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Technischer Schnee

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Ohne Beschneiung wäre heute vielerorts kein Wintersport mehr denkbar. Wir arbeiten an neuen Beschneiungstechniken, die weniger Energie und Wasser benötigen. Und wir untersuchen die Auswirkungen der technischen Beschneiung auf die Ökosysteme.

 

Zur Herstellung von technischem Schnee werden winzige Wassertropfen in die kalte Luft gesprüht. Die Tropfen gefrieren und treffen als kleine Eiskugeln auf dem Boden auf. Natürlicher Neuschnee bildet sich durch Resublimation von Wasserdampf an Kristallisationskernen. Technischer Schnee dagegen entsteht durch das direkte Gefrieren von flüssigem Wasser. Er besteht also aus kleinen Eiskügelchen, die von aussen nach innen gefrieren. Deswegen ist technischer Schnee dichter und härter als natürlicher Neuschnee und eignet sich besser für Schneesportpisten, denn diese müssen sehr kompakt präpariert werden, um der Beanspruchung durch WintersportlerInnen gerecht werden.

 

Beschneiungsanlagen

Heute werden primär Beschneiungsanlagen mit Düsentechnik eingesetzt, um technischen Schnee herzustellen. Dabei wird Wasser durch Düsen in die Luft gespritzt und bildet Wassertropfen. Gleichzeitig sprüht man durch kleinere Düsen ein Druckluft-Wasser-Gemisch. Diese mikroskopisch kleinen Tröpfchen gefrieren sofort zu Eiskörnchen. Die Eiskörnchen dienen dann als Gefrierkeime für die grösseren Wassertropfen (siehe auch Abb. 3). Dank der Keimbildung ist es möglich, Schnee bis zu einer Temperatur von knapp unter 0° C zu produzieren (üblicherweise würde das Wasser erst unter -7° C gefrieren).
In der Weiterentwicklung der Beschneiungstechnik liegt viel Potenzial um Energie einzusparen.

In Zusammenarbeit mit Industriepartnern und der Fachhochschule Nordwestschweiz haben wir den gesamten Gefrierprozess der Beschneiung modelliert und mit Feld- und Laborexperimenten überprüft. Das Resultat war ein Schneilanzenkopf namens NESSy (Abb. 1), der bei der  Schneeerzeugung bis zu 80% weniger Energie verbraucht.

In einem Nachfolgeprojekt haben wir mit NESSy Zero E  (Abb. 2) eine Schneilanze entwickelt, welche die benötigte Energie vollständig aus der Umgebung bezieht. Wenn das Wasser aus einem höher gelegenen Speichersee zur Schneilanze herunterfliesst, muss die Druckluft nicht mehr mit Kompressoren erzeugt werden. Die potentielle Energie durch den Höhenunterschied reicht dafür aus, und der gesamte Stromverbrauch, aber auch die Infrastruktur für die Druckluft lassen sich so einsparen (zur Funktionsweise siehe Abb. 3). Nessy Zero E wird bereits in Melchsee Frutt zum Beschneien eingesetzt.

Ökologische Auswirkungen

Die technische Beschneiung hat vielfältige ökologische Auswirkungen. Zum Beispiel kann die zusätzliche Schneemenge Boden und Vegetation vor mechanischen Verletzungen durch Pistenfahrzeuge oder auch vor Bodenfrösten schützen. Gleichzeitig zeigen unsere Untersuchungen, dass Pisten mit technischem Schnee bis zu 4 Wochen später ausapern. Die verkürzte Vegetationsperiode und auch die erhöhte Wassermenge beeinflussen die Pflanzenzusammensetzung. Ausserdem hat technischer Schnee einen höheren Nährstoffeintrag, da das Wasser nicht aus der Atmosphäre, sondern meist aus Speicherseen stammt.  Der höherer Nährstoffeintrag  und die verkürzte Vegetationsperiode können längerfristig zu geringerer Artenvielfalt auf Skipisten führen.

Ressourcenverbrauch

Der Energieverbrauch für die technische Beschneiung variiert sehr stark mit den verwendeten Geräten. Während NESSy Zero E ohne zusätzliche Energie auskommt, haben grosse Propellermaschinen eine Leistungsaufnahme von bis zu 20 kW pro Stunde. Werden diese Maschinen bei hohen Temperaturen eingesetzt, verschlechtert sich das Verhältnis zwischen produziertem Schnee und Energieverbrauch noch weiter. Viel Energie wird auch benötigt, wenn Wasser aus dem Tal auf den Berg gepumpt werden muss. Daher behelfen sich viele Skigebiete mit Speicherseen, in denen während des Sommers Wasser gesammelt wird.
Während der Energieverbrauch der einzelnen Geräte in den letzten Jahren teilweise gesenkt werden konnte, ist der Wasserverbrauch für die technische Schneeproduktion noch immer beträchtlich. Für die Beschneiung in Davos wird zum Beispiel jährlich rund ein Fünftel des gesamten Wasserverbrauchs der Landschaft Davos versprüht. Da die Gewässer im Winter generell weniger Wasser führen, ist es ökologisch sehr wichtig, dass die Restwassermenge (d.h. die Wassermenge, die gesetzlich in den natürlichen Gewässern verbleiben muss) eingehalten wird. Hier sind Lösungen gefragt, die ökologisch verträglich sind und die verschiedenen Nutzungszwecke wie Bewässerung in der Landwirtschaft, Stromerzeugung, Trinkwasser und Beschneiung unter einen Hut bringen.
Unsere Untersuchungen zeigen, dass während dem Beschneien selbst 15 bis 40 % des Wassers durch Verdunstung und Wind verloren gehen. Deshalb untersuchen wir, wie der Wasserverlust mit den Wetterbedingungen und den Einstellungen der Schneilanze zusammenhängt. Wir erwarten, dass wir mit diesen Daten die Effizienz der Beschneiungstechnologie verbessern können.

 

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