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Künstliche Intelligenz Mit KI zu mehr Grundwasserschutz

Autor / Redakteur: Monika Landgraf* / Sebastian Human

Durch landwirtschaftliche Prozesse kann unser Grundwasser verunreinigt werden und für Mensch und Tier eine Gefahr darstellen. Hier will ein Karlsruher Forscherverband ansetzen und durch künstliche Intelligenz Abhilfe schaffen.

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Falsche Düngung kann zu Verunreinigung des Grundwassers führen.
Falsche Düngung kann zu Verunreinigung des Grundwassers führen.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

In den letzten Jahren rücken die Konsequenzen der hohen Nitratkonzentration im Grundwasser zunehmend ins Bewusstsein der Öffentlichkeit. Grund dafür sind die nicht pflanzenbedarfsgerechten Düngungen in der Landwirtschaft. Die Stickstoffe, die die Pflanzen nicht mehr aufnehmen können, sickern in den Boden und somit in Form von Nitrat ins Grundwasser.
Etwa 70 Prozent des deutschen Trinkwassers wird aus diesem Grundwasser gewonnen. Weil dessen hoher Nitratgehalt zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen kann, müssen Versorgungsunternehmen aufwändige Maßnahmen zur Nitratminderung ergreifen. Viele Orte in Deutschland sind betroffen.

Künstliche Intelligenz soll Abhilfe schaffen

Das Verbundprojekt Nitrat-Monitoring 4.0 – Intelligente Systeme zur nachhaltigen Reduzierung von Nitrat im Grundwasser (kurz NiMo 4.0) befasst sich mit diesem Problem. Auf maschinellem Lernen basierend entwickeln Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen ein intelligentes System, um mit wenigen Messstellen die räumliche und zeitliche Verteilung des Nitrats im Grundwasser besser verstehen und vorhersagen zu können. Das Ziel ist eine intelligente Entscheidungsunterstützung, um optimale Standorte für zusätzliche Messungen zu finden und Programme zum Grundwasserschutz zielgerichtet zu gestalten.

Die Zusammenarbeit im Verbundprojekt

Für dieses BMU-Verbundprojekt bündelt ein interdisziplinäres Konsortium mit Partnern aus der Grundlagen- und der anwendungsorientierten Forschung, aus Technologietransfer und Wirtschaft seine Kompetenzen: die Disy Informationssysteme GmbH (Projektleitung), eine Ausgründung des FZI Forschungszentrum Informatik und der Universität Karlsruhe, dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Abteilung Hydrogeologie des Instituts für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT, das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB mit seinen Standorten Karlsruhe und Ilmenau und das DVGW-Technologiezentrum Wasser (TZW) mit seinen Standorten Karlsruhe und Dresden.

Die erarbeiteten Lösungsansätze werden im Anschluss prototypisch implementiert und demonstriert.

Hierzu eignen sich besonders diese zwei wasserwirtschaftlich bedeutenden Regionen: die Einzugsgebiete des Zweckverbands Landeswasserversorgung in Baden-Württemberg und der Wasser- und Abwasser-Zweckverband Niedergrafschaft in Niedersachsen.

Förderung durch BMU

Im Rahmen der Initiative KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) wird NiMo 4.0 als eines von bundesweit 28 Projekten mit insgesamt 2,478 Millionen Euro gefördert.

„Das BMU hat sich für die Förderung dieses Projektes entschieden, weil die Nitratproblematik für das Grundwasser in Deutschland eine ökologische Herausforderung darstellt“, erläutert die Parlamentarische Staatssekretärin Rita Schwarzelühr-Sutter (BMU) die Bewilligung bei der Übergabe des Zuwendungsbescheids an die Verbundpartner. „Der Einsatz intelligenter Software kann dabei helfen, ökologische und ökonomische Interessen der Gesellschaft, der Wasserversorgungsunternehmen sowie der Landwirtschaft miteinander zu vereinbaren. Dadurch sollen wegweisende Beispiele für intelligente Umwelttechnologien entstehen, die später eine große Breitenwirkung entfalten können.“

* Monika Landgraf arbeitet im Bereich Strategische Entwicklung und Kommunikation - Gesamtkommunikation am Karlsruher Institut für Technologie.

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