Hochwasserstufe 1

Forschung und Entwicklung

Erfahren Sie, wie sich die StEB Köln bei Forschung und Entwicklung in den Bereichen Klimaschutz, Infrastruktur, Stadtentwicklung und Abwasserreinigung engagieren. Eine Auswahl von Projekten stellen wir Ihnen auf dieser Seite vor.

Projekte für Forschung und Entwicklung

Wenn es um den Klima- und Umweltschutz geht, sind die StEB Köln bei zahlreichen Projekten als Praxispartner beteiligt. In der Regel bereits während der Planungs- und Antragsphase. Dadurch werden die Anforderungen aus der Forschung mit der praktischen Relevanz der Vorhaben in Einklang gebracht. Im Folgenden finden Sie eine Übersicht der verschiedenen Projekte für eine umweltfreundliche Domstadt. Sie sind unterteilt in die Themenbereiche Klimaschutz und Klimafolgenanpassung, Überflutungsschutz und Hochwasservorsorge, Infrastruktur sowie Abwasserreinigung.

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Klimaschutz und Klimafolgenanpassung

Klimawandelgerechte Metropole Köln

Was können wir dem Klimawandel entgegensetzen? In dem Projekt "Klimawandelgerechte Metropole Köln", das von dem Ministerium für Klimaschutz, Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, dem Deutschen Wetterdienst sowie den StEB Köln durchgeführt wurde, konnten wertvolle Erkenntnisse zum Kölner Klimawandel im 21. Jahrhundert gewonnen werden. Für die künftige Wärmebelastung im Sommer sowie die Zunahme von Starkregenereignissen werden nun Anpassungsstrategien entwickelt.

KlimfAb: Klimafolgeanpassung in der kommunalen Abwasserentsorgung

Der fortschreitende Klimawandel gehört zu den größten Herausforderungen, denen wir uns derzeit stellen müssen. Die Anpassung an aktuelle sowie noch zu erwartende Klimabedingungen stellt daher eine dringlich zu lösende Aufgabe dar.

Auch die Abwasserentsorger mit ihren Prozessen und Verfahren sind vom Klimawandel betroffen. Die Überlastung der Kanalisation bei Starkregenereignissen oder die hoch konzentrierten Abwässer bei längerer Trockenheit, verbunden mit einer in diesen Zeiten geringen Wasserführung der Gewässer, sind dabei nur die offenkundigsten Beispiele. Noch für viele weitere und nach regionalen Gegebenheiten sehr unterschiedliche klimabedingte Problemlagen müssen die Abwasserentsorger zukünftig Lösungen finden.

Die StEB Köln ist als Partner im Netzwerk der kommunalen Abwasserentsorgungsunternehmen in dem Vorhaben vertreten.

Das Verbundprojekt KlimfAb, welches für „Klimafolgeanpassung in der kommunalen Abwasserentsorgung" steht, wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit gefördert.

Dem Ansatz „Gefahr erkannt, Gefahr gebannt“ folgend soll dafür zunächst ein auf die kommunale Abwasserreinigung spezifizierter Katalog über bereits eingetretene oder noch zu erwartende Klimafolgen für die Abwasserwirtschaft samt möglicher Lösungsansätze erarbeitet werden. Darauf aufbauend wird als weiteres wichtiges Instrument eine Bewertungsmatrix für kommunale Abwasserentsorgungsunternehmen entwickelt, mit deren Hilfe der Stand der Klimafolgeanpassung im eigenen Unternehmen überprüft werden kann.

CELSIUS-Teilprojekt: Wärmenutzung aus Abwasser

2015 haben die StEB Köln eine Wärmepotenzialkarte veröffentlicht, die einen Teil des unterirdischen Kölner Kanalnetzes zeigt. Auf dieser Karte sind nur Kanäle dargestellt, die groß genug sind, um dort einen Wärmetauscher einzubauen.
Ob die Abwassermenge für eine geplante Beheizung ausreicht, muss in einer individuellen Studie durch Fachleute untersucht werden. Die Potentialkarte hilft aber dabei herauszufinden, wie weit ein Gebäude vom jeweiligen Kanal entfernt liegt. Denn über diese Distanz müssen Rohre verlegt werden, durch die das erwärmte Wasser zwischen Wärmetauscher und Wärmepumpe strömt. Im Rahmen einer Bachelorarbeit wurden die Potenziale zur Nutzung von Wärmeenergie aus Abwasser an den Standorten der Technischen Hochschule Köln in Deutz und Südstadt untersucht.

Weitere Informationen zur Abwasserwärmepotenzialkarte erhalten Sie hier .

CELSIUS: Wärme für Kölner Schulen und Bäder

Wie werden die großen Metropolen lebenswerter, ökologischer und zugleich wirtschaftlicher?
Im Rahmen ihrer SmartCity-Initiative hat die EU-Kommission den Städten Göteborg, London, Rotterdam, Genua und Köln unter dem Namen CELSIUS ein Projekt bewilligt, das im großen Maßstab die Entwicklung und Anwendung regenerativer Technik zur Wärme- und Kälteversorgung fördert.
In einem gemeinsamen Teilprojekt mit der RheinEnergie AG und der Technische Hochschule Köln entwickeln die StEB Köln eine klimaschonende Nahwärmeversorgung für Schulen und Bäder auf der Basis von Abwasserwärmenutzung.
Aktuell werden sechs Kölner Schulen und zwei Schulkantinen mit Wärme versorgt. Die Anwendbarkeit auf andere Gebäudekomplexe, zum Beispiel Wohn- und Bürogebäude, wird bereits geprüft.

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Überflutungsschutz und Hochwasservorsorge

VISDOM: Scenario based Flood Management Solutions

Wie können Überflutungsszenarien möglichst schnell berechnet und visualisiert werden?

Mit VRVis (Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung Forschungs-GmbH in Wien), dem Institut für Computergrafik der TU Wien, der wissenschaftlichen Visualisierung-Gruppe an der ETH Zürich sowie der Österreichischen Forschungsfördergesellschaft (FFG) entwickeln die StEB Köln eine Software für vorbeugendes Handeln und effektive Gefahrenabwehr bei Hochwasser und Starkregen . Die derzeitigen Berechnungen für realistische Überflutungsszenarien sind sowohl finanziell als auch zeitlich sehr aufwendig.
Die anwenderfreundliche Software spart aber nicht nur Zeit und Kosten. Eine 3D-Visualisierung führt den Kölner Bürgern die Folgen von Starkregen und Überflutungen vor Augen, um die Akzeptanz für Sanierungsmaßnahmen zu erhöhen.

Grundwasservorhersage bei Hochwasser

Lässt sich der Grundwasseranstieg bei Hochwasser voraussagen?

In einem gemeinsamen Projekt mit der RheinEnergie AG, der Kölner Verkehrsbetriebe AG, dem Erftverband und der Stadt Köln haben es sich die StEB Köln zum Ziel gemacht, Grundwasser- und Überflutungsmodelle für den operativen Einsatz im Hochwasserfall miteinander zu verbinden. Nach Fertigstellung des Projektes wird es möglich sein, Aussagen und Warnungen über die Grundwasserentwicklung bei einem Hochwasserereignis zu treffen.
Das Projekt wird vom Umweltministerium NRW unterstützt.

Smart Data Katastrophenmanagement

Was kann die Datenanalyse zum Katastrophenschutz beitragen?
Mit der geomer GmbH, der Software AG, dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) haben die StEB Köln eine Informationsplattform entwickelt, auf der Daten unterschiedlicher Art, Größe und Herkunft eingespielt, analysiert und visualisiert werden können, um ein effizientes und effektives Katastrophenmanagement zu ermöglichen.
Somit ist eine interaktive Lagekarte entstanden. Derzeit arbeitet die Hochwasserschutzzentrale der StEB Köln unter anderem mit einem Entscheidungs- und Unterstützungssystem (EUS), welches 2006 von der geomer GmbH entwickelt wurde. Es dient dazu, schnell und umfassend zu beurteilen, wie die Bevölkerung und hochwassersensible Objekte bei unterschiedlichen Pegelständen dem Hochwasser ausgesetzt sind.

Das aktuelle Projekt und seine Komponenten sollen dieses System erweitern, damit die Arbeit von Einsatz- und Krisenstaben noch besser wird.

Weitere Informationen erhalten Sie unter www.sd-kama.de .

MURIEL: Multifunktionale Retentionsflächen

Wie können Stadtentwicklung und Überflutungsvorsorge kombiniert werden? In einem interdisziplinären Team aus Stadt-, Grünflächen- und Straßenplanern in Köln sowie den StEB Köln werden wurden konkrete Handlungsempfehlungen für zukünftige Änderungen im öffentlichen Raum erarbeitet.
Die gezielte Gestaltung und Nutzung urbaner Freiflächen als temporärer Rückhalteraum stellt dabei einen möglichen Baustein der kommunalen Überflutungsvorsorge dar.

Dabei entstand eine Arbeitshilfe, die zusammenfast, wie solche sogenannten multifunktionalen urbanen Rückhalteräume realisiert werden können und was bei der Konzeption und Gestaltung zu beachten gilt. Das Projekt wurde von der Deutschen Umweltstiftung (DBU) gefördert.

Kommunale Überflutungsvorsorge

Wie schützen wir uns vor Überflutungen durch Starkregen ? Um diese Frage zu beantworten, haben die StEB Köln mit dem Deutschen Institut für Urbanistik (difu) und der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall Deutschen (DWA) das Forschungsvorhaben »Kommunale Überflutungsvorsorge: Planer im Dialog« ins Leben gerufen.
Angelehnt an die Planspiel-Methode, bearbeiten Vertreterinnen und Vertreter aus den Kölner Fachämtern und 15 weiteren ausgewählten Städten konkrete Aufgabenstellungen in eintägigen Werkstätten. Neben der grundlegenden Sensibilisierung für das Thema stehen der praxisorientierte Austausch zwischen den Fachressorts sowie ein modellhaftes Entwickeln von Herangehensweisen auf dem Plan der Werkstätten.

Weitere Informationen und Projektergebnisse erhalten Sie auf der entsprechenden Website des Deutschen Institutes für Urbanistik .

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Infrastruktur

Leistungsfähige Infrastruktur generationengerecht finanziert

Wie schaffen wir einen nachhaltigen Finanzplan für die Domstadt? Um die finanzielle Handlungsfähigkeit der Stadt Köln auch zukünftig zu sichern haben sich die StEB mit der Stadt Köln, dem Stadtwerkekonzern, dem Deutschen Institut für Urbanistik (difu) sowie dem finanzwissenschaftlichen Forschungsinstitut an der Universität zu Köln (FiFo Köln) zusammengetan. Die Koordination obliegt der Stadtkämmerei.
Das gemeinsame Projekt leitet aus zukünftigen Entwicklungstrends wie Klimaanpassungen und demografischem Wandel Handlungsempfehlungen ab. Das Vorhaben ist inhaltlich und methodisch so angelegt, dass nicht nur Köln, sondern auch andere Kommunen von den Erkenntnissen profitieren.

VertiKKA: Vertikale KlimaKlärAnlage

In Deutschland leben bereits mehr als 74 % der Bevölkerung in Städten bzw. Ballungszentren. Eine weitere Zunahme dieses Anteils ist unbestritten. Aus der hohen Siedlungsdichte ergeben sich spezifische Anforderungen an Infrastruktur und Organisation, die angesichts des bisherigen urbanen Wachstums schon heute teils kaum noch erfüllt werden können. Zusätzliche Herausforderungen stellen sich durch den Klimawandel (veränderte saisonale Niederschlagsmuster, Starkregen, städtische Überwärmung, die Verschlechterung der Luftqualität, Lärmbelastung, Biodiversitätsverlust, Flächennutzungskonkurrenz und durch steigende Ansprüche an die Ressourcen- und Ökoeffizienz.
40 % der energiebedingten Emissionen entfallen auf Wärme im Gebäudebereich.

Ausgehend von dieser Grundsituation fokussiert VertiKKA die Erforschung einer neuen Technologie und prototypische Umsetzung zur lokalen Nutzung von Abwasser (Regenwasser, Brauchwasser) bei gleichzeitiger Verbesserung des lokalen Klimas und der Wärmedämmung sowie Kühlleistung von Gebäuden.
Ziel ist die Entwicklung von wartungsarmen, selbstregelnden Grünmodulen zum Einsatz an Fassaden. Damit verbunden sind eine Vielzahl von Nutzeffekten für Ressourceneffizienz und Wasserwirtschaft im Stadtquartier.

Die Verbundpartner des Projektes sind Björnsen Beratende Ingenieure GmbH (Verbundkoordinator), IZES gGmbH - Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme, ifak - Institut für Automation und Kommunikation e.V , PI Photovoltaik-Institut Berlin AG (PI Berlin), Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR (StEB Köln), Stadt Köln – Dezernat für Soziales Integration und Umwelt, Bauhaus Universität Weimar (BUW); Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is), Institut für Mathematik/Bauphysik (IMP), TU Kaiserslautern – Fg. Sozialwissenschaften (TUK) und die TU Darmstadt – Fachgebiet Entwerfen und Freiraumplanung (TUB).

City Insights: Die Stadt von morgen

Wie sieht die Metropole der Zukunft aus? Unter Federführung der Stadt Köln haben Fraunhofer IAO, Esri Deutschland, Professor Schaller UmweltConsult (PSU) und die StEB ein Netzwerk gegründet.
Hier werden die Partner aus der Industrie und die Repräsentanten der Stadt gemeinsam über zukunftsträchtige Technologien und Konzepte für nachhaltige urbane Systeme nachdenken.

Die Kernfrage lautet: Welche technischen, organisatorischen und politischen Konzepte, Ansätze und Instrumente können die vielversprechendsten Städte von heute und morgen nutzen, um den Herausforderungen von steigendem Mobilitätsbedarf, schwindenden Ressourcen, Klimawandel und Bevölkerungswachstum zu begegnen. Darüber hinaus geht es darum, Nachhaltigkeitsdefizite an globalen state-of-the-art Lösungen zu erkennen und in Systeminnovationen zu überführen.
Die StEB Köln haben im Rahmen des Projektgebietes Mülheimer Hafen Informationen zu Starkregen- und Hochwasserüberflutungskarten bereitgestellt und die Partner unterstützt.Laufzeit des Projektes war von 2014 bis 2016.

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Abwasserreinigung

AdOx Köln - Umrüstung der Kölner BIOFOR-Flockungsfilter auf Spurenstoffelimination

Wie lässt sich Abwasser noch besser reinigen?
Mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen (ISA) und der Hydro-Ingenieure Planungsgesellschaft für Siedlungswasserwirtschaft mbH arbeiten die StEB Köln an einem Forschungsprojekt, um mittels Ozonung und Aktivkohlefiltration Reste nachweisbarer Schadstoffe aus dem bereits biologisch gereinigten Abwasser zu entfernen.
Dies sind hauptsächlich organische Stoffe aus Chemie, Medizin, aber auch Haushaltschemikalien, die in der aquatischen Umwelt zu unerwünschten Wirkungen führen können.

2014 wurde bereits eine halbtechnische Anlage mit granulierter Aktivkohle im Klärwerk Köln-Rodenkirchen in Betrieb genommen und seit 2016 auch im Großklärwerk Köln-Stammheim eingesetzt.
Nach Durchführung des großtechnischen Umbaus der Filteranlage in 2016/2017 und einer anschließenden Versuchsphase wird das Projekt Ende 2018 abgeschlossen sein. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, unter Nutzung der vorhandenen Filteranlagen der bisherigen 3. Reinigungsstufe die ökologisch und ökonomisch sinnvollste Variante zur Spurenstoffelimination (Umrüstung zur 4. Reinigungsstufe) zu finden.

Laufzeit des Projektes:
Phase I: Voruntersuchung und Planung der Versuchsanlage (05/2012 – 12/2016),
Phase II: Bau und Betrieb der großtechnischen Versuchsanlage (11/2015 – 12/2018).

Nasses Einspülen granulierter Aktivkohle ins Filterbecken

Vergärung von Fettabfällen als regenerative Energiequelle

Das Projekt „Co-Fermentation“ stellt eine von mehreren Maßnahmen dar, die dazu beitragen sollen, den Grad der Eigenenergieerzeugung auf den Klärwerken zu steigern. Die Energieerzeugung basiert hierbei auf der gleichen Grundlage wie bei Biovergärungsanlagen.
Bis zu 15.000 Tonnen pro Jahr an energiereichen, biologisch abbaubaren Abfällen (z.B. Fette), auch „Co-Substrate“ genannt, werden in den Faultürmen des Großklärwerks Köln-Stammheim zusammen mit dem Klärschlamm vergoren und das entstehende Faulgas (Methangas) anschließend in einem angegliederten Blockheizkraftwerk zur Gewinnung von Strom und Wärme herangezogen.
Die daraus gewonnene ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Energie soll dazu beitragen, den Eigenbedarf der StEB Köln für den Betrieb ihrer Anlagen teilweise zu decken und steht im Einklang mit der nachhaltigen und ortsnahen Nutzung der Ressource Abfall. Zudem werden Kohlendioxid-Emissionen reduziert, indem lange LKW-Fahrten vermieden werden und die Fettabfälle einer ortsnahen Verwertung zugeführt werden.

Laufzeit des Projektes:
Versuchsbetrieb 1: Betrieb der Anlage und technische Optimierung (12/2015 – 11/2017),
Versuchsbetrieb 2: Betrieb der Anlage und Untersuchung Rückbelastung (12/2017 – 12/2018).

Der Dauerbetrieb der Co-Fermentation im Großklärwerk Köln-Stammheim wird angestrebt ab dem Jahr 2019.

Rechengutzerkleinerung auf dem Großklärwerk Köln-Stammheim

Im Großklärwerk Köln-Stammheim fallen jährlich circa 3.500 Tonnen an sogenanntem Rechengut an, welches dem ankommenden Abwasser entnommen wird und kostenpflichtig entsorgt werden muss.
Vor dem Hintergrund steigender Kosten sollte eine kostengünstigere Alternative erprobt werden, bei der das Rechengut zunächst zerkleinert wird, um es dann mit dem Überschussschlamm zu faulen und als Klärschlamm thermisch zu verwerten.

Die bisherigen Projektergebnisse zeigen, dass der notwendige Aufbereitungsgrad erreicht und das zerkleinerte Rechengut problemlos über die vorhandenen Förderanlagen der Faulung zugeführt werden kann. Bei regulär anfallenden Rechengutmengen gab es keine Beeinträchtigungen des Anlagenbetriebes.
Lediglich bei größeren Spülstößen erreichte die Anlage ihre Kapazitätsgrenzen und es traten bislang noch ungeklärte Verstopfungen auf. Die Integration der Anlage in die Prozessleittechnik und die Steuerung in der Leitwarte verliefen problemlos.

Im Rahmen des Projektes soll das Verfahren weiter optimiert werden. Eine An- und Abfahrprozedur wurde bereits programmiert, um die Anlage in einem gereinigten Zustand fahren zu können. Die genaue Beobachtung der Zerkleinerungsvorgänge und das Erkennen von Spitzenbelastungen für ein rechtzeitiges Umschalten auf andere, störungsfreie, Förderwege sollen Lösungen bei der Reduzierung der Verstopfungen herbeiführen. Die Ermittlung der Auswirkungen des Rechengutes auf die Entwässerbarkeit des Faulschlamms, die Zugabe des zerkleinerten Rechengutes zur Faulung und letztendlich die Auswirkungen auf die Gasausbeute sind noch anstehende Fragestellungen der kommenden Projektschritte.