PD Dr. Werner Brack ist Leiter des Departments Wirkungsorientierte Analytik am Helmholtz Zentrum für Umweltforschung UFZ in Leipzig. Er leitete fünf Jahre das europäische Forschungsprojekt SOLUTIONS, das kurz vor dem Abschluss steht.
UFZ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Springer Professional: Die EU-Mitgliedsstaaten kommen bei der Verbesserung des ökologischen und chemischen Zustands der Gewässer nicht so richtig voran. Wo liegen aus Ihrer Sicht die Ursachen?
Werner Brack: Die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist ein weltweit einmaliges und sehr ambitioniertes Regelwerk, das einen guten ökologischen und chemischen Zustand der Gewässer europaweit zum Ziel hat. Leider sind die Ansätze, mit denen dieses Ziel erreicht werden soll, nicht immer zielführend. Ich möchte das gerne für die Chemikalienbelastung erläutern. Während unser Augenmerk bei der Chemikalienbelastung in der Vergangenheit sehr stark auf einigen wenigen als besonders problematisch erkannten Stoffen lag, haben wir heute verstanden, dass unsere Umwelt mit komplexen Mischungen vieler Stoffe belastet ist. Das Aus-Dem-Verkehr-Ziehen einzelner Chemikalien führt nicht notwendigerweise zu einer Verbesserung der Situation, wenn diese Stoffe durch andere mit ähnlichen Risiken ersetzt werden. Der chemische Zustand laut WRRL wird über einen Satz von 45 prioritären Substanzen definiert, in der Vergangenheit bewusst hergestellte und genutzte Stoffe, die aber heute fast alle vom Markt genommen wurden, oder Stoffe, die zum Beispiel als Nebenprodukte von Verbrennungsprozessen entstehen, heute europaweit verbreitet sind und die strengen Grenzwerte überschreiten. Der chemische Zustand ist demnach flächendeckend nicht gut, während Wassermanager wenige Möglichkeiten haben hieran kurzfristig etwas zu ändern. Gleichzeitig werden die Gewässer mit einer komplexen Mischung von Pestiziden, Bioziden, Pharmazeutika, Reinigungsmitteln, Farbstoffen und vielem mehr belastet, von Stoffen, die wir täglich nutzen und die ein deutliches Risiko für die Fauna und Flora vieler Gewässer darstellen. Eine Überwachung und Reduktion dieser Stoffe im Gewässer ist dringend geboten, wird aber nicht durch einen verbesserten "chemischen Zustand" belohnt, weil diese Stoffe hierfür nicht berücksichtigt werden. Hier fehlt ganz offensichtlich ein funktionierendes Anreizsystem. Trotzdem soll natürlich nicht verschwiegen werden, dass in einigen Ländern und Regionen Europas tatsächlich massiv und auch sehr erfolgreich in die Verbesserung der Wasserqualität investiert wird. In SOLUTIONS konnten wir zum Beispiel sehr schön zeigen, dass die Aufrüstung von Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe, wie sie die Schweiz beschlossen hat und auch umsetzt, die ökologische Qualität stromabwärts deutlich verbessern kann.
Im Projekt SOLUTIONS ist man seit 2013 der Frage nachgegangen, ob bislang die richtigen Schadstoffe in den Gewässern untersucht werden und welche Auswirkungen durch deren Wechselwirkungen entstehen. Welche wichtigen Ergebnisse hat das Projekt hervorgebracht?
Um diese Frage zu beantworten muss man vielleicht zuerst nochmal daran erinnern: In jeder Wasserprobe lassen sich zehntausende von verschiedenen Stoffen finden, bekannte und nicht bekannte, problematische, weniger problematische und unproblematische. Je nach betrachteter Wirkung dominieren dabei Einzelstoffe oder werden Effekte von der komplexen Mischung ausgelöst. Gleichzeitig ist der Chemikalienmarkt sehr dynamisch. Ständig werden neue Stoffe in den Verkehr gebracht, wegen neuer Nutzungen aber auch weil alte Stoffe reguliert und ersetzt werden müssen. Die Stoffe, die ein besonderes Risiko darstellen, sind dabei oft von Region zu Region und von Jahreszeit zu Jahreszeit sehr verschieden. Wenig dynamisch sind aber die politischen Prozesse, die dazu führen, dass Stoffe auf der Prioritätenliste landen und überwacht werden müssen.
Eine auf Einzelstoffen basierte Überwachung und Regulierung muss daher der Realität fast zwangsläufig hinterherhinken (und die falschen Stoffe messen). Wir schlagen daher vor, die einzelstoffbasierte Überwachung durch ein lösungsorientiertes chemisches und effektbasiertes Screening zu ergänzen. Auf diese Weise kann die chemische Belastung auf eine sehr viel umfassendere Weise erfasst werden. Auf dieser Grundlage lassen sich Managemententscheidungen besser treffen und verfügbare Ressourcen auf die Stoffe, Quellen und Wasserkörper lenken, die tatsächlich einer Verbesserung bedürfen.
SOLUTIONS hat dabei einen gut strukturierten Werkzeugkasten für lösungsorientiertes Monitoring entwickelt und in Fallstudien gezeigt, wie die Werkzeuge genutzt werden können, um die chemische Belastung zu erfassen und zu bewerten. Unterstützt wird dieser Werkzeugkasten durch einen Satz integrierter Vorhersagemodelle, die aus Emissions- und Nutzungsdaten sowie der Eigenschaften der Chemikalien wie der Flusssysteme Stoffe benennen können, die ein Risiko darstellen könnten und deshalb in die Überwachung einbezogen werden sollten. Die Anwendung der SOLUTIONS-Werkzeuge in bestimmten Wasserkörpern und in großen Flussgebieten hat natürlich auch dazu geführt, derzeit besonders gefährliche Stoffe auf verschiedenen Skalen zu identifizieren. Die Ergebnisse sind dabei zum Beispiel direkt in den Flussgebietsmanagementplan der Donau eingeflossen.
Das Projekt empfiehlt eine Umstellung von der Betrachtung einzelner Schadstoffe hin zu effektbasierten Methoden. Was verstehen Sie darunter?
Bisher werden Stoffe fast ausschließlich chemisch-analytisch überwacht, das heißt auf der Basis der Konzentration einzelner Stoffe. Eine gute Ergänzung stellt hier die Erfassung von Stoffen über ihre Wirkung auf Wasserorganismen oder Zellsysteme, die spezifische Effekte anzeigen, dar. Der große Vorteil besteht dabei darin, dass effektbasierte Methoden alle Stoffe, die eine bestimmte Wirkung zeigen, erfassen. Der Ersatz eines Pestizids durch ein anderes mit gleicher Wirkung scheidet damit als (Schein)lösung des Belastungsproblems aus. Mischungseffekte werden automatisch mit erfasst. Mit der Erfassung von Chemikalien über ihre Wirkung sollte es auch besser möglich werden, die chemische Belastung mit dem ökologischen Zustand eines Gewässers zu verknüpfen. Natürlich hat effektbasiertes Monitoring auch Nachteile. Es liefert kaum Informationen über die verursachenden Stoffe. Die brauchen wir aber oft, um gezielte, an der Quelle ansetzende Maßnahmen zu ergreifen oder das Verursacherprinzip anzuwenden. Aber auch hier hat SOLUTIONS Lösungen entwickelt. Wenn die Wirkungstests Alarm schlagen, haben wir ein umfangreiches Instrumentarium zur Verfügung um die Ursache zu identifizieren.
Welche Maßnahmen müssen jetzt folgen?
Derzeit steht eine Überarbeitung der WRRL an. SOLUTIONS hat hier eine ganze Reihe von Vorschlägen gemacht, die jetzt geprüft werden. Dies betrifft insbesondere die bereits diskutierte effektbasierte Überwachung der Wasserqualität. Neben der Umsetzung auf europäischer Ebene, die naturgemäß ein langwieriger politischer Prozess ist, ist es aber natürlich auch sehr wichtig, Partner zum Beispiel in den deutschen Bundesländern zu finden, die sich hier an die Spitze der Entwicklung für eine verbesserte Wasserqualität stellen und neue Ansätze bei der Gewässerüberwachung gehen wollen. Sehr hilfreich wäre es dabei, in Modellregionen intelligente Lösungen für eine nachhaltige Wassernutzung und bessere Gewässerqualität zu erproben, unter Einbeziehung der wichtigsten Akteure aus Landwirtschaft, Industrie, Gemeinden und Wasserwirtschaft. Die Wissenschaft kann hier wesentliche Beiträge zur Lösung liefern.