Forschung

Die Grenzen der Kreislauffähigkeit von Kunststoffen - Kunststoffrecycling kann gesteigert werden - Prof. Stefanie Hellweg

Lösungen für globale Herausforderungen

Das IfU fokussiert seine Forschung auf drei globale Herausforderungen "Grand Challenges". Ziel ist wesentliche Erkenntnis- und Lösungsbeiträge zu drängenden Fragen wie dem Umwelt- und Klimawandel zu leisten. Das IfU will damit Politik, Wirtschaft und Gesellschaft faktenbasierte Entscheidungen ermöglichen. An jeder Herausforderung arbeiten mehrere Lehrstühle des IfUs. Die drei Stossrichtungen unterstützen die Forschungsstrategie des D-BAUGs und der ETH Zürich.

Globale Herausforderung 1

Das IfU forscht in diesem Themenkreis interdiszuplinär an Themen wie Hydrologie, Wasserwirtschaft, aquatische Ökosysteme, Fernerkundung und Systemmodellierung.

Dies ist traditionell einer der stärksten Forschungsbereiche des IfU und wird auch in Zukunft eine große Rolle spielen. Die Themen reichen von der Verbesserung des Verständnisses hydrologischer Prozesse und ihrer Wechselwirkung mit Ökosystemen über das Management von Wasserressourcen, das Verständnis der Rolle von Mikroorganismen in aquatischen Ökosystemen, die Bereitstellung von Wasser- und Abwasserdienstleistungen in urbanen Gebieten bis hin zum Einsatz neuer Messmethoden und -technologien. Wir entwickeln Methoden zur integrierten Erdsystemmodellierung und Unsicherheitsfortpflanzung, die mechanistisch (physikalisch basiert) und in stochastischen Analysemethoden verwurzelt sind, aber auch anthropische Kontrollen berücksichtigen können. Gemeinsame Forschungsschwerpunkte sind:

Wassernutzung und -wiederverwendung in verschiedenen Maßstäben (Haushalt - Stadt - Einzugsgebiet), Steigerung der Wassereffizienz für die Abwasserentsorgung, Lebensmittel- und Energieproduktion bei gleichzeitigem Schutz der Umweltgesundheit.
Integrierte Flussgebietsanalyse zur Bewertung der Auswirkungen des zunehmenden anthropischen Drucks (Klima- und Landnutzungsänderungen, Bevölkerungsanstieg) auf terrestrische und aquatische Ökosysteme, mit dem Ziel, die Dynamik ökohydrologischer und ökohydraulischer Prozesse zu verstehen, die Wasserqualität zu erhalten, Lösungen zur Lösung von Wassernutzungskonflikten zu finden und die Herausforderung der Überwachung über räumliche und zeitliche Skalen hinweg zu bewältigen.
Bewertung der Umweltauswirkungen der globalen Ressourcennutzung, einschließlich Wasser-, Nahrungsmittel- und Energieressourcen (und deren Beziehung zueinander), Bodenerosion und Naturgefahren, z. B. durch Nutzung der Fernerkundung und neuartiger Sensornetzwerke, um Veränderungen im Zeitverlauf zu quantifizieren und genauere Vorhersagen zu treffen.

Beteiligte Lehrstühle:

Globale Herausforderung 2

Das IfU ist eines der führenden Institute bei der Entwicklung neuer Konzepte und Technologien für die Wasserwirtschaft und die Reduzierung der Luftverschmutzung.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind unter anderem:

Auf dem Weg zu null Abfall und null Emission: Saubere Produktion; Valorisierung von Abfällen, um maximalen Umweltnutzen (durch Substitution von Primärmaterialien und Energie) bei minimalen negativen Auswirkungen zu erreichen.
Nachhaltige Kreislaufwirtschaft: Entwicklung von Strategien für einen Übergang zu einem nachhaltigeren Ressourcenmanagement; Maßnahmen zur Sicherstellung hochwertiger und umweltschonender Ressourcenkreisläufe; Ressourcenrückgewinnung aus Abwasser zur Verbesserung der Wassereffizienz und zur Schließung von Nährstoffkreisläufen.
Verringerung der Verschmutzung und Verbesserung der Umwelt und der menschlichen Gesundheit: Quellenzuordnung; Transport, Verbleib und Folgenabschätzung für aquatische und luftgetragene Verschmutzung (z. B. PM2,5 und Ozon); Nutzung von Big Data, Sensorik und Modellierung zur Verfolgung von Material- und Schadstoffflüssen.

Beteiligte Lehrstühle:

Globale Herausforderung 3

Der Klimawandel, das Bevölkerungswachstum und die sozioökonomischen Faktoren gefährden die Lebensqualität vieler städtischer Gebiete. Das IfU forscht an tragfähigen Lösungen.

Der Klimawandel, die steigende Bevölkerung und der sozioökonomische Wandel setzen die Lebensqualität in urbanen Gebieten unter Druck. Parallel dazu hat der Aufbau von Infrastruktur den globalen Materialbedarf in den letzten zwei Jahrzehnten mehr als verdoppelt und ist der Haupttreiber des weltweit steigenden Ressourcenverbrauchs und der damit verbundenen Umweltbelastung (Global Resource Outlook 2019). Hier sind zukünftige umwelttechnische Lösungen gefragt, in den Megastädten und in der großen Zahl schnell wachsender Kleinstädte sowohl in Schwellenländern als auch in vielen OECD-Ländern. Diese Grand Challenge korrespondiert mit dem Sustainable Development Goal #11 und profitiert stark von den Forschungsaktivitäten innerhalb der anderen beiden Grand Challenges. Im Folgenden sind die Forschungsschwerpunkte des IfU aufgeführt:

Erhöhung der Wassersicherheit: Wasser spielt eine wesentliche Rolle für das städtische Leben. Überschwemmungen, Nahrungsmittelsicherheit, Stadthygiene und das Überleben selbst hängen vom richtigen Umgang mit Wasser ab. Moderne skalierbare Ansätze, von neuartigen kreisförmigen Wassersystemen bis hin zu besseren urbanen ökohydrologischen Modellen, versprechen, die Bandbreite an technischen Lösungen zu erhöhen, um eine größere Anzahl von Menschen mit essentiellen Gesundheits- und Sicherheitsdienstleistungen zu versorgen.
Auf dem Weg zu nachhaltigen Kreislaufstädten: Dieses Konzept zielt darauf ab, den gesamten Nettoressourcenverbrauch von Städten zu reduzieren, indem Gebäude- und Stadtplanung verbessert und zirkuläre Lösungen gefördert werden. Innerhalb des IfU haben wir nicht nur den Energiebedarf aller Schweizer Wohngebäude modelliert, sondern auch die entsprechenden Materialfluss- und Bestandsmodelle entwickelt. Diese Modelle erlauben es, die Sekundärressourcen im Gebäudebestand abzubilden und die Zeitpunkte, zu denen sie für eine Sekundärnutzung verfügbar werden. Innerhalb des Future Cities Laboratory und in Zusammenarbeit mit Architekten, Materialwissenschaftlern, Ökonomen und Informatikern sind weitere Forschungen geplant, um fortschrittliche digitale Plattformen und Werkzeuge zu entwickeln, die das Design von kreisförmigen Gebäuden unterstützen.
Anpassung und Transformation der Infrastruktur: Dies umfasst blaue und graue Infrastrukturen und die Analyse ihrer Rolle als Beitrag zur Wassersicherheit und zur Abschwächung des städtischen Wärmeinseleffekts. Dieser Bereich hat das Potenzial, Synergien mit vielen Forschungsbemühungen im BAUG zu schaffen. Die umfangreiche Erfahrung des IfU bei der Überwachung der Ausdehnung von Städten, ihrer Dichte, der Entwicklung der Infrastruktur, des Auftretens von Wärmeinseln und der Luftverschmutzung ist einer der wichtigsten Beiträge zu diesem Thema.

Beteiligte Lehrstühle: