Die mikrobielle Brennstoffzelle besteht aus einer Anode und einer Kathode, die dem Plus- und Minuspol einer Batterie entsprechen. Elektroaktive Mikroorganismen geben Elektronen an die Anode ab, wenn sie organische Abfallprodukte wie Pflanzenreste abbauen und so die Entstehung von Algenblüten verhindern. Zudem wird die Filterung des Teichwassers mit Energieerzeugung in Form von Strom gekoppelt. Elektroaktive Mikroorganismen können für vielfältige innovative Technologien genutzt werden und eröffnen so neue Perspektiven für eine biobasierte Kreislaufwirtschaft.

Die Speicherung thermischer Energie in Grundwasserleitern durch ATES-Systeme (Aquifer Thermal Energy Storage) bietet Potenzial für ein CO2-freies Wärmemanagement im urbanen Raum. In der warmen Jahreszeit wird der Aquifer mit Warmwasser „beladen“, das im Winter hochgepumpt wird. Im Winter kehrt sich der Prozess um. Oberflächennahe Aquifere sind jedoch häufig durch industrielle Altlasten kontaminiert, wodurch ihre Funktion als saisonale Wärmespeicher eingeschränkt ist. Im KONATES-Projekt wird untersucht, wie der zyklische Betrieb einer thermischen Bewirtschaftung mit einer gleichzeitigen Grundwassersanierung
kombiniert werden kann.

Die Dürren der letzten Jahre haben verdeutlicht, wie schnell der Grundwasserspiegel sinken und Wasser zu einer knappen Ressource werden kann – auch in unseren geografischen Breiten. Die Wiederverwendung von Wasser dezentral und vor Ort ist eine wichtige Maßnahme um Trinkwasserreserven zu schonen. Ein Sumpfpflanzendach kann hier gleich mehrere Funktionen übernehmen. Es reinigt Grauwasser (fäkalienfreies Haushaltsabwasser), kühlt an heißen Tagen die Umgebung und bietet Insekten Nahrung – stärkt also die urbane Biodiversität.

Der Klimawandel führt zur Verschiebung der Niederschlagsmuster: Dürren auf der einen und Starkregen auf der anderen Seite nehmen immer mehr zu. Innovative Methoden der Regenwasserbewirtschaftung werden entwickelt, um Trockenperioden besser zu meistern, um im Fall von Starkregen die Kanalisation zu entlasten und lokale Überflutungen zu vermeiden. Ein Retentionsgründach erhöht die Aufnahmefähigkeit eines Gründachaufbaus für Regenwasser um ein Vielfaches und dient zur kontrollierten Bewässerung der Gründachvegetation.

Baumrigolen – mit Bäumen bepflanzte unterirdische Wasserspeicher – sind Teil Blau-Grüner Infrastruktur. Mit ihrer Hilfe kann der Straßenabfluss kontrolliert werden, sodass bei Starkregen die Gefahr von Überschwemmungen in Städten sinkt. Mit dem Regenwasser gelangen organische Schadstoffe wie beispielsweise Reifenabrieb oder Kraftstoffauslauf in den Wurzelraum und können dort von der Mikroben-Gemeinschaft teilweise abgebaut werden. UFZ-Forschende testen, wie durch Zugabe von Pflanzenkohle und organischen Abbaustimulanzien dieser Schadstoffabbau optimiert werden kann.

Im Verbund mit anderen blau-grünen Infrastrukturen haben Gründächer neben ihrem optischen Reiz vielfältige positive Wirkungen auf das Stadt- und Gebäudeklima, die Artenvielfalt, auf das Regenwassermanagement, aber auch auf die Bauwerkserhaltung. Auf dem UFZ-Forschungsgründach ermöglicht umfangreiche Sensorik die Erstellung von Energiebilanzen und  Langzeitmessungen der Effekte, die verschiedene Dachbedeckungen auf das Mikroklima und die Biodiversität haben und wie sie als Regenwasserspeicher und Schadstoffsenke funktionieren.

Im Freiland wirken Schadstoffe auf aquatische Lebensgemeinschaften häufig bei weit niedrigeren Konzentrationen als in Labor-Systemen. Grund dafür ist die kombinierte Wirkung multipler Stressoren. Das UFZ Fluss-Experiment besteht aus 47 Rinnen mit einer Länge von je 14 Metern und bildet ein natürliches Bachsystem nach, in dem einzelne Parameter gezielt gesteuert und überwacht werden können. Die Ergebnisse werden – gekoppelt mit Laborversuchen – mit mathematischen Modellen verarbeitet und führen zu realistischeren Vorhersagen von Chemikalieneffekten in Ökosystemen.

Wissenschaftler:innen des UFZ entwickeln und erproben Messverfahren, um natürliche und anthropogene Prozesse und deren Auswirkungen zu beobachten. Dazu gehören Verfahren, mit denen der Boden in bis zu 30 m Tiefe sondiert wird, um sowohl die Beschaffenheit als auch Verunreinigungen des Untergrundes zu beschreiben. Auf dieser Testfläche erprobt das UFZ solche Sondierverfahren und weitere Sensortechnik. Dazu gehören Sensoren, die in einem Radius von bis zu 150 m mithilfe kosmischer Strahlung die Bodenfeuchte in der Wurzelzone erfassen können und somit Dürre-Vorhersagen verbessern. Außerdem werden Feinstaub- und Stickoxid-Sensoren getestet, um – gekoppelt mit künstlicher Intelligenz – Verkehrsströme in Leipzig und anderen Städten umweltsensitiv zu lenken.

Stadtbäume tragen dazu bei, dem Klimawandel zu begegnen und Städte lebenswerter zu machen. Sie kühlen die Umgebung durch Beschattung und Verdunstung, erhöhen die Artenvielfalt und machen Erholungsräume attraktiv. Um diese Funktionen optimal
zu erfüllen, benötigen Bäume ausreichend Platz, Boden und Wasser. Gemeinsam mit den Helmholtz-Zentren KIT und Hereon messen UFZ-Wissenschaftler:innen am Beispiel der Winterlinde, wie sich unterschiedliche Bewässerung im Sommer auf Saftfluss,
Stamm- und Wurzelwachstum sowie auf Lufttemperatur und -feuchte im Kronenraum auswirkt. Die Ergebnisse tragen zu einer nachhaltigen Stadtplanung und zu anpassungsfähigen Baumbewirtschaftungsstrategien bei.

Stadtbäume tragen dazu bei, dem Klimawandel zu begegnen und Städte lebenswerter zu machen. Sie kühlen die Umgebung durch Beschattung und Verdunstung, erhöhen die Artenvielfalt und machen Erholungsräume attraktiv. Um diese Funktionen optimal zu erfüllen, benötigen Bäume ausreichend Platz, Boden und Wasser. Gemeinsam mit den Helmholtz-Zentren KIT und Hereon messen UFZ-Wissen- schaftler:innen am Beispiel der Winterlinde, wie sich unterschiedliche Bewässerung im Sommer auf Saftfluss, Stamm- und Wurzelwachstum sowie auf Lufttemperatur und -feuchte im Kronenraum auswirkt. Die Ergebnisse tragen zu einer nachhaltigen Stadtplanung und zu anpassungsfähigen Baumbewirtschaftungsstrategien bei.