Der Sensorfisch: Artenschutz im Taschenformat

  Sensorfisch in einem Versuchsbecken Urheberrecht: Elena Klopries

Trotz ihrer zunehmenden Bedeutung für die Energiegewinnung im 21. Jahrhundert geraten „grüne“ Technologien immer wieder ins Visier von Naturschützern. Ein bekanntes Beispiel sind Windräder, die für Rotmilane oder Fledermäuse fatale Folgen haben können. Weit weniger im Fokus der öffentlichen Wahrnehmung stehen Wasserkraftanlagen. Diese können eine ernsthafte Gefahr für verschiedene Fischarten darstellen, weil es für die Tiere häufig nicht möglich ist, die Kraftwerke unbeschadet zu passieren. Das von ERS geförderte interdisziplinäre Projekt „Sensorfisch“ an der RWTH Aachen möchte zur Lösung dieses Problems beitragen.

 

Was ist der Sensorfisch?

Stolz zeigt Elena-Maria Klopries, Doktorandin am Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, das Gerät, das sie seit etwa anderthalb Jahren in ihrer Forschung einsetzt. Ein wenig erinnert der Sensorfisch in Größe und Aussehen an ein Filmdöschen. Doch das unspektakuläre Äußere trügt: das kleine Gerät ist vollgepackt mit hochempfindlichen Sensoren, mit denen sich unterschiedlichste Daten wie Druck, Beschleunigung, Rotation und Temperatur messen lassen [Abb. 1 und 2]. Durch den Einsatz des Sensorfisches in einem speziellen Versuchsaufbau, einer sogenannten Strömungsrinne [Abb.3], lässt sich der Weg eines Fisches durch die verschiedenen Bereiche eines Kraftwerkes nachbilden und somit im Detail messbar machen. Die Forschungsarbeit mit lebenden Tieren lässt sich dadurch zwar nicht vollständig ersetzen, aber doch – unter Einhaltung strenger Richtlinien – auf ein absolutes Minimum reduzieren.

Artensterben als Ausgangsproblem: Warum ist Forschung mit dem Sensorfisch wichtig?

Für Fische, die entlang eines natürlichen Fließgewässers wandern, kann die Passage einer Wasserkraftanlage problematisch werden, wenn sie in die Turbinen gelangen und dort geschädigt werden. Besonders problematisch ist dies für Wanderfischarten, die zur Fortpflanzung aus den Flüssen ins Meer abwandern müssen und durch die Schädigung in ihrem Populationsbestand gefährdet werden. Sogenannte Rechen können dabei helfen, die Fische vor der Turbinenschädigung zu schützen. Ursprünglich sind diese zum Filtern von Ästen und Treibgut aus dem Wasser vorgesehen, um die Turbine vor Schäden zu bewahren. Mit ausreichend geringen Stababständen können die Rechen aber auch helfen, Fische vor dem Eintritt in die Turbine zu bewahren [Abb. 4]. Werden Rechen jedoch falsch dimensioniert, können die Fische auch an der eigentlichen Schutzeinrichtung Schädigungen erleiden. Es ist daher von großer Bedeutung die Rechen so zu dimensionieren, dass sie neben den baulichen Anforderungen auch die Anforderungen der Fische berücksichtigen.

Wie genau dient der Sensorfisch dem Tierschutz?

Verletzung oder gar Tod der Fische beim Passieren des Kraftwerks – das soll der Sensorfisch vermeiden helfen, sagt Klopries: „Nach Auswertung der Daten kann ich Aussagen darüber treffen, wo und unter welchen Bedingungen der Fisch auf Anlagenteile prallt oder wo genau sich die Druckverhältnisse schlagartig ändern – das nämlich birgt für den Fisch ein hohes Verletzungsrisiko.“ Dies gilt vor allem für die Turbinen, welche den ursprünglichen Einsatzbereich der Sensorfische darstellen. Sie können aber auch dabei helfen, die Belastungen der Fische beim Kontakt mit dem Rechen zu ermitteln. An den entsprechenden Stellen könnten dann in einem späteren Schritt Optimierungen vorgenommen werden.

Forschung mit dem Sensorfisch als interdisziplinäres …

Für ihre Versuchsdurchführungen steht den Forschenden eine 2200 Quadratmeter große Halle mit Strömungsrinnen und verschiedenen anderen Versuchsaufbauten zur Verfügung [Abb. 5]. Hier verbringt Elena-Maria Klopries nicht selten einen erheblichen Teil ihrer Wochenarbeitszeit. Über ihre Ergebnisse tauscht sie sich danach regelmäßig mit anderen beteiligten Kolleginnen und Kollegen aus. Verschiedenste Disziplinen sind in das Forschungsvorhaben eingebunden: Ingenieure, Verhaltensbiologen, Elektro- und Regelungstechniker bis hin zu Feinmechanikern und Maurern, die am Auf- und Umbau der Versuchshalle mitwirken.

… und internationales Projekt

Da die Technologie für den Sensorfisch ursprünglich aus den USA stammt, ist durch das Projekt außerdem eine Kooperation mit amerikanischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern entstanden. Dr. Zhiquin (Daniel) Deng vom Pacific Northwest National Laboratory, kurz PNNL, – dem Entwicklungsort der Sensorfische – besuchte das Institut für Wasserbau im August 2016 für gemeinsame Forschungen und einen Ideenaustausch [Abb. 6]. Elena-Maria Klopries erwiderte diesen Besuch von Juli bis September 2017 durch einen Auslandsaufenthalt am PNNL, während dessen sie den Einsatz der Sensorfische an amerikanischen Wasserkraftanlagen mit planen und durchführen konnte. „Die in Amerika gewonnenen Kenntnisse lassen sich allerdings nicht einfach so auf Deutschland übertragen,“ erklärt Klopries, „denn dort sind die Kraftwerke um ein Vielfaches größer als hier und die Randbedingungen sind ganz anders.“

Langfristige Bedeutung des Sensorfisch-Projekts

Es bleibt also positiv festzuhalten: Projekte wie der Sensorfisch tragen durch die Vernetzung mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Ausland dazu bei, die Sichtbarkeit der RWTH in der weltweiten Forschungslandschaft zu erhöhen. Gleichzeitig haben alle beteiligten WissenschaftlerInnen die Möglichkeit, voneinander und miteinander zu lernen. Auch wenn es für Elena-Maria Klopries und ihre Mitstreiter noch eine Menge zu erforschen gibt, die Relevanz derartiger Projekte steht außer Frage. Die jüngsten Erkenntnisse über die massive Dezimierung des heimischen Insektenbestands in den letzten drei Jahrzehnten bestätigen einmal mehr: Um das ökologische Gleichgewicht dauerhaft zu erhalten, müssen menschengemachte Umweltbeeinträchtigungen so minimal wie möglich gehalten werden. Daran müssen Politik und Forschung fortlaufend arbeiten. Fest steht: Das Sensorfischprojekt ist ein wertvoller Beitrag dazu!

   

Weiterführende Literatur

Klopries, E.-M.; Kroll, L.; Jörgensen, L.; Teggers-Junge, S.; Schüttrumpf, H. (2016): 20 Jahre aktive Partnerschaft für den Aal an Mosel und Saar. Aalschutz-Initiative Rheinland-Pfalz & innogy SE: Landesamt für Umwelt Rheinland-Pfalz