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B2.2

3 Water Footprint

Wasser ist eine wertvolle Ressource, die durch Überbeanspruchung und Verunreinigung in vielen Regionen gefährdet ist. Ausführliche Erläuterungen hierzu sind im Themenpapier A1.7 Entnahme und Nutzung von Wasser zu finden. In vielen Verarbeitungsschritten entlang des Lebensweges eines Produktes wird Wasser benötigt. Dieser Lebensweg umfasst nicht nur die direkten Bearbeitungsschritte am Produkt, sondern auch alle Vorketten der Hilfsmittel. Um diesen Wasserverbrauch entlang des Lebensweges zu analysieren, werden Water Footprints erstellt.

Wie schon in den Erläuterungen zu Ökobilanzen (s. Themenpapier B2.1 Die Ökobilanz) beschrieben, gehört die Bewertung von Wasserverbräuchen zu den komplexeren Kennzahlen. Bei diesem Umweltindikator sind sowohl die geographischen und klimatischen Bedingungen am Ort der Wasserentnahme als auch die Art des „Verbrauches“ zentral.

Bei den meisten anderen Indikatoren wird derzeit3 die emittierte oder verbrauchte Menge eines Stoffes mit einem einzigen Charakterisierungsfaktor multipliziert. Hierbei wird nicht betrachtet, wo der Stoff emittiert wird oder auf welche Weise.

Da es viele mögliche Definitionen von „Wasserverbrauch“ und noch mehr unterschiedliche Ansätze gibt, diese verwendeten Wassermengen zu bewerten, gibt es auch eine Vielfalt von Methoden um Wasserkennzahlen zu bestimmen. Diese lassen sich unter dem Begriff Water Footprint zusammenfassen. In den einzelnen Methoden können die Namen abweichen (Freshwater Depletion, Freshwater Ecosystem Impact, Water Deprivation u. a.m.).

Was ist der „Verbrauch“ von Wasser? In den meisten Prozessen wird das Wasser nicht wirklich verbraucht (Wasserelektrolyse ist eine Ausnahme). Es wird aus einem Wasserreservoir entnommen (Grundwasser, Fluss, See etc.) und dann erwärmt, verunreinigt, umgeleitet, verdampft oder verdunstet. Das Wasser wird also nur mit ev. veränderten Eigenschaften an anderer Stelle wieder in den Wasserkreislauf zurückgegeben.

Neben der unterschiedlichen Definition des „Verbrauches“ von Wasser werden in einigen Fällen auch Regenwasser und Bodenfeuchte (green water) in die Bilanz einbezogen, andere Methoden betrachten nur das Oberflächen- (Flüsse, Seen) und Grundwasser. Diese werden häufig zusammenfassend als blue water bezeichnet. Auch wird bei einigen Ansätzen die Verunreinigung von Süßwasser mit eingerechnet. Meerwasser wird in keiner der bekannten Water Footprint-Methoden in die Betrachtung einbezogen. In Fällen, in denen das Meerwasser verschmutzt wird, spiegelt sich diese Verunreinigung in Umweltindikatoren, wie z. B. die marine aquatic ecotoxicity4 der CML-Methode (Methode des Centrum voor Milieukunde in Leiden), wider.

Wasser ist ein wertvolles Gut, das je nach Region unterschiedlich knapp ist (s. Themenpapier A1.7 Entnahme und Nutzung von Wasser). Die Wirkung der Entnahme von einem Kubikmeter Wasser aus unterschiedlichen Reservoiren wirkt sich je nach geographischer und/oder klimatischer Gegebenheit ganz verschieden aus. In vielen Methoden werden zur regional unterschiedlichen Bewertung von verbrauchten Wassermengen Wasserknappheitsindikatoren (vgl. Abschnitt 3.1) eingesetzt.

3 Auch für viele andere Indikatoren ist der Ort der Emission bze. Entnahme entscheidend. Es gibt bereits Ansätze eine regionalisierte Bewertung auch für andere Indikatoren einzuführen (vgl. z.B. http://www.impactworldplus.org/). In der breiten Masse haben sich derartige Bewertungsmethoden jedoch noch nicht durchgesetzt.

4 Aquatische Ökotoxizität der Meere.

3.1 Wasserknappheitsindikatoren

Ob Wasser ein knappes Gut ist, hängt neben der bloßen Menge des verfügbaren Wassers von einer Vielzahl weiterer Faktoren ab. Wichtige weitere Einflussfaktoren sind:

  • die Regenerationsfähigkeit eines Reservoirs,
  • der theoretische menschliche Wasserbedarf in Verbindung mit der Bevölkerungsdichte,
  • der Wasserbedarf der Umwelt,
  • jahreszeitliche Schwankungen,
  • soziale und ökonomische Faktoren.

Wenn aus einer Region ausreichend Daten zu den Einflussfaktoren bekannt sind, lässt sich daraus eine Kennzahl für die Wasserknappheit/ Wasserverfügbarkeit dieser Region herleiten: der Wasserknappheitsindikator.

Es gibt eine Vielzahl von Wasserknappheitsindikatoren (engl. water scarcity indices). Diese beziehen jeweils eine unterschiedliche Auswahl der oben genannten Einflussfaktoren in die Berechnung mit ein. Viele von diesen Indikatoren wurden nicht für die Berechnung von Water Footprints entwickelt, sondern haben ihren Ursprung in Institutionen und Studien, die sich mit der weltweiten Wasserversorgung im Allgemeinen beschäftigen. Andere wiederum sind speziell im Zusammenhang mit Water Footprint-Methoden entstanden. Einige Wasserknappheitsindikatoren sind unter unterschiedlichen Namen veröffentlicht, auch wenn sie der gleichen Berechnungsvorschrift folgen. Manche scheinbar gleiche Berechnungsvorschriften unterscheiden sich jedoch in leicht zu übersehenden Details. So kann z. B. in einem Fall die aus einem Reservoir entnommene Menge Wasser gemeint sein und in einem anderen die verbrauchte (wobei die Definition von Verbrauch fehlen kann). Bei der Verwendung eines Wasserknappheitsindikators ist es also wichtig, Daten aus einer konsistenten Quelle zu nutzen.

Wichtige Wasserknappheitsindikatoren sind der Wasserknappheitsindikator nach Falkenmark und die Critical Ratio.

Diese Wasserknappheitsindikatoren können für unterschiedlich große Regionen berechnet werden. In einigen Übersichten wird ein landesspezifischer Wert angegeben. Viele Länder, so auch Deutschland, haben regional sehr unterschiedliche Verhältnisse bezüglich ihrer Wasserverfügbarkeit. Daher ist es, wenn man die Wahl hat, immer besser einen lokalen Wert zu verwenden. Häufig fehlt jedoch die Datengrundlage für derart genaue Analysen.

3.2 Einige Water Footprint-Methoden

Es gibt noch keine harmonisierte Methode für die Berechnung eines Water Footprints. In den bisher veröffentlichen Water Footprint-Studien wurden in einigen Fällen mehrere Methoden verwendet und diese nebeneinander gestellt, in Anderen wurde nur eine Methode verwendet. Einige der derzeit wichtigen Methoden werden in den folgenden Abschnitten kurz erläutert.

3.2.1 Water Footprint nach Hoekstra et al. (2011)

Eine Methode, bei der drei einzelne Footprints zu Einem addiert werden. Diese drei sind:

  • der Blue Water Footprint = Grund- und Oberflächenwasser ohne Gewichtung
  • der Green Water Footprint = Regenwasser & Bodenfeuchte ohne Gewichtung und
  • der Grey Water Footprint = Wasservolumen, das gebraucht wird um die eingetragene Schadstoffmenge bis zum natürlichen Hintergrund bzw. bis zu einem gegebenen Grenzwert zu verdünnen.

Die Summe ergibt den Water Footprint in Litern. In dieser Methode werden keine Wasserknappheitsindikatoren in den Water Footprint eingerechnet. Diese werden jedoch bei der Interpretation der Ergebnisse mit einbezogen.

3.2.2 Freshwater Ecosystem Impact und Freshwater Depletion nach Milà i Canals et al. 2009

Die verbrauchte Wassermenge (Grund- und Oberflächenwasser) wird bei dieser Methode mit einem Wasserknappheitsindikator (eigene Wahl!) multipliziert und damit die Kennzahl Freshwater Ecosystem Impact berechnet.

Um die Freshwater Depletion zu berechnen wird die verbrauchte Menge an Wasser bewertet, die über die vom System regenerierte Wassermenge hinaus entnommen wird. Eine solche Entnahme führt zu einer Absenkung des Grundwasserspiegels. Die Freshwater Depletion orientiert sich an dem Ansatz der CML-Methode für den Verbrauch abiotischer Rohstoffe. Hierbei wird die Knappheit des jeweiligen Reservoirs, aus dem das Wasser entnommen wird, mit der weltweiten Knappheit von Antimon (Sb) verglichen. Eine dort entnommene Menge wird mit dem entsprechenden regionalen Faktor multipliziert und dann in kg Sb-Äquivalenten angegeben.

3.2.3 Water Deprivation nach Pfister et al. 2009

Pfister definiert zwei Water Footprint-Kennzahlen. Die erste Water Deprivation ist eine einfache Multiplikation der verbrauchten Wassermenge (Grund- und Oberflächenwasser) mit dem Water Stress Index (WSI) nach Pfister. Falls ein Wasserreservoir über die regenerativ verfügbare Menge hinaus beansprucht wird, wird zusätzlich die Freshwater Depletion berechnet. Da die Water Deprivation und der dahinter stehende WSI häufig Verwendung findet, soll er hier kurz erläutert werden.

Der Wasserstressindex nach Pfister basiert auf dem withdrawal-to-availability-Quotienten (WTA), der das Verhältnis von Gesamtwassernutzung zu erneuerbaren Wasservorkommen ausdrückt. Pfister ermittelte zunächst den WTA-Quotienten für mehr als 10.000 Niederschlagsgebiete weltweit und entwickelte „seinen“ WSI auf dieser Basis weiter.

Die hydrologische Situation kann über das Jahr wegen der verschiedenen saisonalen Niederschlagsverhältnisse variieren. Diese saisonalen Veränderungen können zu zusätzlicher Wasserknappheit führen, wenn die niederschlagsreichen Zeiten die trockenen Zeiten wegen fehlender Speichermöglichkeiten des Niederschlagsgebiets oder zusätzlicher Evaporation von gespeichertem Wasser nicht ausgleichen können. Durch den Variationsfaktor (VF) können solche Effekte bei der Berechnung berücksichtigt werden. Aus dieser Variation das WTA ergibt sich ein modifizierter WTA*. Um geeignete Charakterisierungsfaktoren zwischen 0,01 und 1 zu erhalten, wird der WSI nach folgender Formel aus dem WTA* berechnet:

Um die Anwendbarkeit ihrer Methode zu erleichtern, haben Pfister et al. einen Google Earth Layer entwickelt5, mit dessen Hilfe Charakterisierungsfaktoren für mehr als 10.000 Niederschlagsgebiete ermittelt werden können. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, lassen sich somit standortgenaue WSIs leicht ablesen:

Abbildung 1: Google Earth mit von Pfister et al. entwickeltem Layer zur Darstellung globaler Wasserknappheitsverhältnisse
3.3 Zusammenfassung

Die angeführten Methoden erheben nicht den Anspruch der Vollständigkeit. Weitere Methoden sind die nach Boulay et al. (2011) oder Motoshita et al. (2010). Immer wieder werden neue Methoden entwickelt und die Bestehenden verändert. Die Diskussion über die „richtige“ Methode ist im vollen Gange. Auch die angekündigte ISO-Norm zu Water Footprint (ISO 14046) befindet sich immer noch im Entwurfs-Stadium.6

Wichtig ist es, den Wasserverbrauch des ganzen Lebensweges eines Produktes zu betrachten. Wird ein entscheidender Anteil des verbrauchten Wassers in einer wasserknappen Region benötigt? Gibt es Alternativen? Um Antworten auf diese Fragen zu bekommen, sind Water Footprint-Analysen ein hilfreiches Werkzeug. Wichtig ist, bei jeder durchgeführten Analyse die gewählte Methode transparent darzustellen. Hierzu gehört eine Darstellung, welche Wasserentnahmen und Verbräuche mit eingerechnet werden und ob diese Wassermengen durch regionale Wasserknappheitsindikatoren gewichtet wurden. Ebenso wichtig ist die jeweilig verwendete Definition des Begriffs „Wasserverbrauch“. Auch ist die Quelle der verwendeten Daten entscheidend und sollte daher immer mit angegeben werden.

Aus den genannten Gründen ist außerdem Vorsicht beim Vergleich verschiedener Water Footprint-Angaben geboten. Vergleichen lassen sich nur Angaben zu Produkten oder Materialien, die aus derselben Quelle stammen, weil nur hier (vermutlich) die jeweils selbe Berechnungsmethode zugrunde liegt.

6 Stand Januar 2014

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