wichtig erachtet
und es sind auch künftig neue technische Entwicklungen zu erwarten.
Die aus Patenten gewinnbaren Informationen sind sehr aktuell, da sie häufig um Monate oder
Jahre vor der Markteinführung der entsprechenden Produkte publiziert werden. Patentanmeldungen
werden in jedem Falle 18 Monate nach der Anmeldung der Öffentlichkeit zugänglich
gemacht, während die Produkteinführung häufig zwei bis drei Jahre dauert und bis zur Marktdurchdringung
dann noch einmal einige Jahre vergehen können. Patente stellen eine umfassende
Dokumentation des technischen Wissens dar für praktisch alle Gebiete der Technik und
alle Länder der Erde. Patente sind deshalb ein zentraler Innovationsindikator für die technologische
Position auf den internationalen Märkten (Grupp, 1997).
Ziel der in 2005 durchgeführten Patentrecherche war es, für die Bereiche Wasserversorgung
und -nutzung sowie Abwasserentsorgung Informationen über die zeitliche Dynamik der FuE-
Aktivitäten in diesem Bereich sowie über die Position Deutschlands im internationalen Vergleich
zu erhalten. Neben den Erhebungen für den Gesamtbereich wurden zusätzlich spezielle
Technikfelder wie z.B. Grau- und Regenwassernutzung, Kleinkläranlagen sowie der für die
industrielle Wassernutzung besonders relevante Bereich der Membrantechnologie gesondert
ausgewertet (Ergebnisse zu den anderen Bereichen: vgl. Hillenbrand/Hiessl, 2006; Kotz et al.,
2005).
Alle Patentrecherchen im Bereich Wasserversorgung und Abwasserentsorgung wurden in der
EPAPAT Datenbank von Questel Orbit, die auf Patente des Europäischen Patentamts (EPA)
zugreift, durchgeführt. Für die Recherche wurde der Zeitraum von 1985-2002 gewählt. Die
Beschränkung des Analysezeitraums bis zum Jahr 2002 war notwendig, da Patentanmeldungen
erst 18 Monate nach der Anmeldung der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Da-
Kapitel 2 – Seite 302

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
her lagen zum Zeitpunkt der Recherche (Mai 2005) sichere Daten nur bis zum Zeitraum Oktober
2003 vor. Die Recherche bezog sich auf Deutschland, Frankreich, Großbritannien, USA,
Japan, und die Gesamtheit der EU-15 Länder vor der Erweiterung20.
Die in Abbildung 13Abbildung dargestellte Entwicklung im Gesamtbereich der Wasser- und
Abwasserbehandlung zeigt, dass es sowohl Mitte der 80er und als auch Mitte der 90er Jahre
einen deutlichen Anstieg der Patentzahlen gab und die Zahlen in den Jahren 2000 bis 2002 auf
hohem Niveau etwas stagnierten. Es ist außerdem zu erkennen, dass Deutschland bis Ende der
90er Jahre gemeinsam mit den USA die führende Rolle bzgl. der Patentanmeldungen spielte,
in den letzten Jahren jedoch ein leichtes Abfallen der Zahlen zu verzeichnen war.
Abbildung 13: Entwicklung der am europäischen Patentamt angemeldeten Patente im Bereich Wasser-, Abwasser-
und Klärschlammbehandlung für verschiedene Staaten
Für den Bereich der Membrantechnik ist in Abbildung 14 zwischen unterschiedlichen Kategorien
nochmals differenziert. Während Ende der 80er und Anfang der 90er Jahre der Schwerpunkt
der Patentanmeldungen in dem stärker grundlagenorientierten Bereich der Material-
und Formentwicklung lag, stiegen die Patentzahlen in den letzten Jahren sehr stark bei den
Einzeltechniken Osmose, Ultrafiltration und Mikrofiltration an.
20 Deutschland, Großbritannien, Frankreich, Italien, Niederlande, Belgien, Dänemark, Schweden, Griechenland,
Portugal, Irland, Luxemburg, Finnland, Österreich, Spanien.
Kapitel 2 – Seite 303

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Abbildung 14: Entwicklung der am europäischen Patentamt angemeldeten Patente im Bereich Membrantrennverfahren
zur Abwasser- und Wasserbehandlung
2.10.4.4 Schlussfolgerungen zu den Chancen des Einsatzes neuer wassersparender
Technologien
Die Auswertung der Literatur zum Wassereinsatz und zur Abwasserbehandlung einschließlich
der BVT-Merkblätter, der Umwelterklärungen sowie der Patentanmeldungen zeigen einerseits
auf, dass durch technische Entwicklungen auch künftig Impulse zur Verringerung des Wassereinsatzes
zu erwarten sind. Andererseits ist auch durch die verstärkte Anwendung bereits
existierender neuerer wassersparender Techniken eine weitere Reduzierung des Wassereinsatzes
in der Verarbeitenden Industrie zu erwarten. Wie bereits oben erläutert, spielten in den
letzten Jahren immer häufiger maßgeschneiderte, auf die spezifischen Randbedingungen eines
einzelnen Betriebes angepasste Lösungen eine Rolle. Am ehesten werden solche Maßnahmen
in Verbindung mit Umstellungen von Prozessen bzw. erforderlichen Neuinvestitionen realisiert.
Das bedeutet, dass die Verringerung des Wassereinsatzes einzelner Branchen auch künftig
fortschreiten wird, zu einem erheblichen Teil in dem sukzessive einzelne Betriebe starke
Verringerungen ihres Wassereinsatzes realisieren. Für diese Anwendung in einer wachsenden
Zahl von Betrieben sind die jeweiligen Randbedingungen von ganz entscheidender Bedeutung.
2.10.5 Umfeldanalyse
Untersuchungen zur Entwicklung des Energiebedarfs in der Verarbeitenden Industrie zeigen,
dass die Erhöhung der Energieeffizienz nicht nur von Kostenaspekten und den rechtlichen
Randbedingungen abhängt, sondern dass auch Informations- und Erfahrungsdefizite und or-
Kapitel 2 – Seite 304

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
ganisatorische Randbedingungen der Betriebe eine wesentliche Rolle spielen. Es liegt nahe,
dass all diese Einflussgrößen auch bei der Wassernutzung eine Rolle spielen, allerdings noch
in einem höheren Maße, da die Maßnahmen zur Reduzierung des Wassereinsatzes auch mit
Möglichkeiten der Rückgewinnung von Wertstoffen, der Abwasserbehandlung und der Abfallentsorgung
verknüpft sind und damit abhängen von deren Kosten, gesetzlichen Anforderungen,
Informations- und Erfahrungsdefiziten sowie den organisatorischen Randbedingungen
ganzer Branchen oder einzelner Betriebe. Diese Punkte werden in den folgenden Unterkapiteln
behandelt und einleitend hierzu werden Ergebnisse einer Befragung von Industrieunternehmen
im Elbegebiet zur Wassernutzung und –behandlung vorgestellt.
2.10.5.1 Befragung von Industrieunternehmen im Elbegebiet
Um zusätzliche Informationen zur Wassernutzung, zur Wassereinsparung und zur erwarteten
Entwicklung bei den Betrieben im Elbeeinzugsgebiet zu gewinnen, wurde unter Federführung
der TU Berlin eine Befragung durchgeführt, in deren Rahmen ca. 1600 Unternehmen im September
2006 angeschrieben wurden. Der Rücklauf der verwertbaren Antworten lag bei knapp
20 %. Es kann davon ausgegangen werden, dass unter den antwortenden Betrieben eher die in
der Thematik aktiven, informierten vertreten sind, die eine entsprechende Umfrage leichter
beantworten können. Hinsichtlich der in den Betrieben eingesetzten bzw. zukünftig möglicherweise
genutzten Techniken bei der Wassernutzung und -aufbereitung wurden folgende
Fragen in den Fragebogen integriert:
durchgeführte und vorstellbare Maßnahmen zur Senkung des Wassereinsatzes,
durchgeführte und vorstellbare Maßnahmen zur Abwasserreinigung,
Kosten der Maßnahmen,
erwartete Entwicklung des Wasserbezugs in den kommenden 5 Jahren und
Ursache der erwarteten Entwicklung.
In den Abbildungen 15 bis 17 sind die wichtigsten Ergebnisse der Befragung dargestellt. Danach
liegt der Anteil der Firmen, die bereits heute Techniken zur Verbesserung der Wassereffizienz
einsetzen (wassersparende Reinigungs- und Spültechniken, Kreislaufführung von Prozess-
oder Kühlwasser) zwischen 50 bis 70 % und weitere 10 bis 20 % der Unternehmen halten
entsprechende Maßnahmen in den nächsten 10 Jahren für vorstellbar. Regenwasser wird
bislang nur von knapp 20 % genutzt, hier ist dagegen der Anteil, der eine entsprechende Maßnahme
für vorstellbar hält, mit über 40% besonders hoch. Eine weitgehende Kreislaufschließung
ist bereits bei 30% der Firmen erfolgt, gut 15 % halten diese zukünftig für denkbar.
Im Bereich der Abwasserbehandlung ist besonders auffällig, dass für einen großen Teil der
Unternehmen zukünftig der Einsatz der Membrantechnik sowie eine weitergehende Abwasserreinigung
mit dem Ziel der Wasserrückgewinnung vorstellbar ist (23 bzw. 27 %). Aber
auch bei den anderen Behandlungsverfahren (Stickstoff- und Phosphorelimination, Oxidationsverfahren)
ist der Anteil der Firmen, die diese Techniken für denkbar halten, im Vergleich
zu den Firmen, die diese bereits einsetzen, vergleichweise groß.
Kapitel 2 – Seite 305

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
100%
80%
60%
40%
20%
0%
wassersparende
Reinigungs-
/Spültechniken
Umsetzung von Maßnahmen zur Senkung des
Wassereinsatzes
Kreislaufführung
Prozesswasser
Kreislaufführung
Kühlwasser
Kapitel 2 – Seite 306
bis in 10 Jahren vorstellbar
heute
Nutzung Regenwasser weitgehende
Kreislaufschließung
Abbildung 15: Ergebnisse der Befragung von Industriebetrieben im Elbegebiet - Umsetzung von Maßnahmen
zur Senkung des Wasserverbrauchs
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Maßnahmen zur Abwasserreinigung
N-Elimination P-Elimination Weitergehende
Oxidationsverf.
bis in 10 Jahren vorstellbar
heute
Membrantechnik Abw.reinigung zur
Wasserrückgewinnung
Abbildung 16: Ergebnisse der Befragung von Industriebetrieben im Elbegebiet - Maßnahmen zur Abwasserreinigung
Die Frage zur zukünftigen Entwicklung des Wasserbezugs ergab im Durchschnitt einen Anteil
von knapp 60%, die keine Veränderung erwarten. 30 % gehen von einer Zunahme aus, etwa
10 % von einem Rückgang. Interessant sind in diesem Zusammenhang die angegebenen
Gründe: Als Hauptursache für eine Zunahme wird eine steigende Produktionsmenge genannt
(74%), in geringem Umfang auch die Veränderung des Produktspektrums (8%); 11 % gaben
"sonstiges" an. Für eine Abnahme werden als Hauptursachen die Wasserkreislaufführung
(38%) sowie sonstige Gründe (34%) angegeben. Eine Veränderung der Produktionsmenge ist
dagegen nur für 16% der Unternehmen Grund des erwarteten Wasserbezugs-Rückgangs.

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
erwartete Entwicklung des Wasserbezugs in den
nächsten 5 Jahren
Rückgang keine Veränderung Zunahme
Kapitel 2 – Seite 307
Gesamt
Chemie
Papier
Ernährung
Abbildung 17: Ergebnisse der Befragung von Industriebetrieben im Elbegebiet – erwartete Entwicklung des
Wasserbezugs
2.10.5.2 Rechtliche Randbedingungen
Die rechtlichen Rahmenbedingungen üben einen wesentlichen Einfluss auf die industrielle
Wassernutzung und Abwasserreinigung in Deutschland aus. Die überwiegend in den 80er
Jahren erlassenen, branchenspezifischen Regelungen in den Anhängen zur Abwasserverordnung
bildeten bislang die Grundlage für die Konzeption der Abwasserbehandlung in den Industriezweigen.
Nach den Anforderungen des Wasserhaushaltsgesetzes ist dabei der Stand der
Technik umzusetzen. In den ergänzenden Hintergrundpapieren für die Branchen werden detailliert
die Verfahren beschrieben, die die Einhaltung der Anforderungen ermöglichen. Für
einige Branchen werden dabei auch prozessintegrierte Anforderungen gestellt und es werden
dabei auch Möglichkeiten für einen effizienten Wassereinsatz erläutert (z.B. Anhang 40;
Zimpel, 2004).
Eine zunehmende Bedeutung hatten in den letzten Jahren Regelungen auf EU-Ebene, insbesondere
die IVU-Richtlinie sowie die Wasserrahmenrichlinie. Die IVU-Richtlinie aus dem
Jahr 1996 regelt auf europäischer Ebene die Genehmigung besonders umweltrelevanter Industrieanlagen
(s. Kapitel 2.9.4.1). Als Grundlage für eine Genehmigung der relevanten Anlagen
sind dabei die "Besten Verfügbaren Techniken" (BVT) heranzuziehen. Die IVU-
Richtlinie war von den Mitgliedsstaaten bis zum Jahr 1999 umzusetzen, für die Anpassung
bestehender Anlagen an die Anforderungen der Richtlinie galt ein Übergangszeitraum bis
zum 30. Oktober 2007. Zur Information aller Beteiligten werden die BVT in branchenspezifischen
Merkblättern beschrieben (s. Kapitel 2.9.4.1).
Die im Jahr 2000 verabschiedete Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) verpflichtet die Mitgliedsstaaten,
bis 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand in den Gewässern zu erreichen.
Im Anhang X der Richtlinie wurden 33 Stoffe festgelegt, für die europaweite Qualitätsziele
einzuhalten sind (prioritäre Stoffe). Nach Art. 16 WRRL sollen für diese Stoffe außerdem
EU-weite Minderungsstrategien von der Kommission entwickelt werden. Zusätzlich
sind bei der Umsetzung der WRRL sonstige, auf Flussgebietsebene relevante Stoffe zu berücksichtigen.
In Anhang X werden die aufgrund ihrer Stoffeigenschaften besonders kriti-

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
schen Schadstoffe gekennzeichnet. Für diese prioritären gefährlichen Stoffe gilt das Ziel der
Beendigung oder schrittweisen Einstellung von Einleitungen, Emissionen und Verlusten.
Nach dem in 2006 vorgelegten Entwurf der Tochterrichtlinie21 werden folgende Stoffe als
prioritär gefährlich eingestuft: Cadmium, Quecksilber, PAK, Anthracen, Hexachlorbenzol,
Hexachlorbutadien, Pentachlorbenzol, Endosulfan, Hexachlorcyclohexan, Bromierte Diphenylether,
C10-13-Chloralkane, Nonylphenole, Tributylzinnverbindungen. Nach den Untersuchungen
von Hillenbrand et al. (2007) sind in Deutschland ein größerer Teil dieser Stoffe aufgrund
bereits bestehender Einschränkungen nicht mehr relevant. Für den Bereich der industriellen
Einleitungen von Bedeutung sind außerdem die Schwermetalle Cadmium und Quecksilber
sowie teilweise noch die Stoffgruppen PAKs und Nonylphenole. Für die Schwermetalle
insgesamt gilt allerdings, dass der Anteil der durch industrielle Direkteinleitungen verursachten
Einträge in die Gewässer in Deutschland seit 1985 deutlich zurückgegangen ist (s. Abbildung
18). Die wichtigsten industriellen Emittenten für Cadmium und Quecksilber sind dabei
die Chemische Industrie sowie die Nichteisenmetallherstellung (s. Abbildung 19). Für die
Emittenten der prioritären (gefährlichen) Stoffe könnten sich aufgrund der Zielsetzungen der
WRRL weitergehende Anforderungen an die Abwasseraufbereitung ergeben. Außerdem
könnte sich durch die Anforderung der WRRL nach Berücksichtigung der Umwelt- und Ressourcenkosten
eine Erhöhung der Kosten des Wasserbezugs ergeben (s. Kapitel 2.9.5.2).
Abbildung 18 Anteil industrieller Direkteinleitungen an den Gesamtemissionen von Schwermetallen in deutsche
Gewässer für den Zeitraum 1985 bis 2000 (nach Böhm, Hillenbrand, 2005)
21 Vorschlag einer Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates über Umweltqualitätsnormen im Bereich
der Wasserpolitik und zur Änderung der Richtlinie 2000/60/EG (KOM (2006) 397 endgültig)
Kapitel 2 – Seite 308

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Abbildung 19: Aufteilung der industriellen Direkteinleitungen auf verschiedene Einzelbranchen (nach Böhm
et al., 2001)
Unter anderem im Zusammenhang mit den Anforderungen auf europäischer Ebene wird derzeit
an einer Überarbeitung der rechtlichen Grundlagen zur Abwasserbehandlung in Deutschland
gearbeitet (UBA/BMU, 2004; Veltwisch, 2005; Hahn, 2004). Im Einzelnen werden folgende
Gründe genannt:
• Berücksichtigung der Anforderungen der Wasserrahmenrichtlinie (prioritäre Stoffe),
• Integration der sich aus der IVU-Richtlinie ergebenden Anforderung zur medienübergreifenden
Betrachtung,
• notwendige Anpassung der in den Anhängen zur Abwasserverordnung festgelegten Anforderungen
an den Stand der Technik, der u.a. in den BVT-Papieren beschrieben ist
(seit 1990 wurden die Anforderungen nach § 7a WHG nicht systematisch fortgeschrieben),
• Umsetzung der in 2002 neu formulierten Anforderungen zur Bestimmung des Standes
der Technik (Anhang 2 zu §7a WHG), nach denen u.a. die Aspekte Stoffrückgewinnung
sowie Rohstoffverbrauch besonders zu berücksichtigen sind, so dass dadurch der Aspekt
einer möglichst effizienten Nutzung von Wasser gestärkt wird.
Diese notwendigen Veränderungen laufen auf eine konzeptionelle und inhaltliche Überarbeitung
und Aktualisierung der Anforderungen im Bereich der industriellen Wassernutzung hinaus,
in deren Rahmen die oben beschriebenen, neuen technischen Entwicklungen (vgl. Kap.
2.9.3) Berücksichtigung finden werden. Während in der Vergangenheit ganz überwiegend die
Emissions- und Stoffproblematik im Vordergrund der Anforderungen stand, ist abzusehen,
dass zukünftig Anforderungen zum effizienten Einsatz von Wasser und zur Schließung von
Wasserkreisläufen eine wichtigere Rolle spielen werden.22
22 Aus Überwachungssicht bietet die vollständige Schließung der Wasserkreisläufe und der damit verbundene
abwasserfreie Betrieb den besonderen Vorteil, dass damit auch der Kontrollaufwand erheblich reduziert wird
insbesondere vor dem Hintergrund der großen und zukünftig weiter wachsenden Zahl an relevanten Einzelstoffen
im Abwasser.
Kapitel 2 – Seite 309

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
2.10.5.3 Ökonomische Randbedingungen
Hinsichtlich der ökonomischen Randbedingungen sind zum einen die Kosten möglicher Maßnahmen
zur Verbesserung der Wassereffizienz zu berücksichtigen, zum anderen die Veränderungen
bei den Einsparpotenzialen. Nach den Ergebnissen in Kapitel 2.10.4 spielt als wesentliche
neue Technik die Membrantechnik eine zentrale Rolle bzgl. einer weiteren Erhöhung der
Wassereffizienz. Durch die verstärkte Anwendung dieser Technik u.a. im industriellen und
kommunalen Abwasserbereich kam es hier in den letzten Jahren zu einem deutlichen Rückgang
der spezifischen Kosten. In Abbildung 20Abbildung sind beispielhaft die Preisentwicklungen
von Membranmodulen verschiedener Hersteller aufgetragen, die einen deutlich Rückgang
der Preise um bis zu 80% zeigen.
Die in der aktuellen Literatur dargestellten Kosten der Membrantechnik – bezogen auf die behandelte
Abwasser- bzw. gewonnene Brauchwassermenge – schwanken stark je nach Industriebranche
und gestellten Qualitätsanforderungen. Genannt werden bspw. als Gesamtkosten
0,46 €/m³ in der Papierindustrie (Gehler/ Wienands, 2006), 1,25 €/m³ (Ceralienindustrie) oder
2,59 €/m³ (Fruchtsaftindustrie; Rosenwinkel/Brinkmeyer, 2004) bzw. unter schwierigeren
Bedingungen bei 5,10 €/m³ (Anteil für MBR bei einer Altölaufbereitung; Gehler/Wienands,
2006). Angaben zu reinen Betriebskosten (ohne Kapitalkosten) liegen bei 0,40 €/m³ (Wäscherei;
Pinnekamp et al., 2006), 0,50 €/m³ (Chemieindustrie; DWA, 2005a), 0,75 €/m³ (Lebensmittelindustrie;
DWA, 2005b), 0,90 €/m³ (Molkerei) oder 1,40 €/m³ (Mälzerei; DWA, 2005a).
Teilweise werden auch Angaben zur Amortisationsdauer gemacht, die bei

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
dem öffentlichen Wasserversorgungsnetz oder/und die in das öffentliche Kanalnetz eingeleitete
Abwassermenge verringern können. Die damit verbundenen spezifischen Kosten der Wasserversorgung
bzw. Abwasserentsorgung liegen im allgemeinen über den Kosten bei einer
Eigenwasserversorgung bzw. einer eigenen Abwasserbehandlung, da in diesen Fällen die
Kosten für Bau und Betrieb der Leitungsnetze entfallen. Die Preisentwicklung bei der öffentlichen
Wasserver- und Abwasserentsorgung seit 1993 ist in Abbildung 21 dargestellt und
zeigt hohe Preissteigerungen bis 1997, danach Preissteigerungen unter 2% und seit 2003 wieder
etwas höhere Werte. Die künftige Entwicklung der Preise ist von verschiedenen Faktoren
abhängig wie z.B.
• Auswirkungen des zu erwartenden Rückgangs des öffentlichen Wasserverbrauchs aufgrund
des demographischen Wandels. Die lokal sich sehr unterschiedlich entwickelnde,
insgesamt aber deutlich zurückgehende Bevölkerungszahl in Deutschland bedeutet, dass
die mit dem Wasserinfrastruktursystem verbundenen fixen Kosten auf eine geringer
werdende Nutzerzahl verteilt werden muss. Aufgrund des hohen Fixkostenanteils bei
der öffentlichen Wasserver- und -entsorgung von ca. 80% sind steigende spezifische
Wasserpreise zu erwarten.
• Umsetzung der Modernisierungsstrategie zur Verbesserung der Effizienz und der Wettbewerbsfähigkeit
der deutschen Wasserwirtschaft.
• Umgang mit dem hohen Sanierungsbedarf vor allem im Bereich der öffentlichen Netze.
• Umsetzung der Anforderung der WRRL nach Berücksichtigung der Umwelt- und Ressourcenkosten,
wodurch sich zumindest mittelfristig die Wasserbezugskosten erhöhen
könnten.
Aufgrund dieser zum Teil gegenläufig wirkenden Faktoren ist es sehr schwierig vorherzusehen,
wie sich die Preise zukünftig entwickeln werden. Insbesondere aufgrund der regional
bzw. lokal sehr unterschiedlichen Auswirkungen des demographischen Wandels wird auch
die Entwicklung der spezifischen Preise für Wasser und Abwasser je nach Region sehr unterschiedlich
ausfallen.
Kapitel 2 – Seite 311

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
16,0%
14,0%
12,0%
10,0%
8,0%
6,0%
4,0%
2,0%
0,0%
Preisentwicklung bei Trink- und Abwasser
jährliche Veränderung in %
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Kapitel 2 – Seite 312
Trinkwasser
Abwasser
Abbildung 21: Preissteigerungsraten für Trinkwasser (Deutschland) und Abwasser (Baden-Württemberg)
zwischen 1993 und 2005 (nach: BGW, 2006; Statistisches Landesamt Baden-Württemberg, 2006)
Wie beschrieben ist die Preisentwicklung bei der öffentlichen Wasserinfrastruktur besonders
relevant für
Betriebe mit hohem Fremdbezug aus dem öffentlichen Netz sowie
indirekteinleitende Betriebe.
In Tabelle 4 sind die Daten zum Anteil des aus dem öffentlichen Netz bezogenen Wassers
sowie des indirekt eingeleiteten Abwassers am eingesetzten Frischwasser aufgeführt. Danach
sind diese Anteile bei der Ernährungs- sowie bei der Textilindustrie besonders hoch, gefolgt
von der Mineralöl- sowie der Steine- und Erden verarbeitenden Industrie.

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Tabelle 4: Anteil des aus dem öffentlichen Netz bezogenen Fremdwassers sowie des indirekt eingeleiteten
Abwassers am eingesetzten Frischwasser für einzelne Industriebranchen in 2004 (nach: Statistisches Bundes-
amt, 2006b)
Wirtschaftsgliederung eingesetztes
Frischwasser
Fremdbezug
aus dem öffentlichen
Netz
Kapitel 2 – Seite 313
Anteil
Fremdbezug
an eingesetztemFrischwasser
Indirekteinleitung
Anteil Indirekteinleitung
an
Frischwasser
1000 m³ 1000 m³ 1000 m³
DA – Ernährungsgewerbe
417.215 120.259 28,8% 141.872 34,0%
DB - Textil- u. Bekleidungsgewerbe
35.719 5.308 14,9% 26.399 73,9%
DE - Papier 542.692 11.219 2,1% 53.484 9,9%
DF Mineralöl 203.173 25.895 12,7% 23.617 11,6%
DG - Chemie 3.114.184 72.587 2,3% 376.760 12,1%
DI - Steine, Erden,
Verarbeitung
93.557 12.568 13,4% 8.964 9,6%
DJ - Metallerzeugung/-bearbeitung
747.819 35.140 4,7% 55.360 7,4%
2.10.5.4 Informations- und Erfahrungsdefizite / organisatorische Randbedingungen
Ein wesentlicher Aspekt bei der Umsetzung innovativer Techniken ist die Beseitigung von
Informationsdefiziten bei möglichen Anwendern bzw. sonstigen relevanten Akteuren wie sie
für die Umsetzung von Umwelttechniken bspw. die Umweltbehörden darstellen. Die Untersuchungen
zu den technischen Entwicklungslinien haben gezeigt, dass für eine weitergehende
Verbesserung der Wassereffizienz bzw. für eine (weitgehende) Schließung von Wasserkreisläufen
detaillierte Kenntnisse nicht nur über die Produktionsprozesse sondern auch über die
Möglichkeiten innovativer Wasseraufbereitungstechniken, deren Kosten und Wechselwirkungen
mit den Produktionsbedingungen und erforderliche Randbedingungen notwendig sind.
Wenn Wasser-/Abwasserkosten keinen erheblichen Anteil an den Produktionskosten haben,
gilt das Hauptaugenmerk der Aktivitäten eines Betriebes eher anderen Aspekten wie der Produktqualität,
der Verfügbarkeit ausreichender Produktionskapazitäten, Lieferterminen, Personalfragen,
der Entwicklung neuer Produkte etc. Dies gilt auch für andere Bereiche des Umweltschutzes
oder die Energieeffizienz.
Teilweise ergeben sich komplexe Zusammenhänge zwischen Produktions- und Aufbereitungsprozessen,
die vorab umfassende Untersuchungen und während des Betriebs eine genaue
Regelung und Überwachung erforderlich machen. Von verschiedenen Industriebetrieben wurde
deshalb das Wassermanagement an externe Dienstleister vergeben, wobei dort ggf. dann
die entsprechenden Prozesskenntnisse erforderlich sind oder in Kooperation mit dem Betrieb
geklärt werden müssen. Entsprechende Beispiele werden u.a. für die Chemie-, Papier-, Nahrungsmittel-
und Textilindustrie beschrieben (Meyer, 2006; Lodde/Bohling, 2006; Simon et
al., 2006; Lebek et al., 2005; Wenger-Oehn et al., 2005; N.N., 2005a). Ein solches Auslagern
erfordert allerdings erhebliche organisatorische und juristische Abstimmungen zwischen den

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Beteiligten. Nachdem zwischenzeitlich Positivbeispiele für verschiedene Branchen vorliegen,
ist zukünftig mit einer weiteren Ausweitung dieser Vorgehensweise zu rechnen. Nach einer
Umfrage von Frost&Sullivan ist davon auszugehen, dass europäische Industriebetriebe ihre
Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung zunehmend auslagern werden (N.N., 2005b).
Zur besseren Information der Behörden, die im Rahmen der Genehmigungsverfahren wesentlichen
Einfluss auf die Ausgestaltung des Wassermanagements von Industriebetrieben besitzen,
sollen die oben bereits beschriebenen BVT-Papiere dienen. Nachdem zwischenzeitlich
für alle Branchen entsprechende Papiere erarbeitet wurden, ist für die Zukunft eine kontinuierliche
Überarbeitung vorgesehen, so dass jeweils aktuelle Informationen zum Stand der
Technik in den einzelnen Branchen vorliegen werden.
2.10.5.5 Schlussfolgerungen aus der Umfeldanalyse für die künftige Entwicklung
des Wassereinsatzes in der Verarbeitenden Industrie
Voraussetzung dafür, dass aufgrund der technischen Entwicklung der Wassereinsatz in der
Verarbeitenden Industrie auch künftig weiter zurückgeht, ist dass auch von den gegebenen
Randbedingungen dieser Techniken die nötigen Impulse ausgehen. Eine Grundvoraussetzung,
die an erster Stelle zu nennen ist, besteht darin, dass den Kosten zur Verbesserung der Wassereffizienz
entsprechende Einsparungen gegenüberstehen, z. B. bei Kosten für den Wasserbezug
oder die Abwasserbehandlung und –einleitung oder durch die Rückgewinnung von
Wertstoffen. Obwohl die Preisentwicklung bei der öffentlichen Wasserver- und Abwasserentsorgung
unsicher ist, ist davon auszugehen, dass durch entsprechende Kostenvorteile auch
künftig ähnliche Anreize ausgehen werden wie im zurückliegenden Betrachtungszeitraum.
Als Beispiele wären zu nennen Kostenreduzierungen bei der Membrantechnik und bei der
Messtechnik. Auch von den in Kapitel 5.2 erläuterten rechtlichen Randbedingungen dürften
weiterhin Impulse für eine Erhöhung der Wassereffizienz ausgehen.
Die zunehmende Auslagerung des Wassermanagements an externe Dienstleister und die Fortentwicklung
der BVT-Papiere sollten dazu beitragen, Informations- und Erfahrungsdefizite in
den Betrieben auszugleichen und somit zumindest erprobten Techniken zur Verringerung des
Wassereinsatzes zu einer breiteren Anwendung verhelfen. Eine Fortschreibung der Abnahme
der Wassereffizienzfaktoren erscheint auch unter diesem Aspekt gerechtfertigt.
2.10.6 Abschätzung der Entwicklung des spezifischen industriellen
Wassereinsatzes bis 2020
Der industrielle Wassereinsatz ist in Deutschland im Zeitraum von 1991 bis 2004 um 28 %
zurückgegangen. Der Rückgang der absoluten Mengen ist allerdings in den letzten Jahren
deutlich geringer ausgefallen als noch Anfang der 90er Jahre. Um diese Entwicklung genauer
analysieren zu können, ist es notwendig, die wichtigsten Branchen zu identifizieren und diese
genauer zu untersuchen. Nach den aktuellen Zahlen werden von den Branchen Chemische
Industrie, Metallerzeugung/-bearbeitung, Papier- und Ernährungsindustrie sowie Mineralölverarbeitung
91 % des benötigten Wassers eingesetzt.23
23 Die Bereiche Wärmekraftwerke für die öffentliche Versorgung sowie Bergbau und Gewinnung von Steine
und Erden werden dabei ausgeklammert, da diese Sektoren im Rahmen des GLOWA-Elbe-Projekts separat
bearbeitet werden.
Kapitel 2 – Seite 314

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Für diese Branchen wurden Wasserintensitätsfaktoren berechnet, die den spezifischen Wassereinsatz
auf die wirtschaftliche Aktivität der Branche beziehen. Als Bezugsgröße wurde in
der Regel die Bruttowertschöpfung herangezogen, für die Papierbranche die produzierte Papiermenge,
für den Bereich der Mineralölverarbeitung die verarbeitete Rohölmenge, da in
diesen beiden Branchen die Produkt- bzw. die Eduktpalette im Gegensatz zu den anderen
Branchen klein und einheitlich ist. Die Veränderungen des Wasserintensitätsfaktors einer
Branche geben damit unabhängig von der wirtschaftlichen Entwicklung dieser Branche die
Entwicklung der Wassereffizienz wieder, die durch die technische Entwicklung als auch
durch strukturelle Entwicklungen beeinflusst wird.
Die Ergebnisse zeigen eine sehr konstante Entwicklung in den einzelnen Branchen: Der
Rückgang des spezifischen Wasserintensitätsfaktors lag danach zwischen 2,1 % (Ernährungsgewerbe)
und 4,1% (Papierindustrie) pro Jahr. Nur bei der Metallerzeugung und –bearbeitung
ist – bezogen auf den Intensitätsfaktor - in den letzten Jahren ein deutlich geringerer Rückgang
festzustellen als am Anfang des Untersuchungszeitraums. Die Ergebnisse zeigen die
Eignung des Ansatzes der Ableitung spezifischer Intensitätsfaktoren im Bereich der industriellen
Wassernutzung, die technikbezogene Entwicklung unabhängig von der wirtschaftlichen
Entwicklung einer Branche zu erfassen. Dieser Faktor kann damit auch als Grundlage
für Abschätzungen der zukünftigen Entwicklung genutzt werden.
Ausgehend von der Analyse der Vergangenheitsentwicklung wurden unterschiedliche Ansatzpunkte
gewählt, um Aussagen über die zu erwartende zukünftige Entwicklung treffen zu
können. Zur Erfassung der aktuellen technischen Entwicklungslinien im Bereich der industriellen
Wassernutzung wurden die im Rahmen der europäischen IVU-Richtlinie erarbeiteten
BVT-Blätter (Best Verfügbare Techniken) sowie entsprechende Fachliteratur ausgewertet.
Die Auswertungen zeigen, dass in den verschiedenen Industriebranchen zahlreiche technische
Ansätze zur weitergehenden Abwasseraufbereitung, zur Reduktion des Wasserverbrauchs und
zur Schließung von Wasserkreisläufen in den letzten Jahren entwickelt und großtechnisch
umgesetzt wurden. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Entwicklungen lag in fast allen Branchen
beim Einsatz von Membranverfahren, die sowohl zur reinen Abwasserbehandlung als
auch zur (Ab-)Wasseraufbereitung mit dem Ziel der Bereitstellung von Brauchwasser verstärkt
eingesetzt werden. Zur Abwasserbehandlung werden auch verstärkt AOP-Verfahren
(Advanced Oxidation Process) entwickelt, die es erlauben, auch schwer abbaubare Schadstoffe
im Abwasser zu eliminieren.
Teilweise ergeben sich enge Kopplungen zwischen einzelnen Prozess- und Wasseraufbereitungsschritten,
da die Errichtung und Schließung von Wasserkreisläufen sehr häufig voraussetzt,
dass die im Kreislauf gefahrenen Wasserströme aufbereitet werden (z.B. Papierindustrie).
Die Wasserströme werden durch die Errichtung von Wasserkreisläufen wesentlich komplexer.
Die Integration entsprechender Maßnahmen in bestehende Anlagen und Standorte
kann deshalb mit weitergehenden Veränderungen im Produktionsprozess verbunden sein und
wird dann im Allgemeinen erst im Rahmen größerer Reinvestitionsmaßnahmen vorgenommen.
Dabei spielt eine wichtige Rolle, dass ggf. durch einen "letzten Schritt" hin zu einem
abwasserfreien Betrieb zusätzliche Kosteneinsparungen realisiert werden können, die die
Wirtschaftlichkeitsberechnungen für entsprechende Maßnahmen deutlich beeinflussen können.
Ergänzende Patentrecherchen bestätigen, dass im Bereich der Wasser- und Abwasserbehandlung
die Forschungsaktivitäten seit Mitte der 90er Jahre nochmals deutlich zugenommen haben.
Die Arbeiten im Bereich der Membrantechnik zur Ab-/Wasserbehandlung konzentrieren
Kapitel 2 – Seite 315

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
sich in den letzten Jahren auf Weiterentwicklungen der Umkehrosmose-, Ultra- und Mikrofiltrationsverfahren.
Zusätzlich wurden die von EMAS-zertifizierten Unternehmen mit ihren in Umwelterklärungen
aufgeführten, wasserbezogenen Maßnahmen erfasst. Hier zeigt sich, dass über alle betrachteten
Branchen hinweg ein hoher Teil der Unternehmen in den letzten Jahren prozessintegrierte
oder ergänzende Maßnahmen zur Verbesserung der Wassereffizienz sowie zur Emissionsminderung
durchgeführt hat und ein ähnlich hoher Anteil auch in der Zukunft Maßnahmen
erwartet.
Bei der Umsetzung neuer Techniken zur Verbesserung der Wassereffizienz und Emissionsminderung
spielen traditionell in Deutschland die rechtlichen Rahmenbedingungen eine sehr
wichtige Rolle. Auf nationaler Ebene steht hier die Neukonzeption und Überarbeitung der
branchenspezifischen Anhänge der Abwasserverordnung nach §7a WHG an. In diesem Rahmen
sollen u.a. die sich aufgrund neuerer Entwicklungen auf europäischer Ebene ergebenden
Anforderungen integriert werden. Dies betrifft sowohl die branchenspezifischen Beschreibungen
der bestverfügbaren Techniken über die BVT-Blätter als auch die medienübergreifende
Aspekte der IVU- Richtlinie sowie die Anforderungen aus der Wasserrahmenrichtlinie zur
Erreichung des guten chemischen Zustands mit besonderem Schwerpunkt auf den prioritären
Schadstoffen.
Neben den rechtlichen Aspekten wurden im Rahmen der Umfeldanalyse auch ökonomische
Randbedingungen untersucht: Zum einen hinsichtlich der zu erwartenden Kostenentwicklung
bei Membranverfahren, für die sich aufgrund von Lerneffekten bereits in den letzten Jahren
ein deutlicher Rückgang der Kosten gezeigt hat und zukünftig auch weiterhin erwartet wird.
Zum anderen spielt für Unternehmen, die auf die öffentliche Wasserinfrastruktur angewiesen
sind (Wasserbezug aus dem öffentlichen Netz, Abwasserentsorgung als Indirekteinleiter), die
zu erwartende Kostenentwicklung für die Nutzung dieser Infrastruktur eine wesentliche Rolle.
Bei stark ansteigenden spezifischen Kosten, wie sie bspw. Anfang der 90er Jahre sowohl bei
Wasser als auch Abwasser auftraten, könnte sich der Handlungsdruck zur Erhöhung der Wassereffizienz
deutlich erhöhen. Eine Branche, die davon besonders stark betroffen wäre, ist die
Ernährungsindustrie.
Zusätzlicher Punkt der Umfeldanalyse war der Aspekt der Informationsdefizite als Hemmnis
bei der Diffusion neuer Techniken. Zwei Entwicklungen spielen hier zukünftig eine wichtige
Rolle:
• durch die BVT-Papiere sind die wesentlichen Informationen über die Entwicklung des
Stands der Technik aktuell und direkt sowohl für Firmen als auch Behörden verfügbar
(die Überarbeitung der ersten Papiere wurde zwischenzeitlich bereits begonnen) und
• insbesondere bei komplexen Aufgabenstellungen hinsichtlich Betrieb und/oder Optimierung
der Wasserinfrastruktur von Unternehmen werden teilweise externe
Dienstleister eingeschaltet, die ihr Augenmerk vor allem auf diesen Aspekt konzentrieren
und zusätzliche Erfahrungen aus anderen Betrieben oder Branchen mit einbeziehen
können.
Es ist somit zu erwarten, dass es zukünftig zu einer größeren Transparenz hinsichtlich der
Weiterentwicklung des Stands der Technik im Bereich der industriellen Wassernutzung
kommt und bestehende Informationsdefizite abgebaut werden.
Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tabelle 5 branchenspezifisch zusammengefasst.
In der letzten Spalte sind dabei die Einzelaspekte hinsichtlich der zu erwartenden
Kapitel 2 – Seite 316

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Spannbreite der künftigen Entwicklung des spezifischen Wasserintensitätsfaktors ausgewertet.
Tabelle 5: Zusammenfassung der Ergebnisse hinsichtlich des spez. Wasserintensitätsfaktors verschiedener In-
dustriebranchen
Entwicklung des Wasserintensitätsfaktors
1991 bis 2004
Chemische
Industrie
Metallerzeugung/
-verarbeitung
Papierindustrie
Ernährungsindustrie
Mineralölverarbeitung
gleichmäßiger Rückgang
seit 1991; Veränderung
im letzten Erfassungszeitraum
(2001 bis 2004):
- 3,4 % pro Jahr
sehr starker Rückgang
bis 2001; danach nur
noch geringer Rückgang;
für gesamten Zeitraum
(1991 bis 2004) Rückgang
um 3,6% pro Jahr
bezogen auf produzierte
Papiermenge gleichmäßiger
Rückgang seit
1991; Veränderung im
letzten Erfassungszeitraum
(2001 bis 2004): -
4,1 % pro Jahr
gleichmäßiger Rückgang;
Veränderung im letzten
Erfassungszeitraum
(2001 bis 2004): - 2,1 %
pro Jahr
Bezugsgröße: Rohölmenge;
gleichmäßiger
Rückgang seit 1991;
Veränderung im letzten
Erfassungszeitraum
(2001 bis 2004): -3,7 %
pro Jahr
Textilindustrie starke Veränderungen in
der Branche: Rückgang
der Wertschöpfung um
52%; Rückgang der Zahl
der Betriebe seit 1995
um 43%; bis 1998 Anstieg,
danach starker
Rückgang des Wasserintensitätsfaktors;Veränderung
im letzten Erfassungszeitraum
(2001 bis
2004): - 6,1 % pro Jahr
Aktivitäten zur effizienten
Wassernutzung
hohe Aktivitäten bei prozessintegriertenMaßnahmen;Membrantechnik
spielt wichtige Rolle
hohe Aktivitäten bei
Maßnahmen zur Verbesserung
der Wassereffizienz
starke Forschungsaktivitäten;
hohe Aktivitäten
bei prozessintegrierten
Maßnahmen; Membrantechnik
spielt wichtige
Rolle; teilweise Umstellung
auf abwasserfreie
Betriebsweise
starke Forschungsaktivitäten;
hohe Aktivitäten
bei prozessintegrierten
Maßnahmen; Membrantechnik
spielt wichtige
Rolle
weitgehende Schließung
der Kühlkreisläufe;
Membrantechnik hat bislang
nur geringe Bedeutung
starke Forschungsaktivitäten;
Membrantechnik
spielt wichtige Rolle
Kapitel 2 – Seite 317
rechtlicher
Rahmen
prioritäre Stoffe;Überarbeitung
AbwV
prioritäre Stoffe;Überarbeitung
AbwV
Überarbeitung
AbwV
Überarbeitung
AbwV
Überarbeitung
AbwV
Überarbeitung
AbwV
Einfluss
Kosten der
öffentlichen
Wasserinfrastruktur
gering:
Anteil öff.
Netz: 2,3%
Anteil ind.
Abwasser:
12,1%
gering:
Anteil öff.
Netz: 4,7%
Anteil ind.
Abwasser:
7,4%
gering:
Anteil öff.
Netz: 2,1%
Anteil ind.
Abwasser:
9,9%
hoch:
Anteil öff.
Netz: 28,8%
Anteil ind.
Abwasser:
34,0%
mittel:
Anteil öff.
Netz: 12,7%
Anteil ind.
Abwasser:
11,6%
hoch:
Anteil öff.
Netz: 14,9%
Anteil ind.
Abwasser:
73,9%
erwartete
Entwicklung
bis
2020
Rückgang
um 30 bis
40 %
Rückgang
um 20 bis
30 %
Rückgang
um 40 bis
50%
Rückgang
um 20 bis
30%
Rückgang
um 20 bis
30 %
Rückgang
um 30 bis
40%

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
2.10.7 Referenzen
Althöfer P, Feuersänger G (2005): Wasserkreislauf in der Papierindustrie - Thermophile anaerobe Prozesswasserreinigung.
WWT Special 9/2005, S. 25 – 30
ATV-DVWK (2004): Abwässer aus der Nichteisen-Metallerzeugung. Merkblatt 711, Hennef
BGW (Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft) (2006): Preisentwicklung beim Trinkwasser
. http://www.bgw.de/pdf/0.1_resource_2005_4_13_7.pdf
Böhm E, Hillenbrand T, Marscheider-Weidemann F, Schempp C, Fuchs S, Scherer U (2001): Bilanzierung des
Eintrags prioritärer Schwermetalle in Gewässer. UBA-Texte 29/01, Umweltbundesamt Berlin, 2001
Böhm E, Hillenbrand T (2005): Quantitative und qualitative Aspekte industrieller und gewerblicher Wassernutzung
in Deutschland. In: Wasserpolitik- Ökonomische Analyse einer knappen Ressource, Sonderausgabe der
Zeitschrift für angewandte Umweltforschung (ZAU), Analytica-Verlag Berlin, S. 511-527
Brüß U, Richter S (2003): Membranbelebungsanlage zur Reinigung von Textilabwasser aus der Entschlichtung.
5. GVC-Abwasser-Kongress (2003), S. 471 – 480
DECHEMA (2004): Wasserressourcen für die Industrie – Entwicklungen zur wirtschaftlicheren Nutzung.
12.02.2004, DECHEMA, Frankfurt
Döpkens E, Krull R, Hempel DC, Metzen P, Diering B (2003): Schließung von Stoffkreisläufen durch Abwasserrecycling
in der Textilveredelungsindustrie. 5. GVC-Abwasser-Kongress (2003), S. 179 – 188
DWA (2005a): Aufbereitung von Industrieabwasser und Prozesswasser mit Membranverfahren und Membranbelebungsverfahren.
Teil 3: Membranverfahren. DWA-Arbeitsbericht, Juli 2005
DWA (2005b): Aufbereitung von Industrieabwasser und Prozesswasser mit Membranverfahren und Membranbelebungsverfahren.
Teil 4: aerobe Membranbelebungsverfahren. DWA-Arbeitsbericht, September 2005
Eichhammer W, Schlomann B, Kling N (2006): Energy Efficiency Policies and Measures in Germany; Fraunhofer
ISI, Karlsruhe; http://www.odyssee-indicators.org/Publication/PDF/nr_germany_2006.pdf
Ernhofer R, Karl G, Wentzlau F, Koppe J, Lausch H (2005): Erstmalige Anwendung des MOL ® CLEAN-
Verfahrens in einem Kühlkreislauf einer Erdölraffinerie. ERDÖL ERDGAS KOHL 121. Jg. 2005, Heft 10, S.
336 – 339
Forstmeier M, Wozny G, Buss K, Tölle J (2003): Produktionsintegrierter Einsatz der katalytischen Elektrolyse
zur Reduzierung des Wasserbedarfs in der Prozessindustrie. 5. GVC-Abwasser-Kongress (2003), S. 375 – 383
Frost & Sullivan (2005):Industrial Water Recycling and Reuse Equipment: Markets in Europe and Middle East.
B611-15, Frost & Sullivan Ltd., London, Oktober 2005
Gehlers G, Wienands H (2005): Einsatz von Membranverfahren in der industriellen Wasseraufbereitung – Wasserrecycling
in der Papierindustrie und der Altölaufbereitung. Wasser und Abfall (11), S. 10 – 13
Gehlers G, Wienands H (2006): Wasserrecycling lohnt sich. UmweltMagazin Mai 2006, S. 44 – 46
Grupp H (1997): Messung und Erklärung des Technischen Wandels - Grundzüge einer empirischen Innovationsökonomik,
Berlin, Heidelberg, New York: Springer.
5. GVC-Abwasser-Kongress (2003): Prozessintegrierte und additive Verfahren der Abwasser- und Schlammbehandlung.
Preprints. VDI, Düsseldorf
Hahn J (2004): Neukonzeption der Abwasserverordnung gemäß § 7a WHG - Indikatoren für einen notwendigen
Wandel. WLB "Wasser, Luft und Boden", Band 48, 5/2004, S.14 – 20
Hamm U (2004): Medienübergreifende Aspekte am Beispiel der Zellstoff- und Papierindustrie. UBA/BMU
(2004), S. 78 – 85
Hasler J (2003): Abwasserfreie, energie- und stoffverlustminimierte Prozesstechnik am Beispiel der Oberflächentechnik
von FSB, Brakel. 5. GVC-Abwasser-Kongress (2003), S. 405f
Hellwich H, Kaps J (2007): Kreislaufwasseraufbereitung mit Entkarbonisierung. Papierfabrik mit neuem Abwasserkonzept.
wwt wasserwirtschaft wassertechnik, Nr. 9, S. 36-37
Hillenbrand T, Hiessl H (2006): Sich ändernde Planungsgrundlagen für Wasserinfrastruktursysteme. Teil 1:
Klimawandel, demographischer Wandel, neue ökologische Anforderungen. KA - Abwasser, Abfall (53), Nr. 12,
S. 1265-1271
Hillenbrand T, Hiessl H (2007): Sich ändernde Planungsgrundlagen für Wasserinfrastruktursysteme. Teil 2:
Technologischer Fortschritt und sonstige Veränderungen. KA - Abwasser, Abfall (54), Nr. 1, S. 47-53
Kapitel 2 – Seite 318

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Hillenbrand T, Marscheider-Weidemann F, Strauch M, Heitmann K, Schaffrin D (2007): Emissionsminderung
für prioritäre und prioritäre gefährliche Stoffe der Wasserrahmenrichtlinie. UBA-Forschungsbericht, Fraunhofer-
Institut für System- und Innovationsforschung, Karlsruhe
Hinze S, Schmoch U (2004): Opening the Black Box. Analytical approaches and their impact on the outcome of
statistical patent analyses - Handbook of Quali-tative Science and Technology Research. The Use of Publication
and Patent Statistics in Studies of S&T Systems, Moed, H.F.; Glänzel, W.; Schmoch, U. (Hrsg.), Dordrecht: Kluwer
Academic Publishers, S. 215-235.
Jung H, Demel I, Götz B (2006): Wasser- und Abwassersituation in der deutschen Papierindustrie – Ergebnisse
der Wasserumfrage 2004. Wochenblatt für Papierfabrikation, H. 9
Kaliske J (2005): Die Anwendung der IVU-Richtlinie in Deutschland. Wasser und Abfall (10), S. 18 – 20
Kappen J (2004): Optimierte Wasserkreisläufe – Ein Schlüsselfaktor der Papiererzeugung . In: Wasserkreisläufe
der Papiererzeugung – Verfahrenstechnik und Mikrobiologie, PTS-Manuskript 417. PTS, München
Kotz C, Hillenbrand T, Sartorius C (2005): Technische Entwicklung und Diffusionsfaktoren in den Anwendungsfeldern
Kleinkläranlagen und kommunale Membrankläranlagen. Ergebnisse einer Patentrecherche sowie
einer Umfrage. Arbeitspapier. Fraunhofer ISI, Karlsruhe
Köppke K-E (2004): Medienübergreifende Aspekte am Beispiel der Chemischen Industrie. In: UBA/BMU
(2004): Workshop "Neue Anforderungen an Abwassereinleitungen unter Berücksichtigung integrierter medienübergreifender
Aspekte". 28./29. September 2004, Berichtsband, S. 69 – 77
Lebek M, Simon G, Augstein L, Meierling L (2005): Wassermanagement für die galvanotechnische/chemische
Industrie. KA, Nr. 9
Liers L (2006): Evaluation of VUV-Photolyse as an alternative advanced oxidation process (AOP) for water
treatment. Achema 2006, 28th International Exhibition-Congress on Chemical Engineering, Environmental Protection
and Biotechnology, Frankfurt am Main, 15 – 19 May 2006, S. 214
Linke M, Sarsour J (2005): Reinigung und Wiederverwendung textiler Abwasserteilströme: Kombination von
anaerober/aerober Stufe und Membranfiltration. Wasser, Luft und Boden 6/2005, S. 24 – 27
Lipnizki F, Gennetier J (2006): Closing the loops in the pulp and paper industry with membrane technology.
Achema 2006, 28th International Exhibition-Congress on Chemical Engineering, Environmental Protection and
Biotechnology, Frankfurt am Main, 15 – 19 May 2006, S. 198
Lodde M, Bohling C (2006): Contracting im Wassermanagement. UmweltMagazin, Februar 2006, S. 20-21
Meyer U (2006): Wassermanagement als Dienstleistung - Outsourcing gewinnt an Bedeutung. WWT Special
Industrie + Wasser 9/2006, S. 28 – 30
N.N. (2005a): Optimale Papierherstellung gesichert. WWT Special, 9/2005, S. 45-46
N.N. (2005b): Industrie lagert ihre Wasser- und Abwasserbehandlung zunehmend aus. Wa, Nr. 35, 11.10.2005
N.N. (2006): Einsatz der Membrantechnologie bei Abwässern der NE-Metallindustrie. Wa, Nr. 41, 10.10.2006
Paulitschek M, Rößler H-W (2003): Nanofiltration in Form mit Spiralwickelmodulen nach einer Belebung. 5.
GVC-Abwasser-Kongress (2003), S. 447 – 462
Peeters JG, Theodoulou SL, Durieux F, Kroll S (2006): Membrane Technology Treating Refinery Wastewater
for Reuse. Achema 2006, 28th International Exhibition-Congress on Chemical Engineering, Environmental Protection
and Biotechnology, Frankfurt am Main, 15 – 19 May 2006, S. 199
Pinnekamp J, Friedrich H (Hrsg.; 2006): Membrantechnik für die Abwasserreinigung. 2. Auflage, FIW Verlag,
Aachen
Quentmeier V, Räbiger N (2003): Schließung von Wasserkreisläufen in der Kalksandsteinindustrie. 5. GVC-
Abwasser-Kongress (2003), S. 345 – 356
Rappich O (2003): Neue Verfahrenstechniken zur Wasseraufbereitung und Recycling von Wertstoffen. 5. GVC-
Abwasser-Kongress (2003), S. 385 – 390
Rosenwinkel K-H, Brinkmeyer J (2004): Wasserrecycling in der Lebensmittelindustrie. In: 73. Darmstädter Seminar
"Wasserwiederverwendung - Eine ökologische und ökonomische Notwendigkeit wasserwirtschaftlicher
Planung weltweit?", Schriftenreihe WAR, TU Darmstadt, Band 159, S. 75ff
Schipolowski T, Forstmeier M, Wozny G (2003): Erfahrungen aus Planung und Pilotbetrieb einer Membranfiltrationsanlage
zur produktionsintegrierten Abwasserbehandlung. 5. GVC-Abwasser-Kongress (2003), S. 337 –
344
Kapitel 2 – Seite 319

2.10 Technische Trends der industriellen Wassernutzung (Hillenbrand et al.)
Schmid F, Dietz W, Demel I (2004): Wasserrecycling in der Papierproduktion. In: 73. Darmstädter Seminar
"Wasserwiederverwendung - Eine ökologische und ökonomische Notwendigkeit wasserwirtschaftlicher Planung
weltweit?", Schriftenreihe WAR, TU Darmstadt, Band 159, S. 95ff.
Schmoch U (1990): Wettbewerbsvorsprung durch Patentinformation, Grupp, H. (Hrsg.), Schriftenreihe Zukunft
der Technik, TÜV Rheinland, Köln
Schönberger H (2004): Medienübergreifende Aspekte am Beispiel der Textilindustrie. UBA/BMU (2004):
Workshop "Neue Anforderungen an Abwassereinleitungen unter Berücksichtigung integrierter medienübergreifender
Aspekte". 28./29. September 2004, Berichtsband, S. 86 – 94
Schönbucher B (2004): Lösungsstrategien für die industrielle Wasserkreislaufführung. DECHEMA (2004), S. 9
– 13
Sievers M, Bormann H (2003): Produktionsintegrierter Umweltschutz bei der Herstellung von Holzwerkstoffen
mit Rückgewinnung von Holzinhaltsstoffen, Prozesswasser und Wärme. 5. GVC-Abwasser-Kongress (2003), S.
329 – 336
Simon G, Lebek M, Meierling L, Ermel M (2006): Modernes Konzept zur Abwasser- und Reststoffbehandlung –
Contracting-Projekt aus der Lebensmittelindustrie. WWT Special Industrie + Wasser 9/2006, S. 22 – 24
Simstich B, Öller HJ (2007): Membranprozesse in der Papierindustrie - Entwicklungspotenzial nutzen. wwt wasserwirtschaft
wassertechnik, Nr.7/8, S. 25-28
Spänhoff M, Hagen K (2004): Wasserkreislaufführung am Beispiel eines Chemieunternehmens in NRW. DE-
CHEMA (2004), S. 14 – 38
Statistisches Landesamt Baden-Württemberg (2006): Trink- und Abwasserpreise 2006. Statistisches Monatsheft
Baden-Württemberg 9/2006; http://www.statistik.badenwuerttemberg.de/Veroeffentl/Monatshefte/PDF/Beitrag06_09_10.pdf
Statistisches Bundesamt (2006a): Umweltnutzung und Wirtschaft – Tabellen zu den Umweltökonomische Gesamtrechnungen
2006, Berichtszeitraum 1990/1991 – 2005, Statistisches Bundesamt, Wiesbaden 2006
Statistisches Bundesamt (2006b): Fachserie 19, Reihe 2.2, Umwelt – Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung
in der Industrie 2004
Thüer, M, Buser M (2006): Practical experiences of the full-scale application of membrane bioreactors for the
treatment of chemical- and API-containing pharmaceutical waste waters. Achema 2006, 28th International Exhibition-Congress
on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology, Frankfurt am Main, 15
– 19 May 2006, S. 200
UBA/BMU (2004): Workshop "Neue Anforderungen an Abwassereinleitungen unter Berücksichtigung integrierter
medienübergreifender Aspekte?". 28./29. September 2004, Berichtsband
Veltwitsch D (2005): Novellierung der Abwasserverordnung – Eine Herausforderung?. Wasser und Abfall (10),
S. 10 – 13
Weinhold G, Kaps J, Risse H (2006): Obst- und Gemüseverarbeitung - "Spreewaldhof" mit moderner Klärtechnik.
WWT Special Industrie + Wasser 9/2006, S. 25 – 27
Wenger-Ohn H, Salzmann S, Gaugg-Salzmann J (2005): Erfahrungen mit einer biologischen Reinigungsanlage
für Abwasser aus der Getränkeindustrie. KA – Abwasser, Abfall 2005 (52) Nr. 11, S. 1252 – 1257
Wirsing F, Sörensen M (2004): Elimination von EDTA aus Industrieabwasser durch UV-Oxidation. WWT 11-
12/2004, S. 54 – 55
Zimpel J (2004): Medienübergreifende Aspekte am Beispiel der Metall bearbeitenden und Metall verarbeitenden
Industrie. UBA/BMU (2004), S. 52 – 6
Kapitel 2 – Seite 320