Wunderbares Wasser

„Hallo“, begrüßt Wia den Besucher, „willkommen im Reich der Tiefe.“

Wia, eine junge Frau, schwanger, in freudiger Erwartung des Kommenden, sensibel. Ihrem Tagebuch vertraut sie ihre Gedanken an – Gedanken, die mit dem werdenden Leben in ihrem Bauch mitwachsen. In welche Welt wird mein Kind geboren? Welche Umwelt hinterlassen wir der nächsten Generation? Ihre Gedanken fließen, wie das Wasser eines Flusses ... und bleiben immer wieder an diesem Thema hängen. Das Ungeborene lebt neun Monate im Wasser, ohne Wasser kein Leben, unsere Verantwortung für sauberes Wasser ...

Klingt ein bisschen wie der Auftakt zu einem Märchen, einem Wassermärchen, das Wia für ihr Kind schreibt – und genau das bietet der deutsche Pavillon auf der diesjährigen Weltausstellung im spanischen Zaragoza. Denn sein Herzstück bildet eine rund 120 Meter lange Floßfahrt, die den Kreislauf des Wassers nachzeichnet – vom Regen, der versickert und ins Grundwasser gelangt, bis zu unserem alltäglichen Wassergebrauch. Ein befahrbares Wassermärchen.
Wia, die junge Frau, begleitet den Besucher virtuell und erläutert ihm die einzelnen Stationen und Szenarien. Die Fahrt beginnt in den unterirdischen Höhlen und Felsspalten des Grundwassers und führt durch ein Labyrinth von Versorgungsleitungen in einem futuristisch eingerichteten Privathaushalt. Natürliche Filtersysteme werden beschrieben, die Entnahme von Wasserproben veranschaulicht und Verfahren zur Reinigung von Abwasser vorgestellt.
Es ist eine Geschichte vom verantwortungsvollen Umgang mit einem kostbaren Gut. Kein anderes Lebensmittel wird in Deutschland so geschützt wie unser Wasser. Das Wasser der Seen und Flüsse, aber vor allem das Grundwasser, Deutschlands wichtigste Grundwasserressource. Über 19.000 Trinkwasserschutzgebiete mit einer Gesamtfläche von 38.000 Quadratkilometern schützen seine Qualität. Die Sorge ums Wasser, die sich darin niederschlägt, ist auch das Ergebnis einer Entwicklung, die in den 1970er und 80er Jahren zu einem ganz anderen Bild führte: Viele Gewässer galten als biologisch tot, Pestizide und Nitrate aus der Landwirtschaft setzen dem Grundwasser zu, ungefilterte Abwasser aus den Chemiefabriken verdreckten die Flüsse. Der Rhein erlebte den traurigen Höhepunkt seiner schleichenden Vergiftung mit der Sandoz-Katastrophe vom 1. November 1986: Mit dem Löschwasser zur Bekämpfung eines Brandes bei dem Schweizer Chemie-Riesen gelangten auch 20 Tonnen giftiger Chemikalien in den größten deutschen Strom und führten über mehrere Hundert Kilometer zu einem massiven Fischsterben. Spätestens jetzt setzte das Umdenken ein; heute hat der Rhein teilweise wieder Trinkwasserqualität, und für ein Bad in seinen Fluten muss man sich nicht mehr, wie es ein früherer Umweltminister einst tat, in einen Taucheranzug zwängen.

Zurück zum deutschen Pavillon in Zaragoza: Wia begleitet uns nicht alleine auf der Floßfahrt, auch ihr Mann Wat, ein Wasserbauingenieur, kommt zu Wort. Er repräsentiert das technische Know-how, das zum Schutz des Wassers entwickelt und eingesetzt wird. Deutsche Firmen spielen hier weltweit eine führende Rolle, viele „Hidden Champions“ – mittelständische Unternehmen, die die Öffentlichkeit kaum kennt – entwickeln Abwasser- und Aufbereitungstechnologie auf High-Tech-Niveau: ultrafeine Membranfilter, vielseitig einsetzbare Kleinstkläranlagen, effizientes Ressourcenmanagement. Davon zeugen einige der interessanten Exponate, die der Ausstellungsbereich im deutschen Pavillon präsentiert. Anhand von Modellen und Multimedia-Vorführungen werden u. a. Wasserrecyclinganlagen für Einfamilienhäuser und Verfahren zur Wasserentkeimung ohne chemische Zusätze dargestellt. Und die Trinkwasserversorgung der 3,5-Millionen-Metropole Berlin – allein mit dem eigenen Grundwasser! Das ist in dieser Größenordnung weltweit einzigartig.
Doch die Suche nach innovativen Wegen zur Optimierung der Wasserver- und entsorgung sowie verbesserten Möglichkeiten, die Ressource Wasser zu schützen, geht natürlich weiter – und hier sind nicht nur die Ideen von Wissenschaftlern und Forschern gefragt. So werden z. B. Schülerinnen und Schüler ab Klasse 11 beim diesjährigen Siemens Schülerwettbewerb „Auf H2Ochtouren forschen“ dazu aufgefordert, sich aus der naturwissenschaftlichen, mathematischen und der technischen Perspektive mit der Ressource Wasser auseinanderzusetzen (siehe Informationskasten). Auf Lösungen der jungen Forscherinnen und Forscher sind wir jetzt schon gespannt!

Weniger als verdunstet

Um eines muss man sich in Deutschland kaum Gedanken machen: das Angebot an Wasser. Potenziell beträgt es etwa 188 Milliarden Kubikmeter pro Jahr, genutzt werden davon aber nur etwa 21 Prozent, und davon wiederum nur 15 Prozent für die öffentliche Wasserversorgung. Aus dem Bodensee, immerhin Trinkwasserlieferant für 4,5 Millionen Menschen, verdunstet mehr Wasser, als ihm von den Wasserwerken entnommen wird. Vermutlich wird der Klimawandel den Bauern einige Sorgen bereiten – die Experten rechnen in der Zukunft mit trockeneren Sommern –, doch ist Mitteleuropa noch in einer vergleichsweise komfortablen Lage, in anderen Teilen der Welt ist Wassermangel hingegen ein Riesenproblem.

Warum eigentlich? 1,4 Milliarden Kubikkilometer Wasser gibt es auf der Erde, eine unvorstellbare Menge.  Doch 99,3 Prozent dieses Vorkommens besteht aus salzigem Meerwasser oder ist als Eis an den Polen und in den Gletschern der Gebirge gebunden. Doch auch mit dieser Einschränkung ist genug Trinkwasser vorhanden: 3 bis 5 Liter braucht der Mensch pro Tag, auf die ganze Weltbevölkerung hochgerechnet sind das 10 Kubikkilometer im Jahr – das entspricht gerade einmal einem Zehntausendstel der jährlichen Niederschlagsmenge. Wasser wird jedoch nicht nur zum Trinken benötigt, im Gegenteil: 20 bis 40 Liter pro Tag sind nötig, um hygienische Mindeststandards zu erfüllen, um Kanalisation und Kläranlagen zu betreiben. In Deutschland liegt der Pro-Kopf-Verbrauch im Haushalt bei 126 Litern, wobei allein 30 Liter im Schnitt fürs Duschen und 40 Liter für die Toilettenspülung durchrauschen.
Aber auch der Anspruch, allen Menschen gute sanitäre Bedingungen zu schaffen, überfordert das Wasserangebot der Erde nicht: Etwa 1,5 bis 3 Promille müsste man den Flüssen dafür entnehmen, einen Teil davon erhalten sie gereinigt zurück. Selbst wenn man den Wasserbedarf der Industrie hinzurechnet, sollte auch eine doppelt so große Menschheit nicht auf dem Trockenen sitzen. Doch leider schert sich die Welt nicht um diese globale Betrachtungsweise, sondern schafft lokal andere Verhältnisse. Über zweieinhalb Milliarden Menschen, so schätzt man, haben keinen Zugang zu sauberem Wasser und den notwendigsten sanitären Einrichtungen – obwohl im Prinzip genug Wasser vorhanden wäre. Dass es vielen Menschen trotzdem eklatant an sauberem Wasser und minimalen Hygienestandards mangelt, liegt nicht an Mutter Natur, sondern an der Verteilung – also letztendlich am Geld und am politischen Willen.

3.500 Liter für einen Hamburger
Trinken, sanitäre Einrichtungen, Industrie – hier droht der Erde also nicht der Wasserkollaps. Doch Menschen müssen auch essen, und hier ist die Frage, wie lang die Ressource Wasser reicht, schon schwieriger zu beantworten. Denn die Pflanzen, aus denen Lebensmittel produziert werden, brauchen natürlich Wasser, um zu wachsen. 1.500 Liter Wasser stecken beispielsweise in einem Kilo Weizenmehl. Um den gleichen Nährwert mit Fleisch zu erzielen, ist mindestens viermal so viel Wasser nötig. Diese Zahlen zeigen: Der Löwenanteil des weltweiten Wasserverbrauchs fällt auf die Nahrungsproduktion. Damit alle Menschen ausreichend zu essen haben, sollten 1.300 Kubikmeter Wasser pro Kopf und Jahr zur Verfügung stehen. Auch diese Wassermenge kann die Erde im Prinzip „schultern“, doch an diesem Punkt kommen die unterschiedlichen Lebensstile auf der Welt, kommt die ungleiche Verteilung von Arm und Reich zum Tragen: Der kleine, wohlhabende Teil der Menschheit bestimmt sich seinen Speiseplan und seinen individuellen Wasserbrauch selber, der große Rest isst, was auf den Tisch kommt, und das ist oft zu wenig. Mindestens 3.500 Liter (35 Badewannen!) Wasser stecken z.B. in einem Hamburger. Bereits ein Hamburger pro Tag erfordert also im Jahr mindestens 1,3 Millionen Liter Wasser und damit jene Menge Wasser, die eigentlich jedem Menschen für sein Essen zustehen sollte.

Diese Wasserströme – von den Experten grünes Wasser genannt, da dieses Wasser im Gegensatz zum blauen nicht fließt, sondern durch die Vegetation verdunstet – bilden wohl die Herausforderung für die Zukunft. Immer mehr Wissenschaftler beschäftigen sich deshalb mit dem Thema, wie sich der Wassereinsatz in der Landwirtschaft wesentlich effektiver gestalten lässt, und auch immer mehr Politiker widmen sich der Suche nach Lösungen – leider wächst auch die Zahl der Menschen immer weiter, die eine Lösung brauchen.

SIEMENS-WETTBEWERB
Wer „Auf H2Ochtouren forschen“ will, der ist beim Siemens Schülerwettbewerb 2009 genau richtig! Aus dem Blickwinkel der Mathematik, der Naturwissenschaften und der Technik gilt es, sich mit der Ressource Wasser auseinanderzusetzen: Welche Möglichkeiten der Wasserversorgung gibt es? Was sollte mit Abwässern geschehen? Oder: Wie können wir Hochwasserkatastrophen verhindern? Junge Forscherinnen und Forscher der Klassen 11 bis 13 können eintauchen, kreativ werden, eine Menge lernen und Geldpreise im Gesamtwert von 111.000 Euro gewinnen. Anmeldeschluss ist der 31. Oktober 2008. Die Arbeiten müssen bis zum 15. Januar eingereicht werden. Wie du dabei sein kannst, und was dich erwartet – mehr dazu findest du unter www.siemens.de/generation21/schuelerwettbewerb

Abi-Wissen Chemie
Eigenschaften von Wasser
Wasser ist ein alltäglicher und gleichzeitig sehr merkwürdiger Stoff, denn es besitzt einige in der Natur einzigartige Eigenschaften. Eigentlich ist es einfach aufgebaut: ein Wasserstoffatom, zwei Sauerstoffatome mit einem Winkel von 104,5 Grad zueinander. Das Besondere aber ist, dass das Sauerstoffatom im Gegensatz zu den Wasserstoffatomen sehr groß ist und deren Elektronen weit zu sich „heranzieht“. Die Folge: Von allen natürlichen Substanzen hat Wasser die stärkste Polarität. Wassermoleküle ziehen sich dadurch besonders gut an, und Wasser hat deswegen einen extrem hohen Schmelz- und Siedepunkt: 0 bzw. 100°C. H2S, ein ähnliches Molekül, schmilzt bei -82 °C und siedet bei -61 °C! Würde Wasser sich ähnlich verhalten, hätten wir nur Wasserdampf auf der Erde. Gott sei Dank kommt es in flüssiger Form – übrigens außer auf der Erde auf keinem anderen Planeten im Sonnensystem.
Wasser hat auch die Eigenschaft, zum Erwärmen, Schmelzen und Verdampfen mehr Energie zu benötigen als alle vergleichbaren Substanzen. Das bedeutet, es ist ein hervorragender Energiespeicher – eine wichtige Tatsache für das Leben auf der Erde. Eine weitere Eigenschaft war bei der Entwicklung des Lebens sehr wichtig: Seine größte Dichte hat Wasser bei etwa 4 °C. Das hat u. a. zur Folge, dass ein Teich von oben und nicht von unten zufriert – sehr zur Freude der darin wohnenden Lebewesen.

Heftnummer: 2008/03
Autor: Kilian, Dr. Ulrich