Keil, Florian

German

Hochschulschriftenserver - Universität Frankfurt am Main

Beim Blick auf ihre Nebenkos-tenabrechung werden vieleHaushalte feststellen: Die Entsor-gung von einem Liter Abwasserkostet mehr als die Nutzung dergleichen Menge Trinkwasser. Da-hinter steckt ein komplexes Pro-blem: Industrielle und kommunaleAbwässer enthalten einen buntenCocktail chemischer Substanzen.Ihre Klärung ist ein technisch auf-wändiger und kostenintensiver Pro-zess. Die Erfahrung der vergange-nen Jahrzehnte hat zudem gezeigt,dass fortlaufend neue Chemikalienauf den Markt kommen, die späterals Schadstoffe identiﬁziert werden.Können diese Schadstoffe mit denvorhandenen Techniken nicht ef-fektiv aus den Abwässern entferntwerden, geraten die Kläranlagenbe-treiber unter Handlungsdruck. Wirdnicht in innovative Klärtechnikeninvestiert, sind Wasserqualität undFunktionsfähigkeit aquatischerÖkosysteme immer stärker belastet.Nach dem Kostendeckungsprinzipmüssen die Verbraucher auch dieseInvestitionskosten tragen. Ob diesesPrinzip angesichts allgemein stei-gender Kosten weiterhin sozial ver-träglich bleiben kann, ist jedochfraglich. Ein Ausweg wäre, be-stimmte Schadstoffe aus dem Ver-Vom Wissen zum Handeln: Modelle von Mensch-Umwelt-Systemenals konkrete Entscheidungshilfe Auf dem Weg zu einer integrierten UmweltforschungForschung Frankfurt 2/2004 56Perspektivenkehr zu ziehen oder ihren Ver-brauch zu begrenzen. Doch welcheökonomischen Konsequenzen hät-ten diese Maßnahmen?Untrennbar: Mensch und UmweltDas Beispiel zeigt: Natürliche undsoziale Prozesse sind untrennbarmiteinander verknüpft. KlassischeUmweltprobleme werden zu sozial-ökologischen Problemen. Ihre Bear-beitung erfordert einen neuen, inte-grierten Forschungsansatz. DiesePosition ist Arbeitsgrundlage des seitMärz 2003 bestehenden For-schungsverbunds »Modellierungvon Mensch-Umwelt-Systemen«(MOMUS) zwischen der UniversitätFrankfurt und dem Institut für sozi-al-ökologische Forschung (ISOE).Integration ﬁndet auf zwei Ebenenstatt: Einerseits muss das in den ein-zelnen natur- und sozialwissen-schaftlichen Disziplinen etablierteund problemspeziﬁsch erarbeiteteWissen in einem gemeinsamen For-schungsprozess zusammengeführtwerden – Stichwort: Interdisziplina-rität. Wie etwa speziﬁsche Schad-stoffe die Wasserqualität beeinﬂus-sen, hängt von ihren biochemischenEigenschaften, Eintragsmengen und-pfaden sowie der Effektivität derKläranlagen ab. Über die Analysevon Produktionsmengen und Kon-sumverhalten sind Ökonomie undSoziologie hier ebenso gefordert wieBiologie und Hydrochemie. Wissen-schaftliche Ergebnisse müssen an-dererseits so übersetzt werden, dasssie Möglichkeiten für gesellschaftli-ches Handeln eröffnen. Diese Inte-gration von »Theorie und Praxis«kann jedoch nicht erst am Ende desForschungsprozesses stehen. Siemuss vielmehr von Anfang an Teildes Forschungskonzepts sein. DieBewertung, welche Maßnahmenzur Lösung einer sozial-ökologi-schen Problemlage geeignet sind,muss das Wissen und die Bedürfnis-se von betroffener Bevölkerung,Wirtschaft und Politik einbeziehen. Die komplexe Verﬂechtung öko-logischer und sozialer Prozesse kannnur in Modellen erfasst und analy-siert werden. Modelle spielen je-doch nicht nur als Erkenntnis-, son-dern auch als Integrationsinstru-ment eine zentrale Rolle. Der for-male Charakter von Modellen er-zwingt die Festlegung auf eine diszi-plinübergreifende Sprache: Fach-speziﬁsche Hypothesen und Annah-men müssen expliziert und auf ge-genseitige Kompatibilität überprüftwerden. Dadurch entsteht ein kon-zeptioneller Rahmen, der die Syn-these von Wissen über die kogniti-ven und kulturellen Unterschiededer Disziplinen hinweg ermöglicht.Gleichzeitig können Modelle bei derIntegration von Theorie und Praxishelfen. Transparenz und eine adä-quate Berücksichtigung der jeweili-gen gesellschaftspolitischen Realitätkönnen Modelle als weitgehendneutrale Instanz etablieren. Sie kön-nen dadurch effektiv als Entschei-dungshilfe für umweltrelevanteWeichenstellungen genutzt werden. Mit seinem Ansatz will der For-schungsverbund MOMUS einenBeitrag leisten, um eine problemori-entierte und integrierte Umweltfor-schung an der Universität Frankfurtzu stärken. Methodenentwicklung,Integrierte UmweltforschungKlassische UmweltforschungGesellschaft NaturVeränderung vonÖkosystemen undNaturhaushaltRessourcenabbauEmissionenEntsorgungAuswirkungenIn der integriertenUmweltforschungwird die Gesell-schaft als Systemmit einer eigenenDynamik betrach-tet. Dadurch kön-nen Entstehungs-bedingungen undVariabilitätmenschlicher Ein-griffe in die Naturadäquat berück-sichtigt werden.Forschung Frankfurt 2/2004  57PerspektivenDie Wasserqualität der Bachsysteme im Hessischen Ried hatsich in den vergangenen Jahren allgemein verbessert. Dennochkönnen bereits neue Schadstoffe, wie chlorierte Phosphorsäu-reester und das endokrin wirksame Bisphenol-A in signiﬁkan-ten Konzentrationen gemessen werden. Anzeige 08Zeiss90 x 260 mmAnzeigeDie Wasserqualität der Bachsysteme im Hessischen Ried hatsich in den vergangenen Jahren allgemein verbessert. Dennochkönnen bereits neue Schadstoffe, wie chlorierte Phosphor-säureester und das endokrin wirksame Bisphenol-A in signiﬁ-kanten Konzentrationen gemessen werden. Strukturaufbau und konkrete Forschungsarbeit »imFeld« stehen im Vordergrund. Messungen im Hessi-schen Ried und sozial-ökologische Modellstudien berei-ten gegenwärtig ein für 2005 geplantes Folgeprojektzum Thema »Integriertes Wasserqualitätsmanagement«vor. Ist eine nachhaltige Sicherung der Wasserqualität möglich?Das Thema »Wasserqualität« ist aktueller denn je: Immermehr Gegenstände des täglichen Gebrauchs enthaltenSubstanzen, die auf verschiedenen Wegen in unsereGewässer gelangen und die aquatischen Ökosystemebelasten. Zum Beispiel Kunststoffe aus Polycarbonat:Ob es die leichte Trinkwasserﬂasche ist, der Jogurtbe-cher oder die Zahnpastatube – sie alle können als Aus-gangssubstanz das als Massenchemikalie einzustufendeBisphenol-A (BPA) enthalten. Für diese Chemikaliekonnte in Versuchen an Wasserschnecken ein schädi-gender Einﬂuss auf das Hormonsystem nachgewiesenwerden(sieheBeitrag von Jörg Oehlmann in ForschungFrankfurt 2/2003). Inwieweit diese Ergebnisse auf denMenschen übertragen werden können, ist noch unklar.Tatsache ist jedoch: Diese so genannten »endokrinenDisruptoren« können über häusliche und industrielleAbwässer in Oberﬂächengewässer gelangen und stellenlangfristig eine  potenzielle Gefährdung des Trinkwas-sers dar. So haben Umweltwissenschaftler des Projektsin den Fließgewässern des Hessischen Rieds Spitzen-konzentrationen von zwei Mikrogramm BPA pro Litergemessen. Dieser Wert liegt im Bereich der bei Wasser-schnecken wirksamen Konzentrationen.Substanzen wie BPA gehören zur Gruppe der so ge-nannten »neuen Schadstoffe«. Diese zeichnen sichdurch zwei Eigenschaften aus: Sie sind biologisch hochForschung Frankfurt 2/2004 58PerspektivenApparatur zur Festphasenextraktion am Institut für Mineralogieder Universität Frankfurt. Hier werden Wasserproben auf orga-nisch-chemische Verunreinigungen untersucht. Der Forschungsverbund »Modellierungvon Mensch-Umwelt-Systemen«(MOMUS) ist ein vom Hessischen Mini-sterium für Wissenschaft und Kunst geför-dertes Kooperationsprojekt zwischen derUniversität Frankfurt und dem Institut fürsozial-ökologische Forschung (ISOE).Thematische Schwerpunkte sind Fragender Wasserqualität und Wasserversor-gung. Ziel des Forschungsverbunds ist derAufbau interdisziplinärer Kooperations-strukturen und die Entwicklung von Me-thoden, um die Wechselbeziehungen zwi-schen Mensch und Umwelt zu erforschen.Die Entwicklung integrierter natur- undsozialwissenschaftlicher Modelle ist dabeivon besonderer Bedeutung. Der For-schungsverbund hat seine Arbeit im März2003 für zunächst 18 Monate aufgenom-men.Die Universität Frankfurt ist anMOMUS mit den Fachbereichen Geowis-senschaften/Geograﬁe (Prof. Dr. PetraDöll, Prof. Dr. Wilhelm Püttmann), Biolo-gie und Informatik (Dr. Dirk Metzler, Prof.Dr. Jörg Oehlmann, Prof. Dr. BrunoStreit) und Mathematik (Prof. Dr. AntonWakolbinger) beteiligt. Im Rahmen desProjekts wurden an der Universität zweihalbe Stellen für wissenschaftliche Mitar-beiter geschaffen. Diplom-IngenieurinKristin Quednow arbeitet an ihrer Promo-tion im Bereich Umweltanalytik bei Prof.Püttmann. Dr. Frank Reinhardt führt bio-logische Gewässeranalysen am Zoologi-schen Institut durch.Das ISOE wurde 1988 als unabhängigegemeinnützige Forschungseinrichtung inFrankfurt gegründet. Es versteht sich alstheoriegeleitetes und zugleich umset-zungsorientiertes Forschungsinstitut. Zielist die Erzeugung von transdisziplinäremWissen im Spannungsfeld zwischen Naturund Gesellschaft. Im Forschungsbereich»Wasser und nachhaltige Umweltpla-nung« werden Konzepte und Modelle ei-ner nachhaltigen Wasserpolitik für Auf-traggeber wie das Bundesforschungs-ministerium, Kommunen und Unterneh-men erarbeitet. Für MOMUS arbeiten amISOE Dr. Florian Keil und Dr. Stefan Liehr.Als Physiker liegt ihr Schwerpunkt in derModellierung der sozial-ökologischen Sys-teme.Der Forschungsverbund MOMUSwirksam und können mit her-kömmlichen Klärtechniken nur un-zureichend aus den Abwässern ent-fernt werden. Hinzu kommt, dassbisher nur wenig über ihr Ausbrei-tungs- und Reaktionsverhalten inden Gewässern bekannt ist. DasSpektrum dieser Stoffgruppe istbreit und wird fortlaufend erwei-tert: Chlorierte Phosphorsäureester,die als Flammschutzmittel in denSchaumstofffüllungen der meistenPolstermöbel stecken und Rück-stände von Arzneimitteln, die übermenschliche Ausscheidungen in dieGewässer gelangen, gehören ebensodazuwiedie inReinigungsmittelnals Tenside enthaltenen Nonylphen-olethoxylate.Ein Wasserqualitätsmanagement,das sich am Nachhaltigkeitsprinziporientiert, ist damit vor drei Heraus-forderungen gestellt: Erstens müs-sen für die neuen Schadstoffe Ver-fahren zur Bestimmung eines Ge-fährdungspotenzials entwickeltwerden, die ihren speziﬁschen Ei-genschaften angepasst sind. Zwei-tens müssen kosteneffiziente Me-thoden zur Bestimmung stofflicherGewässerbelastungen etabliert wer-den, die ﬂexibel auf neu entstehen-de Gefährdungssituationen ange-wendet werden können. Hier liegtPotenzial für Innovationen auf demGebiet der Umweltanalytik. Drittensist eine integrierte Analyse der Ent-stehung und Entwicklung von Be-lastungssituationen erforderlich. EinSchwerpunkt muss dabei die Fragesein, wie Maßnahmen zur Verringe-rung einer Gewässerverunreinigungwirken. Nur aus einer kombiniertenökologischen, ökonomischen undsozialen Bewertungsperspektive isteine nachhaltige Sicherung einerWasserqualität möglich, die denspeziﬁschen Bedürfnissen verschie-dener Nutzer gerecht wird. Diese drei Herausforderungensollen im MOMUS-Folgeprojektaufgegriffen werden. Zentrales Zielist die Entwicklung eines computer-basierten Systems zur Unterstüt-zung der Entscheidungsﬁndung.Diese Decision Support Systems(DSS) haben ihren Ursprung in derstrategischen Unternehmensbera-tung, ﬁnden aber immer stärkerenEingang in die aktuelle Umweltfor-schung. Das DSS soll die relevantenProzesse des Schadstoffkreislaufsmit Hilfe einer Kombination ausqualitativen und quantitativen Mo-dellen abbilden und so eine Progno-se der Entwicklung einer Belas-tungssituation ermöglichen.Gleich-zeitig soll es Entscheidungsträgernhelfen, den Einﬂuss verschiedenerHandlungsoptionen auf die Wasser-qualität zu simulieren und auf ihreEffektivität hin zu analysieren. Da-bei sollen Betroffene, wie etwa Be-völkerung und Wirtschaft sowieAnwender in einem speziellen Par-tizipationsverfahren von Anfang anin den Entwicklungsprozess desDSS integriert werden.Kompetenzaufbau durchNetzwerkbildungEine integrierte Umweltforschungist nur im Zusammenspiel der Ein-zeldisziplinen möglich. Sie sollendabei nicht durch eine neue »Su-perwissenschaft« ersetzt, sondern inihrer Wirksamkeit bei der Lösungsozial-ökologischer Probleme ge-stärkt werden. Welche Disziplinendas sind, hängt vom jeweiligen The-ma ab. Die Flexibilität eines For-schungsverbunds wächst jedoch,wenn ein Netzwerk von Disziplinenund Expertisen aufgebaut wird,über das Verbindungen fallweise ak-tiviert werden können. Das ProjektMOMUS ist der erste Schritt zumAufbau eines solchen Kompetenz-netzwerks an der Universität Frank-furt. Die Integration weiterer Diszi-plinen wird Gegenstand der für2005 geplanten zweiten Projektpha-se sein.  ◆Der AutorDr. Florian Keil, Diplom-Physiker, ist alswissenschaftlicher Mitarbeiter am Insti-tut für sozial-ökologische Forschung inFrankfurt tätig.

Vom Wissen zum Handeln: Modelle von Mensch-Umwelt-Systemen als konkrete Entscheidungshilfe : auf dem Weg zu einer integrierten Umweltforschung

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