Integrated, climate-adapted water (infrastructure) systems

Pressure on the water infrastructure making adaptation necessary

The “water system“ is coming under increasing pressure to adapt as a result of significant transformation processes and environmental changes. This leads to major technical and socio-economic challenges, both in the case of long-standing, piped water infrastructures and in dealing with extreme weather events as well as the increasing conflict of use in scarcity situations.

Integrated, climate-adapted solutions

The fact that the components of the water system are closely interlinked with one another and also with other sectors means that an integrated approach is required. Synergies must be identified and harnessed, and conflicting goals must be resolved. Climate-adapted management of water, service water supply in neighborhoods, or heat recovery from partial flows of wastewater are all measures that can increase the efficiency and resilience of the systems.

Concepts that allow for gradual integration into existing systems and that fulfill all the required functions, as well as being compatible with the components of conventional ones are needed in order to transform water infrastructures into systems that are climate adapted, resource saving and easily adaptable.

Wastewater as a resource

In terms of both energy and materials, wastewater is a resource. Therefore, wastewater treatment plants offer the best conditions in which to develop a resource center with the integration of innovative energy generation technologies.

These topics are also clearly addressed in the National Water Strategy and are being worked on and advanced by Fraunhofer ISI in various committees and processes, as well as in research and demonstration projects.

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• i.WET (in German) - Integrated Water-Energy Transition Concept - Demonstration Project in Lünen
• TWIST ++ (in German) - Transition pathways for water infrastructure systems: Adapting to new challenges in urban and rural areas
  
• KlimAW - Climate protection and energy efficiency potentials in the wastewater sector
  
• Morgenstadt - City of the future and Morgenstadt: City Insights (m:ci) - Water infrastructure in the Morgenstadt
  
• AMPHORE (in German) - Regional sewage sludge and ash management for recycling phosphorus in a metropolitan area
• Water management plan for Hesse, Draft of the Plan (in German) - protection and use of water resources
• INTEGRIS - Bundled infrastructure planning and admissions and integrated conversion of regional supply systems – challenges for environmental and sustainability assessments?
• TransNIK (in German) - Transition design for sustainable innovations
  
• z*dez - Central operation of decentralised plants - Implemantation of an innovative organizational concept for wastewater disposal using small sewage treatment plants in Baden-Wuerttemberg, area of application Ravensburg district

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(chronological selection)

• Niederste-Hollenberg, J.; Winkler, J.; Fritz, M.; Zheng, L.; Hillenbrand, T.; Kolisch, G.; Schirmer, G.; Borger, J.; Doderer, H.; Dörrfuß, I. (2021): Klimaschutz- und Energieeffizienzpotenziale in der Abwasserwirtschaft - aktueller Stand und Perspektiven. UBA-Texte 50/2021, Dessau.
• Niederste-Hollenberg, J.; Marscheider-Weidemann, F.; Benes, V.; Chojnowski, K.; Peters, W.; Weingarten, E.; Wegner, N.; Sailer F. (2021): Gebündelte Infrastrukturplanungen und -zulassungen und integrierter Umbau von regionalen Versorgungssystemen - Herausforderungen für Umwelt- und Nachhaltigkeitsprüfungen INTEGRIS. Umweltbundesamt UBA Texte 21/2021; ISSN 1862-4804.
  
• Niederste-Hollenberg, J.; Hillenbrand, T.; Hilgenfeldt, V. (2020): Von der Entwässerung zum Wassermanagement - Transition am Beispiel eines Stadtquartiers in Lünen; Ernst & Sohn Special 2020, Regenwassermanagement.
  
• Niederste-Hollenberg, J.; Schirmer, G.; Borger, J.; Winkler, J.; Zheng, L.; Fritz, M.; Hillenbrand, T.; Kolisch, G. (2020): Die Potenziale der Energieeinsparung in der Abwasserwirtschaft; Ökologisches Wirtschaften (2020), Nr. 3, pp. 47-50; ISSN: 1430-8800.
• Hillenbrand, T.; Hohmann, C.; Bieker, S.; Niederste-Hollenberg, J.; Tettenborn, F. (2019): Kopplung technischer Infrastruktursysteme am Beispiel Wasser - Potenziale, Hemmnisse und deren Überwindung. Transforming cities, No. 4, pp. 75-79; ISSN: 2366-7281.
  
• Sartorius, C.; Hillenbrand, T.; Niederste-Hollenberg, J. (2019): Multikriterielle Bewertung von Wasserinfrastrukturen im Kontext der SDGs. In: W. Leal Filho (eds), Aktuelle Ansätze zur Umsetzung der UN-Nachhaltigkeitsziele, pp. 271-289, Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg; Print ISBN 978-3-662-58716-4; Online ISBN 978-3-662-58717-1.
  
• Schleich, J.; Hillenbrand, T. (2019): Residential water demand responds asymmetrically to rising and falling prices. In: Applied Economics, 51 (45), 4973–4981. ISSN: 0003-6846.
  
• Dütschke, E.; Köhler, J.; Laws, N.; Hacke, U.; Niederste-Hollenberg, J.; Wesche, J. (2019): Kommunen als Motoren einer Nachhaltigkeitstransformation - Erfahrungen aus den Feldern Energie, Wasser und Wohnen. In: W. Leal Filho (eds), Aktuelle Ansätze zur Umsetzung der UN-Nachhaltigkeitsziele, pp. 79-98, Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg; Print ISBN 978-3-662-58716-4; Online ISBN 978-3-662-58717-1.
  
• Hillenbrand, T.; Eckartz, K.; Hiessl, H.; Hohmann, C.; Niederste-Hollenberg, J. (2018): Transition urbaner Wasserinfrastruktursysteme - notwendig und machbar? In: Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2018 (65), Nr. 2, pp. 121-129.
  
• Sartorius, C.; Lévai, P.; Niederste-Hollenberg, J.; Nyga, I.; Sorge, C.; Hillenbrand, T. (2018): Comparative multi-criteria performance assessment of alternative water infrastructure systems. Water Science and Technology: Water Supply (2018) 18 (6): 2188-2198.
  
• Hillenbrand, T.; Bieker, S.; Dockhorn, T.; Felmeden, J.; Kaufmann Alves, I.; Langergraber, G.; Lautenschläger, S.; Maurer, M.; Neuhausen, S.; Steinmetz, H. (2018): Nachhaltigkeitsbewertung von Wasserinfrastruktursystemen - Leitfaden zur Anwendung des Arbeitsblatts DWA-A 272. Korrespondenz Abwasser, Abfall. 65, Nr. 5, pp. 443-449.
  
• Hillenbrand, T.; Bieker, S.; Dockhorn, T.; Felmeden, J.; Kaufmann Alves, I.; Langergraber, G.; Lautenschläger, S.; Maurer, M.; Neuhausen, S.; Steinmetz, H. (2018): Leitfaden - Nachhaltigkeitsbewertung von Wasserinfrastruktursystemen - Leitfaden zur Anwendung des DWA-A 272.
  
• Söbke, H.; Hofmann, A. F.; Kropp, I.; Miethke, A.; Schwarz, D.; Hillenbrand, T.; Londong, J. (2018): Software-TWISTing: Integrierte Systeme für die Planung zukunftsfähiger kommunaler Wasserinfrastruktur. KA Korrespondenz Abwasser, Abfall. 65. Nr. 1, pp. 39-45. 10.3242/kae2018.01.003.
  
• Nyga, I.; Lück, A.; Raber, W.; Hillenbrand, T.; Zimmermann, M.; Eller, M.; Eismann, C.; Möller, K.; Felmeden, J.; Langer, M.;  Urban, W. J. F. (2018): Rahmenkonzepte zur integrierten Bewertung siedlungswasserwirtschaftlicher Systeme. gwf - Wasser|Abwasser, vol. 159, no. 01, pp. 53-62.
  
• Sartorius, C.; Levai, P.; Nyga, I.; Sorge, C.; Menger-Krug, E.; Niederste-Hollenberg, J.; Hillenbrand, T. (2017): Multikriterielle Bewertung von Wasserinfrastruktursystemen am Beispiel des TWIST-Modellgebietes Lünen. KA Korrespondenz Abwasser, Abfall (64), Nr. 11, pp. 999-1007.
  
• Niederste-Hollenberg, J.; Hillenbrand, T.; Ungermann, A. (2017): Zentraler Betrieb dezentraler Anlagen. z*dez - Erfahrungen aus drei Jahren Betrieb. KA. Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall 64 (2017), Nr. 11, pp. 977-984.
  
• Hillenbrand, T.; Hiessl, H.; Menger-Krug, E.; Maier, K.; Niederste-Hollenberg, J.; Sorge, C.; Londong, J. (2017): Innovative Systemlösungen für unterschiedliche Randbedingungen im Bestand - Ergebnisse des Projekts TWIST++. In: Deutsches Institut für Urbanistik Difu (Hg.): Wasserinfrastrukturen für die zukunftsfähige Stadt. Beiträge aus der INIS-Forschung. Berlin, pp. 128-133.
  
• Hillenbrand, T.; Londong, J.; Steinmetz, H.; Wilhelm, C.; Sorge, C.; Söbke, H.; Nyga, I.; Minke, R.; Menger-Krug, E. (2016): Anpassung an neue Herausforderungen - nachhaltige Wasserinfrastruktursysteme für Bestandsgebiete. KA. Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall, No. 11, pp. 992-998.
  
• Niederste-Hollenberg, J.; Menger-Krug, E.; Feldmann, U.; Joel, E.; Hillenbrand, T. (2016): Transition von Wasserinfrastruktursystemen in Bestands- und Neuerschließungsgebieten. In: Wasserwirtschaft Wassertechnik. Sonderausgabe Modernisierungsreport 2016/2017. pp. 4-9.

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