Header-Foto: Michael Bußmann / Pixabay
Kaum etwas ist so wichtig wie Wasser. Dennoch gehen in den Wasserversorgungssystemen weltweit jährlich Milliarden von Litern Wasser durch Leckagen verloren. Die Lösung zur Verringerung dieser Leckagen ist vielschichtig, aber der Austausch bestehender Versorgungsleitungen durch molybdänhaltigen Edelstahl hat sich als äußerst erfolgreich erwiesen.
Ein Gastbeitrag von Karlee Williston, IMOA.
Im Durchschnitt verlieren kommunale Wasserversorgungssysteme ein Drittel ihrer aufbereiteten Wassermenge durch Leckagen, viele sogar mehr als die Hälfte. Durch diese Leckagen werden jedes Jahr Ressourcen in Milliardenhöhe verschwendet und Orte auf der ganzen Welt sind anfällig für Dürre und Wasserknappheit.
Obwohl die Methoden zum Auffinden und Reparieren von Lecks immer besser werden, sind viele zu klein, um sie zu lokalisieren. Durch diese winzigen Lecks wird oft über Jahre hinweg sauberes Trinkwasser
verschwendet. Das Aufspüren und Reparieren von Lecks belastet die Ressourcen der Wasserversorgungsunternehmen, die ohnehin schon stark beansprucht sind. In Gebieten mit wachsender Bevölkerung, Dürre oder schwindenden Ressourcen können Leckagen die Belastbarkeit in Krisenzeiten beeinträchtigen und die kontinuierliche Wasserversorgung gefährden.
In Gegenden mit Wasserknappheit, die von kommunalen Systemen versorgt werden, kommen verschiedene Methoden zum Einsatz, um die kostbare Ressource zu erhalten – von der Wiederverwendung von Regen- und Abwasser bis hin zur Einschränkung der Bewässerung von Pflanzen, der Autowäsche und sogar der Badezeiten der Bewohner. Aber was wäre, wenn Leitungssysteme den Verlust des Wassers, für dessen Aufbereitung und Verteilung sie bezahlen, verringern könnten? Einige Versorgungsunternehmen berichten, dass 95 Prozent aller Leckagen auf den letzten Metern des Verteilungsnetzes auftreten, in den Hausanschlussleitungen, die die Hauptleitungen mit den einzelnen Gebäuden verbinden. Könnte der Austausch von Hausanschlussleitungen durch „bessere“ Materialien die Lösung sein, um Wasserverlust zu verhindern?
Hausanschlussleitungen aus Edelstahl: Die Anfänge
Tokio war die erste Stadt, die die Vorteile von Edelstahlrohren erkannte. Angesichts des Bevölkerungswachstums und begrenzter Wasservorkommen beschloss das Tokyo Bureau of Water Works (TBWW), seine Ressourcen effizienter zu nutzen und Leckagen zu beseitigen. 1980 begann Tokio, Bleileitungen durch Edelstahlrohre des Typs 316 zu ersetzen, da diese stark, biegsam und hygienisch sind. In den 1990er Jahren wurden die Rohre durch Sicken verbessert, die das Biegen von Hand ermöglichten. Ihre Flexibilität reduzierte die Anzahl der benötigten Fittings und erhöhte die Widerstandsfähigkeit gegen seismische Aktivitäten. Diese teilgewellten Edelstahlrohre (Stainless Steel Partially Corrugated Tubing, kurz SPCT) ersetzten bis Anfang der 2000er Jahre 100 Prozent der Hausanschlussleitungen in Tokio.
Durch den Austausch der Hausanschlussleitungen, kombiniert mit Hauptleitungen aus duktilem Gusseisen, verbesserter Leckerkennung und schnellen Reparaturtechniken, konnte die Leckagerate von 15,4 Prozent im Jahr 1980 auf 3,7 Prozent im Jahr 2022 gesenkt werden. Insgesamt dokumentierte Tokio einen Rückgang der Reparaturfälle um 90 Prozent seit 1979, was jährliche Einsparungen von Hunderten Millionen USD ermöglichte.
Auch Taipeh, die Hauptstadt Taiwans, erzielte mit SPCT große Erfolge. 2002 führte eine schwere Dürre zu einer intermittierenden Wasserversorgung. Damals verlor Taipeh rund 28 Prozent seines Wassers durch Leckagen. Das Taipei Water Department (TWD) begann 2006 mit der Installation von SPCT im Rahmen eines 20-Jahres-Projekts zur Reduzierung von Leckagen. Bis 2022 wurden zwei Drittel des Systems durch Edelstahlleitungen ersetzt, wodurch die Leckagerate auf 11 Prozent sank. Während einer Dürre im Jahr 2014 konnte Taipeh seine Wasserversorgung aufrechterhalten und sogar überschüssiges Wasser an Nachbarregionen verkaufen. TWD verzeichnete in den letzten vier Jahren durchschnittlich nur 20 Leckagefälle pro Jahr bei den fast 200.000 installierten Edelstahl-Hausanschlüssen.
Alternative Materialien für Hausanschlussleitungen
Hausanschlussleitungen werden aus verschiedenen Materialien hergestellt, darunter Kunststoff, Kupfer, verzinkter Stahl und früher auch Blei. Kunststoffrohre wie Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und vernetztes Polyethylen (PEX) sind aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität und niedrigen Kosten weit verbreitet. Ihre Qualität variiert jedoch, was eine genaue Lebensdauerprognose erschwert. Häufige Ausfälle werden durch Versprödung und Risse verursacht, die auf chlorhaltiges Wasser und äußeren Druck zurückzuführen sind. In Gebieten mit kontaminierten Böden, wie z. B. ehemaligen Industriestandorten, können keine Kunststoffrohre verwendet werden,
da sie anfällig für das Eindringen schädlicher Kohlenwasserstoffe wie Benzin sind, die die Wasserversorgung kontaminieren können.
Auch Herbizide und Biozide können durch die Wand wandern. Einige Kunststoffrohre, wie PVC, sind in bestimmten Gebieten wegen ihrer hohen Durchlässigkeit verboten. Nahe der Oberfläche oder oberirdisch verlegte Versorgungsleitungen können bei einem Waldbrand schmelzen oder bei Frost bersten. Kunststoffe eignen sich auch weniger gut zur Erkennung von Lecks durch akustische Signaturen und Vibrationen, da die Schallausbreitung in diesen Materialien unterdrückt wird.
Kupferrohre sind leistungsfähig, aber in bestimmten Böden und Gewässern anfällig für Lochfraßbildung, was zu schwer zu findenden Leckagen führt. Edelstahl bietet die beste Festigkeit, Flexibilität, Langlebigkeit und Korrosionsbeständigkeit. SPCT-Rohre sind fast dreimal so stark wie Kupfer und viel stärker als PEX. Sie halten Erdbeben, Bodensenkungen, Verkehrsbewegungen und Frost stand, was sie zur besten Wahl für Versorgungsleitungen macht.
Inertheit ist entscheidend für Hygiene und Korrosionsbeständigkeit
Edelstahl ist in der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie weit verbreitet, weil er inert ist. Die Verbindung von Chrom im Edelstahl mit dem Sauerstoff in der Luft bildet eine Passivschicht auf der Edelstahloberfläche, die jegliche Reaktion mit externen Medien verhindert und Korrosion vorbeugt. Das Ergebnis ist ein praktisch nicht reaktives Material, das für den langfristigen Kontakt mit verschiedenen Trinkflüssigkeiten geeignet ist.
Obwohl alle nichtrostenden Stähle eine reaktionsträge Passivschicht aufweisen, bieten die verschiedenen Legierungen unterschiedliche Korrosionsbeständigkeiten. Tokio und Taipeh verwenden für ihre Versorgungsleitungen rostfreien Stahl des Typs 316, eine austenitische Legierung mit 2 Prozent Molybdän, die gegen Korrosion in Verbindung mit chlorhaltigem Stadtwasser und einer Vielzahl von Böden beständig ist. In 10-Jahres-Tests mit verschiedenen Arten von Metallrohren, die unterirdisch verlegt wurden, schnitt diese Legierung an zehn verschiedenen Teststandorten in Japan am besten ab, darunter einige mit sehr hohen Chlorid- und Sulfatkonzentrationen.
Hausanschlussleitungen aus Edelstahl 316 sind teurer als Kunststoffleitungen und manchmal teurer als Kupfer – so scheint es zumindest. Es gibt mehrere Gründe, warum die im Voraus berechneten Materialkosten nicht repräsentativ für die tatsächlichen Kosten sind: Die Materialkosten machen nur einen Bruchteil der gesamten Installationskosten aus, zu denen auch das Ausheben von Gräben, das Auffüllen um das Rohr mit frischem Zuschlagstoff und die Erneuerung der Straße gehören. Einige Versorgungsunternehmen fordern ein äußeres Schutzrohr, um ein Durchdringen durch lose Steine zu verhindern. Edelstahlwellrohre werden ähnlich wie Kupfer- oder PEXLeitungen verlegt, aber die Installation geht im Allgemeinen schneller, was die Arbeitskosten senkt. Dank seiner Haltbarkeit und Langlebigkeit sind die Wartungs- und Ersatzkosten für Edelstahl im Vergleich zu konkurrierenden Materialien drastisch reduziert. Gleichzeitig fallen weniger Reparaturen an, die oft Straßensperrungen und den Einsatz schwerer Fahrzeuge erfordern, was sowohl die Umwelt als auch die Menschen belastet. Schließlich ist die Einsparung von Wasser nicht nur ein finanzieller Vorteil, sondern verbessert angesichts der sich beschleunigenden Auswirkungen der globalen Erwärmung auch die Widerstandsfähigkeit der Wassersysteme und verringert den Druck auf eine zunehmend knappe Ressource.
Neue Märkte für SPCTs
Teilgewellte Edelstahlrohre haben gezeigt, dass sie gravierende Wasserverluste und hohen Wartungsaufwand beseitigen und vor seismischen Aktivitäten und Dürre schützen können. In Italien gibt es sowohl seismisch aktive als auch von Dürre heimgesuchte Regionen, die in vielen Fällen über veraltete Systeme versorgt werden. Die Besorgnis über die Wasserknappheit nach Jahren geringer Niederschläge führte zu Forderungen nach einer Modernisierung der Wasserverteilungssysteme des Landes.
Inzwischen haben mehrere italienische Wasserbehörden SPCT getestet. Vier Versorgungsunternehmen prüfen derzeit den nächsten Schritt: Machbarkeitsstudien mit mehreren hundert SPCTAnschlüssen. Es wurde eine Lieferkette eingerichtet, um den Markt zunächst mit Importen zu bedienen, bis die Nachfrage groß genug für eine lokale Produktion ist. CPC Inox, ein potentieller italienischer SPCT-Hersteller, erhielt im Herbst 2023 auf der Wassermesse ACCADUEO in Bologna den BFWE-Innovationspreis für Materialien für das SPCT-System.
Eine regionale Lieferkette entwickelt sich auch in Zhuhai, China, wo eine Fabrik jetzt SPCT sowohl für den lokalen Markt als auch für den Export herstellt. Es wurden offizielle Leitlinien für Installateure veröffentlicht, um die Einführung der Technologie zu unterstützen. SPCT wurde auch bei einer Präsentation auf einer bedeutenden Wasserkonferenz hervorgehoben, an der Branchenexperten und Entscheidungsträger aus dem ganzen Land teilnahmen. Mehrere chinesische Versorgungsunternehmen sowie australische Wasserbehörden sind dabei, mögliche Versuche zu evaluieren.
Hausanschlussleitungen aus Edelstahl sind nicht teuer; je nach Standort erhöhen sich die anfänglichen Projektkosten nur um 10 bis 20 Prozent. Bei einer voraussichtlichen Lebensdauer von 100 Jahren führen Einsparungen durch die Reduzierung von Wartungs- und Reparaturarbeiten, Leckagen und Energieverbrauch dazu, dass die Betriebskosten für Hausanschlussleitungen aus rostfreiem Stahl niedriger sind als bei konkurrierenden Materialien. Teilgewellte Edelstahlrohre sind zudem am Ende ihrer Lebensdauer vollständig recycelbar. Da Regierungen und Organisationen ihre Wassereffizienz überdenken, bietet Edelstahl eine noch nie dagewesene Möglichkeit für langlebigere, widerstandsfähigere und nachhaltigere Verteilungssysteme.
Über den Artikel der Woche
Jede Woche beleuchten wir im Artikel der Woche ein spannendes Thema für die Edelstahlbranche. Weitere Artikel finden Sie auch in unserer Zeitschrift Edelstahl Aktuell. Um diese und viele weitere Artikel (fast) monatlich zu lesen, abonnieren Sie unsere Zeitschrift (erhältlich in Print und digital).
Möchten Sie als Autor mitwirken? Bitte kontaktieren Sie Sonja Wingels.
Jede Woche teilen wir einen neuen Artikel mit unserer Edelstahl Community. Machen Sie mit und lassen Sie uns Ihren Artikel auf Edelstahl Aktuell online und in gedruckter Form veröffentlichen.