Uneingeschränkter Zugang zu Frischwasser wird in Deutschland meist als Selbstverständlichkeit gesehen. Klimawandel und Urbanisierung stellen für natürliche Ressourcen allerdings eine Belastung dar. Auch demografische und gesellschaftliche Veränderungen, politische Zielvorgaben in Bezug auf die Abwasserreinigung oder die energiebedingten CO2-Emissionen der Wasserversorgung gehören zu den Herausforderungen in der Wasserwirtschaft.
Wasserwerke stehen vor ähnlichen Fragestellungen. Variablen wie Größe, Besiedlungsdichte, Nutzungsarten, Topologie des Versorgungsgebiets und unterschiedliche Strukturen des Wasser- und Abwassernetzwerkes beeinflussen die Problematik. Mittels digitaler Zwillinge und Künstlicher Intelligenz KI soll es im Projekt „DZW – Digitaler Zwilling Wasserwirtschaft“ gelingen, den intelligenten Umgang mit Wasser zu gewährleisten. Grundsätzlich Gegenstand dieser Kooperation wird sein:
die Referenzmodellentwicklung und Validierung „Digitaler Zwilling Wasserwirtschaft“
Anwendungsfälle für den Einsatz Künstlicher Intelligenz in der Wasserwirtschaft
die wissenschaftliche Begleitung von Projekten und Wissenstransfer
„Der effiziente und verantwortungsvolle Umgang mit natürlichen Ressourcen ist eine gesellschaftliche Verantwortung und ein entscheidender Beitrag zum Klimaschutz und zur Klimafolgenanpassung. Deshalb unterstützen wir die zukunftsweisende Forschung des DFKI und der Hochschule Trier in diesem Vorhaben“, sagt die Umweltministerin der Rheinland-Pfalz, Katrin Eder. „Der Erkenntnisgewinn und Wissenstransfer über digitale Zwillinge sind wegweisend für das Wasser 4.0. [...] Das Land Rheinland-Pfalz setzt entschieden auf das Thema KI für Umwelt und Nachhaltigkeit und unterstützt das DFKI deshalb seit mehr als 30 Jahren.“
Ressourcenschonender und resilienter Wassersektor
Prof. Dr. Andreas Dengel, Geschäftsführender Direktor des DFKI in Kaiserslautern und KI-Botschafter des Landes Rheinland-Pfalz, sieht es ähnlich: „Die Nutzung von digitalen Zwillingen aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz wird industrielle Prozesse, so auch die Wasserwirtschaft, in den kommenden Jahren maßgeblich beeinflussen. Wir freuen uns, gemeinsam mit dem Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier einen weiteren essenziellen Forschungsbeitrag für eine nachhaltige und umweltfreundliche KI zu leisten.“ Mit dem Kompetenzzentrum „DFKI4planet“ und verschiedenen KI-Projekten wird das Ziel verfolgt, „das große Potenzial intelligenter Technologien effektiv für Umweltschutz und Nachhaltigkeit einzusetzen.“
Projektleiter Prof. Dr. Ralph Bergmann ergänzt: „Wir sehen eine große Entwicklungsmöglichkeit, mithilfe von erfahrungsbasierten Methoden auf Herausforderungen in der Wasserwirtschaft zu reagieren und mithilfe von Prognose- und Simulationsmodellen beweglich handlungsfähig zu sein. Als Ergebnis erhoffen wir uns, die Prozesse im Wassersektor zukünftig ressourcenschonender und resilient gegen Störungen gestalten zu können.“
Prof. Dr. Stefan Naumann, der seitens des Instituts für Softwaresysteme am Umwelt-Campus das Projekt leitet, sieht in der Kooperation erhebliche Chancen, „sowohl im informationstechnischen Bereich als auch im Anwendungsfeld der Wasser- und Energieeinsparung wissenschaftliche Fortschritte zu erzielen und diese auch in die Praxis zu überführen.“
Der Weg zum Wasser 4.0
In Anlehnung an die Initiative „Industrie 4.0“ prägt die „German Water Partnership“ den Begriff „Wasser 4.0“ zur Transformation bestehender industrieller Produktionsanlagen zu Cyber-Physical-Systems. Die optimale Vernetzung virtueller und realer Wassersysteme soll in Zukunft in der Wasserwirtschaft Anwendung finden und bei Planung, Bau und Betrieb berücksichtigt werden.
Die Kooperation zwischen der Hochschule Trier und dem DFKI hat unter anderem zum Ziel, gemeinsame Modellprojekte zu entwickeln. Kommunalen Entscheidungsträgern können die erarbeiteten Ergebnisse als Ansatzpunkt für die Entwicklung von Maßnahmen dienen. Weiter soll das Potenzial der Entwicklung eines digitalen Zwillings in der Wasserwirtschaft exemplarisch konkretisiert werden.
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