Ein Forscherverbund aus Karlsruhe will im Projekt „Nitrat-Monitoring 4.0“ mit einem Modell für Vorhersagen effizient und nachhaltig Nitrat im Grundwasser reduzieren. Grundlage dafür sind Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI). Auf ihrer Basis soll eine intelligente Entscheidungsunterstützung entwickelt werden, bei der Rechner selbstständig lernen können, um entsprechende Maßnahmen ergreifen zu können.
Hohe Nitratkonzentrationen im Grundwasser rücken in den letzten Jahren immer stärker ins Bewusstsein der Öffentlichkeit. Werden die auf den Feldern angebauten Kulturen nicht pflanzenbedarfsgerecht gedüngt, gelangt mehr Stickstoff in den Boden, als die Pflanzen aufnehmen können. Dadurch sickert der im Wasser gelöste Stickstoff als Nitrat bis ins Grundwasser. Etwa 70 Prozent des deutschen Trinkwassers werden aus dem auf diese Weise verunreinigten Grundwasser gewonnen. Zu hohe Nitratwerte im Wasser können schließlich zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen, sodass die Versorgungsunternehmen aufwändige Maßnahmen zur Nitratminderung ergreifen müssen. Die Überwachung der Wasserbeschaffenheit zeigt, dass der Zustand des Grundwassers vielerorts gefährdet ist.
Bündeln von Kompetenzen
Im Verbundprojekt „Nitrat-Monitoring 4.0 – Intelligente Systeme zur nachhaltigen Reduzierung von Nitrat im Grundwasser“ (NiMo 4.0) entwickeln Forscher ein intelligentes System, um mit wenigen Messstellen die räumliche und zeitliche Verteilung des Nitrats im Grundwasser besser verstehen und vorhersagen zu können. Mithilfe solcher Vorhersagen, die auf das Verfahren des Maschinellen Lernens beruhen, soll eine intelligente Entscheidungsunterstützung erreicht werden, um optimale Standorte für zusätzliche Messungen zu finden und Programme zum Grundwasserschutz zielgerichtet zu gestalten.
Die Projektpartner auf einen Blick (v.l.n.r.): Dr. Tanja Liesch (KIT, Institut für Angewandte Geowissenschaften), Claus Hofmann (Geschäftsführer Disy Informationssysteme GmbH), Parlamentarische Staatssekretärin Rita Schwarzelühr-Sutter, Dr. Thoms Usländer (Fraunhofer IOSB), Bettina Lisbach von der Stadt Karlsruhe) und Dr. Josef Klinger (Geschäftsführer DVGW-Technologiezentrum Wasser). Foto: Disy Informationssysteme GmbH
Für das NiMo 4.0-Projekt bündelt ein interdisziplinäres Konsortium mit Partnern aus der Grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung, aus Technologietransfer und Wirtschaft seine Kompetenzen. Die Disy Informationssysteme GmbH übernimmt die Projektleitung. Zudem ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie das hier sesshafte Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW), das Fraunhofer IOSB mit seinen Standorten Karlsruhe und Ilmenau und das DVGW-Technologiezentrum Wasser (TZW) am Projekt beteiligt. Die entwickelten Lösungsansätze werden in zwei wasserwirtschaftlich bedeutenden Regionen prototypisch implementiert und demonstriert: in den Einzugsgebieten des Zweckverbands Landeswasserversorgung in Baden-Württemberg und des Wasser- und Abwasser-Zweckverbands Niedergrafschaft in Niedersachsen.
Die Disy Informationssysteme GmbH, die das Verbundprojekt koordiniert, führt die verschiedenen wissenschaftlich-technischen Lösungsbeiträge in prototypischen Softwarelösungen zur intelligenten Datenanalyse und zu benutzerfreundlichen Entscheidungsunterstütztungssystemen zusammen. Entwicklungsschwerpunkte sind hier effiziente Datenvisualisierungen und effektive Benutzerschnittstellen für Endanwender sowie moderne Dateninfrastrukturen, die sich in die existierende Softwarelandschaft der Anwender einbetten lassen. „Wir freuen uns sehr auf dieses anspruchsvolle Projekt zu einem Thema mit großer ökologischer Bedeutung“, kommentiert Disy-Geschäftsführer Claus Hofmann. „NiMo 4.0 wird auch Disy dabei helfen, modernste Methoden der Data Science und der Künstlichen Intelligenz für den Umweltschutz einzusetzen und weiterzuentwickeln.“
BMU-Förderung
Das Bundesumweltministerium (BMU) fördert im Rahmen der KI-Strategie Projekte, die mit KI ökologische Herausforderungen bewältigen – sogenannte KI-Leuchttürme. Diese Voraussetzungen erfüllt auch das Forschungsprojekt NiMo 4.0. Aus diesem Grund hat das BMU die Förderungen des Projekts mit insgesamt knapp 2,5 Millionen Euro beschlossen. Staatssekretärin Rita Schwarzelühr-Sutter hat nun den entsprechenden Förderbescheid überreicht.