Waldbrandbekämpfung macht erfinderisch

Ob in Kanada, Kalifornien, im Mittelmeerraum, im Harz oder in Brandenburg – in vielen Regionen Deutschlands und weltweit beherrsch(t)en großflächige Waldbrände die Schlagzeilen in jüngster Vergangenheit. Dem ein oder anderen im Gedächtnis sind sicherlich noch die Bilder der diesjährigen Oscar-Verleihung vom 02. März, bei der sich die Prominenz aus Film und Fernsehen bei den Einsatzkräften von Los Angeles für deren Arbeit bei den Bränden Anfang 2025 mit stehenden Ovationen bedankte. Doch wir brauchen dieser Tage gar nicht so weit über „den großen Teich“ schauen. Durch die spärlichen Niederschläge der letzten Wochen gab es vor wenigen Tagen auch in Südtirol sowie kleinräumig nahe des Wendelsteins bei Bayrischzell die ersten lokalen Waldbrände in diesem Jahr. 

In der Wissenschaft unstrittig ist, dass die Folgen des Klimawandels ihren Teil dazu beitragen. Hitze, Trockenheit und stark böiger Wind aus unterschiedlichen Richtungen machen Brände gerade im Sommer oft zum Inferno. Unzugängliche Regionen, ein steiles Relief, fehlende Infrastruktur oder ungünstige Bodenbeschaffenheit: Faktoren wie diese erfordern nicht selten den – zumindest unterstützenden – Einsatz von Löschflugzeugen, da die Feuerwehrkräfte am Boden rasch an Grenzen stoßen können. Laut einer kürzlich erfolgten Pressemitteilung ist es Forschenden des Frauenhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik / Ernst-Mach-Institut (EMI) und des Start-Up CAURUS Technologies GmbH nun gelungen, diese Löscharbeiten geradezu zu revolutionieren. Gemeinsam entwickeln sie ein innovatives Löschverfahren, mit dessen Hilfe sich großflächige Feuer effizienter aus der Luft bekämpfen lassen. Das modulare System, bestehend aus Hard- und Software, vereint Digitaltechnologie mit innovativen Löschansätzen und ergänzt die herkömmlichen Löschmethoden. Das Frauenhofer AHEAD-Programm fördert das Projekt. 

Hoher Löscheffekt durch gezielt erzeugte Wasser-Aerosol-Wolke

Die heutige Technik der luftgestützten Brandbekämpfung stammt größtenteils noch aus den 70/80er-Jahren. Noch immer fliegen Helikopter oder Flugzeuge mit Löschwasser-Tanks über die brennenden Wälder. Bei einer Flughöhe von 40 bis 50 Metern öffnen die Piloten den Boden des Eimers. Winde und Thermik verwehen das Löschwasser, das sich dann großflächig verteilt. Infolgedessen landet nur eine geringe Menge tatsächlich in den Flammen. Als Löschmittel wurde reines Wasser, welches beim Abwurf rasch zu verdampfen droht, bevor es den eigentlichen Brandherd erreichte, schon damals durch ein robusteres Wasser-Chemikalien-Gemisch ersetzt. Worin besteht nun der Mehrwert der neuen Methodik? „Wir können Feuerwehren bessere und nachhaltigere Löschmethoden an die Hand geben und die Löschwassermenge mit verbesserter Abwurfpräzision durch digital gestützte Steuerung zielgenau einsetzen“, sagt Dr. Dirk Schaffner, Wissenschaftler am Frauenhofer EMI in Freiburg. 

Die Projektpartner arbeiten außerdem an einem Öffnungsmechanismus, der eine deutlich effizientere Löschwolke hervorruft. Dieser ermöglicht sowohl möglichst kleine, feine Wassertröpfchen als auch die präzise Platzierung der Löschwolke nahe am Brandherd. „Löschwolke“ also deshalb, da das Wasser vor dem Abwurf gewissermaßen „zerstäubt“ wird und als feiner Nebel die Glutnester erreicht. Diese Faktoren beeinflussen den Löscherfolg entscheidend, indem sie helfen, die Temperatur des Feuers schnell zu senken und unter den Entzündungspunkt zu bringen sowie dem Feuer breitflächig den benötigten Sauerstoff zu entziehen (Löschen durch Ersticken). „Durch den Mechanismus können wir gezielt eine Wasser-Aerosol-Wolke erzeugen, die in einer Höhe von einigen Metern über oder in den Flammen aktiviert wird. Das Wasser wird so nicht vorher auseinandergetrieben, sondern in einem Sack bis knapp über dem Brand zusammengehalten. Nahezu 100 Prozent der Wassermenge landen zielgenau in den Flammen“, so Schaffner. Rein bildlich betrachtet kann man sich das quasi wie bei einer Mammatuswolke (siehe dazu Thema des Tages vom 01.09.2018) vorstellen, an dessen Unterkante ebenfalls Wassertröpfchen sackartig zu Boden stürzen (dabei allerdings verdunsten). 

Von einer Wasser-Aerosol Wolke wird deshalb gesprochen, da gerade in der Umgebung von Waldbränden sehr viele Luftpartikel (Aerosole) in der Atmosphäre vorkommen, an denen sich die Wassertröpfchen anlagern können. Mit dieser Wolke gelingt es, dem Feuer sehr schnell die Hitze zu entziehen. „Die Wärmetransferrate, mit der man Energie aus einem System nehmen kann, ist oberflächenabhängig. Je mehr Oberfläche das aufnehmende Medium zur Verfügung stellt, desto schneller wird die Wärmeenergie aus dem brennenden in das aufnehmende Medium transferiert. Und die Aerosol-Wolke weist eine extrem hohe Oberfläche auf“, erläutert der Forscher. Mit einer Aerosol-Wolke lasse sich also eine deutlich höhere Wärmetransferrate erreichen als mit einem „Block“ Wasser. Auch die Verdrängung von Sauerstoff funktioniere sehr gut, wodurch sich der Verbrennungsprozess abschwäche. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Kompatibilität der neuen Methode mit erfolgreichen, bestehenden Löschtaktiken am Boden und der Sicherheit aller Einsatzkräfte. 

Löschflugzeug bei der Brandbekämpfung am 22.07.2007 auf Samos (Griechenland). Quelle: Steffen Temp (Wikipedia)

Effizienz des Wassereinsatzes vervielfacht sich 

Die neue Technologie beziehungsweise die Aerosolisierung kommt heute bereits in Hochdruck-Dispersionsdüsen, die die Feuerwehr am Boden nutzt, zum Einsatz – die Forschenden am Frauenhofer EMI und CAURUS Technologies wenden sie nun erstmals in der Luft an und erweitern damit die Einsatzgebiete erheblich. Im Prinzip läuft es wie bei der Tröpfchenbewässerung in der Landwirtschaft, bei der auch mit höchster Effizienz ohne große Verluste direkt an der Wurzel bewässert wird. Aufgrund von Studien erwarten die Projektpartner eine um fünf- bis zehnfach erhöhte Löschwirkung im Vergleich zum aktuellen System. „Pro eingesetztem Liter Wasser können wir ein fünf- bis zehnfach größeres Feuer mit dem neuen Verfahren löschen“, betont Schaffner einen wesentlichen Vorteil der Technologie angesichts weltweit immer knapper werdender Wasserressourcen. Auch die Sicherheit der Einsatzkräfte ist gewährleistet, da sie nicht unnötig nah an die Brandherde heranfliegen müssen und höhere Abwurfdistanzen einhalten können. Ein weiterer Pluspunkt: Die neue Löschmethode trägt zur Reduktion von Kohlenstoffdioxid bei, da sich Vegetationsbrände deutlich schneller eindämmen lassen. Denn Waldbrände sind ein immenser CO2-Verursacher: Im Durchschnitt wurden in den letzten 20 Jahren 6,9 Gigatonnen CO2-Emissionen pro Jahr durch Waldbrände freigesetzt. Das entspricht mehr als dem Doppelten der Emissionen aller 27 Mitglieder der Europäischen Union im gleichen Zeitraum. 

Erste Prototypen des innovativen Löschverfahrens wurden bereits erfolgreich getestet, aktuell arbeiten die Projektpartner an einem Demonstrator. Bleibt zu hoffen, dass der Ernstfall in den kommenden Wochen und Monaten möglichst ausbleibt. Doch bei allem technologischen Fortschritt darf eines nicht vergessen werden: Die finanziellen Aufwendungen für ein komplettes Umrüsten der gesamten Löschflugzeugflotte dürften nicht unerheblich sein. Und: Trotz meteorologisch „günstiger“ Randbedingungen wie langanhaltende Trockenheit, Hitze und starke Winde ist die Hauptursache der allermeisten Waldbrände in letzter Konsequenz auf unachtsames, fahrlässiges oder gar mutwilliges Verhalten der Menschen zurückzuführen! Hier beginnt bei allem technologischen Fortschritt die eigentliche Prävention. 

Dipl.-Met. Robert Hausen
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 10.03.2025
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