Umweltwirtschaft NRW
Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Nordrhein-Westfalen ist das Land der innovativen Pumpentechnologie

Wasserwirtschaft

Wasser ist eine essenzielle Ressource für das Leben auf der Erde und für die Erhaltung biologischer und ökologischer Systeme ebenso obligat wie für die menschliche Zivilisation. Dementsprechend ist es eine grundlegende und fortwährende Aufgabe, Wasser stets verfügbar zu halten.

Diese mündet in der Bundesrepublik Deutschland in die Daseinsvorsorge der öffentlichen Hand für die Gewässerbewirtschaftung, die Wasserversorgung und die Abwasserentsorgung. Die deutsche Wasserwirtschaft und ihre Leistungsfähigkeit sind dabei in über zwei Jahrhunderten mit den Siedlungs- und Wirtschaftsstrukturen gewachsen. Dies gilt ganz besonders für Nordrhein-Westfalen: Die hier eingesetzten Verfahren, Prozesse und Technologien sowie die professionellen Kompetenzen haben sich im internationalen Vergleich stets auf Spitzenniveau bewegt.

Traditionell war das Wertschöpfungssystem der Wasserwirtschaft überall vorherrschend regional ausgerichtet. Im Zuge von Industrialisierung, Bevölkerungswachstum, Ernährungsengpässen und Agglomerationsprozessen wurden die natürlichen Wasserressourcen weltweit immer stärker genutzt; die anthropogenen Belastungen haben deutlich zugenommen. Verstärkt durch die geostrategische Bedeutung des Wassers und die Folgen des Klimawandels hat mittlerweile eine Internationalisierung der Wasserwirtschaft eingesetzt: Der Weg zu einer Bewirtschaftung des Wassers in einem globalisierten Wertschöpfungssystem ist vorgezeichnet.

Erwerbstätige und Umsätze der Wasserwirtschaft in NRW

Der Teilmarkt Wasserwirtschaft teilt sich in drei Marktsegmente auf. Das Segment Wasser- und Abwasserinfrastruktur bezieht sich auf die Netzinfrastruktur für Wasser und Abwasser, also zum einen auf die Herstellung von Wasserrohrleitungen und Kanalisationssystemen sowie auf den Tiefbau; zum anderen zählen Dienstleistungen und Wirtschaftsgüter zu diesem Segment, die für die Wasserverteilung und den Kanalisationsbetrieb benötigt werden, einschließlich Herstellung und Installation. Wesentliche Produkte und Komponenten sind hier Pumpen, Ventile und Armaturen.

Das Marktsegment Wassergewinnung, -aufbereitung und Abwasserbehandlung umfasst die Wasserversorgung einschließlich Wassergewinnung und -aufbereitung sowie die Abwasserbehandlung und -entsorgung. Dazu gehören die Dienstleistungen der kommunalen Wasserwerke und Klärwerke samt Verfahrens- und Prozesstechnik. Das Segment wird ergänzt durch die Herstellung von Produkten, die für die kommunale und industrielle Wassergewinnung, -aufbereitung und Abwasserbehandlung notwendig sind. Aktuelle Herausforderungen wie die die Schadstoff- und Spurenstoffelimination könnten perspektivisch einen Technologieschub und erweiterte Absatzmöglichkeiten bewirken.

Der Teilmarkt der Wasserwirtschaft wird komplettiert durch die Produkte und Dienstleistungen im Segment Monitoring und Analyseverfahren, Wasser- und Abwassermanagement. Bei den Wasserverbänden in NRW liegt großes Know-how, das auch national und international genutzt werden könnte. Zum Einsatz kommen dabei elektrische und nicht-elektrische Mess- und Kontrollinstrumente sowie Apparate, Instrumente und Geräte für die physikalischen und chemischen Untersuchungen, für die Überwachung und Steuerung der Netze, für Verbrauchs- und Durchlussmessung, Leckageortung und Druckmanagement.

Wertschöpfungssystem
Wertschöpfungssystem des Teilmarkts Wasserwirtschaft
Innovationen
Eine Wortwolke mit aktuellen Begriffen aus Wasserwirtschaft, im Mittelpunkt stehen Strommanagement, Phosphorrückgewinnung, intelligente Wasserzähler

Die Wasserver- und -entsorgung ist äußerst ressourcenintensiv und steht schon deshalb ständig im Fokus von Innovationsanstrengungen. In Nordrhein-Westfalen setzt die Wasserwirtschaft ihre infrastrukturelle Daseinsvorsorge in einer historisch gewachsenen Systemarchitektur um. Diese gewährleistet hohe Standards in der Ver- und Entsorgung, erfordert aber zugleich kontinuierliche Produkt- und Verfahrensinnovationen mit zum Teil hohen Planungs- und Entwicklungsaufwand, um ihre Aufgaben auch zukünftig sicher zu bewältigen.

Denn die Wasserwirtschaft steht gewaltigen Veränderungen gegenüber: So zieht es die Menschen im Zuge der Urbanisierung mehr und mehr in die städtischen Ballungszentren, während der ländliche Raum bereits teilweise unter Abwanderung zu leiden hat. Der Klimawandel führt vermehrt zu extremen Wetterereignissen wie Starkregen oder auch Dürreperioden, für die von der Wasserwirtschaft Lösungen erwartet werden. Schließlich ist ein zunehmender Anteil von kritischen Substanzen im Grundwasser und den Gewässern zu beobachten, beispielsweise Nitrate oder andere Mikroschadstoffe aus Arzneimitteln, Kosmetika, landwirtschaftlichen oder industriell genutzten Chemikalien. All dies befördert einen Veränderungsdruck für die nordrhein-westfälische Wasserwirtschaft und ist zugleich und in noch größerem Maße von weltweiter Bedeutung für die Branche.

Der Teilmarkt liefert seine Technologie gleichermaßen in die lokalen Absatzmärkte wie auch in die ganze Welt. Dementsprechend bestimmen die Nachfrager die Themen für die Innovationen im Teilmarkt. Wie die Wordcloud zeigt, nehmen Abwasserbehandlungsverfahren dabei eineprominente Rolle ein, etwa die 4. Reinigungsstufe, die Ozonierung, der Einsatz von Aktivkohle oder die Membrantechnik. Moderne Technologien, wie die Nanotechnologie oder Ultrafiltrationen, oder neuartige Ansätze, etwa zur Phosphorrückgewinnung, sind ebenfalls von großer Bedeutung. Andere der abgebildeten Innovationsthemen
zeugen von teilmarktübergreifendem Potenzial für die Umweltwirtschaft, beispielsweise die energieeffiziente
Abwasserbehandlung und diverse Filtermedien aus innovativen Materialien.

Die Grafik zeigt Innovationsschwerpunkte der Wasserwirtschaft
Die Legende zur Grafik Innnovationsschwerpunkte

Wasser- und Abwasserinfrastruktur

Entlang des gesamten Wasserkreislaufs wird nach Lösungen gesucht, neue funktionale Herausforderungen zu meistern und zugleich die Ressourcen- und Energieeffizienz zu erhöhen. Im Bereich der Wasser- und Abwasserinfrastruktur sind das verarbeitende Gewerbe, das Baugewerbe und das Handwerk dafür gerüstet, die vorhandene, konventionelle Infrastruktur durch eine neuen Typs zu ersetzen. Ein Schwerpunkt dafür ist die (Weiter-)Entwicklung innovativer Materialien und Werkstoffe, konkret Beton, Metall/Stahl und Kunststoff. Neue Verfahren (grabenloser Bau) und Dimensionierungen gewährleisten, dass die Erneuerung der Ver- und Entsorgungsnetze in Nordrhein-Westfalen den multiplen Anforderungen der Urbanisierung
und des demografischen Wandels in Städten und ländlichen Räumen gerecht wird. In diesem Kontext
fokussiert man verstärkt alternative Ansätze wie die Regenwasserbewirtschaftung und Trennsysteme.

Der zweite Schwerpunkt sind Systemkomponenten wie Pumpen, Armaturen und Ventile. Diese werden in Nordrhein-Westfalen kontinuierlich weiterentwickelt und auf neuestem technologischen Niveau angeboten.

Dazu bedarf es erstens funktionaler Innovationen, auch infolge des Klimawandels. So müssen Pumpen mit ihren Motoren, Laufrädern und Trennsystemen flexibel auf unterschiedliche Anforderungen, z. B. auf einen erhöhten Anteil von Schwemmbestandteilen im Wasser nach Starkregenereignissen ebenso wie auf dürrebedingte niedrige Wasserstände, ausgerichtet werden. Zweitens steht die Verringerung der bei konventionellen Technologien noch hohen Energieverbräuche und damit die Energieeffizienz von innovativen Pumpen und Armaturen samt Antrieben im Fokus der Entwicklungen.

Wassergewinnung, -aufbereitung und Abwasserbehandlung

Treiber von Innovationen ist in diesem Marktsegment der Anspruch, Rohwasser und Abwasser möglichst gut und effizient zu reinigen. Traditionelle Komponenten wie Rührwerke, Gebläse, Schrägklärer, Sandfilter, Flockung etc. werden kontinuierlich weiterentwickelt. Herausragend ist das Innovationsgeschehen jedoch im Zusammenhang mit der 4. Reinigungsstufe und Wasserbehandlungstechnologien einer neuen Generation. So werden in Nordrhein-Westfalen umfängliche und sehr spezifische Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen unternommen, um verschiedene Verfahren zur Beseitigung von Medikamentenrückständen und Pflanzenschutzmitteln, von Kosmetika, Imprägniermitteln, Mikroplastik, Motorenölen, Reifenabrieb etc. zur Marktreife zu bringen. Granulierte Aktivkohle (GAK), Ozonierung, Ultra-, Mikro- und Nanofiltration, Biofilmverfahren, Membrane und Umkehrosmose sind hier elementare, für den Weltmarkt überaus relevante Innovationen für eine neue Qualitätsstufe der siedlungswasserwirtschaftlichen wie industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung. Charakteristisch ist zudem, dass Innovationen, die der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung dienen, nicht nur von kommunalen Akteuren nachgefragt und vorangetrieben werden, sondern auch von Industrieunternehmen, die selbst hohe Wasserverbräuche haben, z. B. in der Chemie- und Nahrungsmittelbranche.

Ein Thema von besonderer Aktualität ist die Phosphor-Rückgewinnung, bei der sich Nordrhein-Westfalen hohe Ziele gesetzt hat. Der wertvolle und endliche Rohstoff, der hierzulande zumeist importiert werden muss, wird als Rückstand der Abwasserbehandlung bisher überwiegend thermisch behandelt und mit der Klärschlammasche deponiert (siehe auch oben, S. 36f., den Abschnitt Ressourcenwirtschaft). Neue Verfahren ermöglichen es, den Phosphor aus dem Klärschlamm zu extrahieren und einer neuen Nutzung zuzuführen. Auch generell bleibt die Klärschlammbehandlung bzw. die Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen (u. a. Stickstoff, Kalium, Natrium) eines der zentralen Innovationsthemen für die Wasserwirtschaft. Ein weiteres lautet auch hier Energieeffizienz, denn Kläranlagen zählen in den Kommunen zu den größten Energieverbrauchern, deren Energiebedarf mit der 4. Reinigungsstufe und anderen innovativen Wasserbehandlungsverfahren weiter ansteigt.

Monitoring und Analyseverfahren, Wasser- und Abwassermanagement

In diesem, dem auch bezogen auf die Erwerbstätigkeit kleinsten Marktsegment der Wasserwirtschaft werden die thematisierten Innovationen integriert und steuerbar gemacht. Die von der Wasserwirtschaft anvisierte neue ressourceneffiziente System- und Wertschöpfungsarchitektur lässt sich nur realisieren, wenn alle Komponenten flexibel und bedarfsbezogen ausgelegt und steuerbar sind. Dies kann durch eine Digitalisierung der Wasserwirtschaft, deren Anlagen dann automatisiert gewartet und zentral gesteuert werden können, stark unterstützt werden. In diesem Zusammenhang werden die Sicherheitsrisiken der digitalen Vernetzung zunehmend beachtet. Ein zentraler Ansatzpunkt dazu ist der Bereich Mikrosystemsteuerung. Mit der Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik eng verbunden ist auch die Entwicklung im Bereich der Sensorik. So ist die präzise Durchflussmessung in Echtzeit z. B. eine notwendige Bedingung, um innovative Pumpen und Armaturen passgenau und energieeffizient steuern zu können, etwa bei zügigem Regenwasserabfluss oder wenn bestimmte Grenzwerte einzuhalten sind. Abwasserentsorger gehen davon aus, dass bis 2025 jedes Aggregat und jeder Leitungsabschnitt im System ferngesteuert wird. Smart Metering bzw. intelligente Wasserzähler sind weitere Innovationsbeispiele im Bereich der Digitalisierung, die den Kunden fokussieren und zugleich neue Geschäftsmodelle eröffnen. Auch für die traditionsgeprägte Wasserwirtschaft steht fest: Sie wird sich dem Thema „Wasser 4.0“ verstärkt zuwenden. Water Reuse, ZLD (Zero Liquid Discharge) und semizentrale Infrastrukturen sind Schlagworte für globale Herausforderungen; zugleich bezeichnen sie aber auch internationale Marktchancen, die nordrhein-westfälische Unternehmen bereits in ihren Innovationskonzepten mitdenken.

Internationalisierung
Die wichtigsten internationalen Absatzmärkte der NRW Wasserwirtschaft

Insgesamt liegen auch in der Wasserwirtschaft die USA mit einer globalen Importnachfrage von 5 Mrd. Euro deutlich vorne, gefolgt von China (3 Mrd. Euro) und Frankreich, Kanada und Mexiko (je 2 Mrd. Euro) (Abbildung oben). Am dynamischsten entwickelt sich die globale Importnachfrage in Chile (+16,7 % p. a.), gefolgt von Indien, Litauen, Neuseeland und Mexiko. Auch in den USA wächst die Importnachfrage mit 11,5 % p. a. ausgesprochen dynamisch.

Die Exportstärke Nordrhein-Westfalens im Teilmarkt konzentriert sich vor allem auf Österreich und die Türkei mit einem Exportvolumen von 38 bzw. 30 Mio. Euro. Wichtige weitere Absatzmärkte sind die USA, China und die Niederlande.

Größe und Entwicklung der Absatzmärkte im Teilmarkt Wasserwirtschaft
Die Grafik das globale Importvolumen sowie das NRW-Exportvolumen für ausgewählte Märkte der Wasserwirschaft

Nordrhein-Westfalen auf internationalen Märkten der Wasserwirtschaft präsent

In Kombination der Kriterien globales Importvolumen und Dynamik zeigt sich eine besondere Relevanz der USA, Chinas, Frankreichs, der Niederlande und Indiens. Ebenfalls auffallend ist die, im Vergleich zu den anderen Teilmärkten, insbesondere im europäischen Raum breite und relativ gleichmäßige Abdeckung der Absatzmärkte durch Exporte aus Nordrhein-Westfalen. Nur wenige Länder, in denen hiesige Unternehmen geringe Marktanteile halten, ragen mit großen globalen Importvolumen und Wachstumsraten hervor. Zu nennen sind Kanada, Mexiko und Chile.

Für eine detailliertere Analyse werden fünf internationale Absatzmärkte ausgewählt (untere Abbildung), die für Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen besonders relevant erscheinen. Die USA und China weisen sowohl aus globaler Perspektive als auch als Absatzmärkte für Güter aus Nordrhein-Westfalen ein sehr großes Volumen sowie eine hohe Wachstumsdynamik aus. Österreich und die Türkei sind zwar im weltweiten Vergleich klein, stellen für Nordrhein-Westfalen jedoch die beiden größten Absatzmärkte im Bereich Wasserwirtschaft dar. Zudem konnten die Exporte aus Nordrhein-Westfalen in diese Länder kräftig gesteigert werden. Indien gehört wiederum im weltweiten Vergleich zu den dynamischsten Absatzmärkten und ist mittlerweile auch für Nordrhein-Westfalen ein wichtiger und wachsender Absatzmarkt.

Nordrhein-Westfalen setzt auf dynamische Marktsegmente

Insgesamt überwiegt im Umfang der globalen Nachfrage deutlich das Marktsegment Wasser- und Abwasserinfrastruktur, gefolgt vom Marktsegment Wassergewinnung,-aufbereitung und Abwasserbehandlung. Das Marktsegment Monitoring und Analyseverfahren, Wasser- und Abwassermanagement zeigt die geringste Bedeutung. Mit Ausnahme des österreichischen Marktes folgen die
Exporte aus Nordrhein-Westfalen dieser Verteilung jedoch nicht. Nordrhein-Westfalen exportiert relativ gesehen deutlich mehr im Marksegment Wassergewinnung, -aufbereitung und Abwasserbehandlung. Im Hinblick auf die Entwicklung der Nachfrage zeigt sich jedoch, dass Nordrhein-Westfalen damit auf das dynamischste Segment setzt: Im globalen Durchschnitt wächst die Nachfrage hier deutlich kräftiger (+7,7 % p. a.) als im Marktsegment Wasser- und Abwasserinfrastruktur (+6,8 % p. a.).

Im Marktsegment Wasser- und Abwasserinfrastruktur entwickeln sich die Exporte aus Nordrhein-Westfalen
stark rückläufig. Dennoch bestehen in den betrachteten Ländern aufgrund der hohen internationalen Nachfrage deutliche Marktchancen. Überraschend ist, dass die Zunahme der Exporte aus Nordrhein-Westfalen im Markt-segment Monitoring und Analyseverfahren, Wasser- und Abwassermanagement über dem globalen Importwachstum des Teilmarktes liegt. Es entsteht der Eindruck, dass sich der Exporthandel von Nordrhein-Westfalen in der Wasserwirtschaft auf der Basis von Kompetenzen im Innovationsthema Wasser 4.0 neu ausrichtet.

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