So sichert IoT den Zugang zu sauberem Wasser

Der fehlende Zugang zu Trinkwasser ist eines der größten Probleme, mit denen die Menschheit heute konfrontiert ist. Nach Angaben des World Wide Fund For Nature (WWF) haben weltweit etwa 1,1 Milliarden Menschen keinen Zugang zu Wasser. 2,7 Milliarden leiden mindestens einen Monat im Jahr unter Wasserknappheit. Angesichts des derzeitigen Verbrauchs wird sich die Situation wahrscheinlich noch verschlimmern – bis 2025 könnten zwei Drittel der Weltbevölkerung mit Wasserknappheit zu kämpfen haben, worunter die Ökosysteme sogar noch mehr leiden werden.

Viele Regionen sind derzeit auf Systeme angewiesen, die auf Basis von Handpumpen Wasser zum Trinken, Kochen und Baden bereitstellen. In vielen Fällen gibt es nur eine einzige solche Pumpe in der Gegend. Das stellt eine handfeste Gefahr dar, vor allem wenn es Probleme bei Betrieb und Wartung gibt. Fallen diese Pumpen aus, ist ein ganzes Dorf von der Wasserversorgung abgeschnitten – solange bis ein qualifizierter Techniker kommt und Reparatur durchführt, was Tage oder gar Wochen dauern kann.

Um die Lebensqualität dieser Menschen zu verbessern, hat die gemeinnützige Organisation charity: water mit Unterstützung von Cisco eine erweiterbare Lösung entwickelt, die den Wasserverbrauch und den Zustand der Handpumpen mithilfe von Internet-of-Things (IoT)-Sensoren in Echtzeit überwacht. „Wir haben 2012 begonnen, akademische Patente zu recherchieren, konnten aber nur Nachweise für grundlegende Konzepte finden, ohne das Potenzial, die Technologie in großem Maßstab zu nutzen. Es gab keine Sensoren für Handpumpen“, erklärt Christoph Gorder, Direktor von charity: water.

Daraufhin beschloss das Team, von Grund auf einen eigenen IoT-Sensor zu entwickeln, um Daten zu sammeln und an eine Cloud zu senden. Nach jahrelanger Entwicklung und mit Unterstützung des Global Impact Grant-Programms von Cisco war es möglich, India Mark II-Sensoren auf den Markt bringen. Diese können auch in abgelegenen Umgebungen mit wenigen Ressourcen arbeiten. Sie lassen sich ohne spezielle Arbeitskräfte oder Ausrüstung installieren. Zudem verfügen sie über Geolokalisierungsfunktionen, sodass die Sensoren leicht auf Karten angezeigt werden können. Das Erleichtert die Entsendung von Wartungsfachleuten erleichtern, falls dies erforderlich ist.

Die India Mark II-Sensoren können nach Angaben von Cisco Kennzahlen wie Wasserdurchfluss und -volumen erfassen und bis zu 13 Millionen Messwerte pro Tag aufnehmen. Die Daten werden komprimiert und in die Cloud übertragen (für nur wenige Cent pro Woche). Dort lassen sie sich mit fortschrittlichen Analyse-Tools verarbeiten. Benutzerdefinierte Informationen können über Dashboards angezeigt werden, um Wasserverbrauchsmuster besser zu verstehen und Versorgungsausfälle schnell zu erkennen. Darüber hinaus lassen sich aus diesen Daten wertvolle Berichte erstellen, die den Interessengruppen und Spendern von charity:water vorgelegt werden können.

Die India Mark II-Sensoren haben die Herausforderungen eines großflächigen Einsatzes in unwegsamen Gebieten gemeistert. Das bedeutet: Sie könnten ein sehr nützliches Instrument sein, um gefährdete Menschen auf der ganzen Welt zuverlässig mit Trinkwasser zu versorgen. Bereits Ende 2021 hat charity:water über 390 India Mark II-Sensoren nach Uganda geliefert. Die ersten Geräte wurden in der abgelegenen Region Karamoja im Nordosten Ugandas verteilt. Innerhalb von drei Tagen installierten lokale Teams die Sensoren in den Wassersystemen der Gemeinde und übermitteln seither Daten in Echtzeit, die interessante Erkenntnisse liefern: An einem Ort wurde zum Beispiel in der Silvesternacht ein deutlicher Anstieg des Wasserverbrauchs festgestellt.

„In der Welt der Daten beginnt man mit einer recht einfachen Vorstellung von dem, was man will, und stellt dann fest, dass es eine Fundgrube ist. Dieser Datensatz ist bereits der größte in der Geschichte der Wassernutzung in ländlichen Gebieten von Entwicklungsländern. Wir werden noch viel mehr über die Verbrauchsraten erfahren und darüber, welche Wasserstellen über- und welche nicht ausgelastet sind“, erklärt Gorder.

Die Wohltätigkeitsorganisation charity: water geht davon aus, dass mit den von den Sensoren gesammelten Daten zahlreiche Möglichkeiten erforscht werden können, wie z. B. das Training von Algorithmen zur Vorhersage von Ausfällen von Handpumpen. So ist es möglich, die Probleme von Wartungsteams proaktiv lösen zu können. Das spart Zeit und Geld – und gewährleistet vor allem den Zugang zu sauberem Wasser.

IoT und die Wasserversorgung

Das Internet der Dinge (IoT) birgt ein enormes Potenzial zur Verringerung von Wasserknappheit – und damit zur sicheren Versorgung. Intelligente Wasserüberwachungs- und -managementsysteme auf Grundlage von IoT-Sensoren können den Betreibern von Wasser- und Sanitärversorgungsunternehmen wirksame Mittel und Echtzeitdaten an die Hand geben. So lassen sich Wasserverteilungsnetze und die Qualität des verteilten Wassers messen, überwachen und sogar steuern. Das trägt maßgeblich zu einer Erhaltung der wertvollen natürlichen Ressource bei.

So tragen IoT-Lösungen zu einer nachhaltigen Wasserversorgung bei:

1. Verringerung von erhöhtem Verbrauch, der durch Lecks in den Verteilungsleitungen entsteht;

2. Überwachung der Wasserqualität, um Quellen zu schützen und die Ausbreitung von Krankheiten, die durch Wasserverschmutzung ausgelöst werden, zu reduzieren;

3. Effizienzsteigerung der Wasserversorgungssysteme, z. B. durch Kontrolle von Druck, Durchfluss, Temperatur und anderen Parametern sowie durch proaktive Wartung, um Unterbrechungen der Wasserversorgung zu vermeiden;

4. Sensibilisierung für den sparsamen Umgang mit Wasser durch den Einsatz intelligenter Zähler, die eine bessere Sichtbarkeit und Transparenz des Verbrauchs in Echtzeit gewährleisten.

Die Zahlen sprechen für sich: Das Segment der automatischen Zählerablesung (AMR), das eine automatische Zählerablesung ohne physische Inspektion ermöglicht, wird voraussichtlich eine jährliche Wachstumsrate von 4,9 % verzeichnen. Bis 2026 erreicht es wahrscheinlich einen Marktwert von 2,3 Milliarden US-Dollar. Auch das AMI-Segment (Advanced Metering Infrastructure) nimmt an Fahrt auf. Es umfasst Zwei-Wege-Kommunikationslösungen zwischen Messgeräten und Nutzern oder Versorgungsunternehmen und deckt Funktionen wie Zählerstände, Fehler- oder Leckerkennung, Anschluss/Trennung von Diensten und Diebstahl- oder Manipulationserkennung ab. In den nächsten sieben Jahren wird es wahrscheinlich eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 10,6 % verzeichnen: Man nimmt an, dass das Segment mit technologischen Fortschritten, Kostenvorteilen und neuen, sich entwickelnden Bedürfnissen der Versorgungsunternehmen an Schwung gewinnt.

Aber eines ist klar: Die wichtigsten Nachfragetreiber auf dem globalen Markt für intelligente Wasserzähler sind Wasserknappheit, Sparmaßnahmen, alternde Infrastruktur, rasche Urbanisierung, Leckagen, strenge staatliche Vorschriften und Maßnahmen zur Betriebsverbesserung.