“Kunstschnee und Skitourismus können allgemein schwer als umweltfreundlich bezeichnet werden. Es gibt dabei einen großen Energie- und Wasseraufwand. Eine Optimierung von bestehenden Systemen zu weniger Ressourcenaufwand und weniger Eingriff in die Umwelt ist jedoch als umweltfreundlicher Ansatz zu sehen”, sagt Professor Hinrich Grothe, Leiter der Forschungsgruppe Physikalische Chemie von Aerosolpartikeln an der TU Wien.
Eine gängige Lösung, den Ressourcenaufwand zu reduzieren, sind Zusatzstoffe, die das Gefrierverhalten im Bereich von null bis Minus acht Grad Celsius verbessern. Allerdings sind diese in manchen Ländern gesetzlich verboten – auch in Österreich. Das heißt, der Kunstschnee besteht – wie der natürliche Schnee – aus reinem Wasser.
Professor Grothe sucht nach Methoden, mit denen man die Erzeugung von Kunstschnee ohne Additive optimieren kann. Im von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unterstützten Projekt EarlySnow forscht er, inwieweit kleine Anpassungen, die wenig Eingriff erfordern, einen Einfluss auf das Gefrierverhalten haben. Professor Hinrich Grothe und Teammitglied Philipp Baloh im Interview:
Was ist das Problem von Additiven in Kunstschnee?
Die Frage, ob die aktuell relevanten Additive und insbesondere Snomax® ein Problem sind, ist eher an Ökologen und Mikrobiologen zu richten und wird von diesen Experten kontrovers diskutiert. In kurzer Fassung ist es so, dass das Ausgangsbakterium für Snomax® ein pflanzenpathogener Keim mit der Bezeichnung Pseudomonas Syringae ist. Das Bakterium kommt auch natürlich vor und ist ubiquitär in nahezu jeder Wasserlacke in unterschiedlicher Konzentration zu finden. Nun ist der Keim im Produkt Snomax® aber grundsätzlich abgetötet und nicht aktiv. Trotzdem stellt sich die Frage, ob inaktive Bestandteile oder Fragmente die örtliche Ökologie und den Menschen beeinflussen können, da sie ja in durchaus größerem Umfang eingebracht werden. ( Lagriffoul et. al, 2010. Bacterial-based additives for the production of artificial snow: what are the risks to human health? Sci. Total Environ. 408, 1659–1666). Egal welcher Natur ein Additiv ist – anorganisch, organisch oder biologisch – es sollten grundlegende Forschungen zu möglichen Risiken und Einflussnahme auf Mensch und Natur gemacht werden, da sie ja großflächig ausgebracht werden.
Foto: Das Rotmoostal mit der Rotmoosache Anfang Juni. Die Rotmoosache in Obergurgl ist eine der Quellen, die zur Beschneiung im Skigebiet Obergurgl verwendet werden. Links im Bild ist ein Beschneiungsteich/Wasserreservoir in welchem Wasser zur Beschneiung gespeichert wird. Hier wurden Wasser und Schneeproben an Zuflüssen, Hauptstrom und Speicherteich entnommen.
Was passiert, wenn man bei der Erzeugung von Kunstschnee auf Additive verzichtet?
Bei Bedingungen knapp unter null Grad Celsius lässt es sich schlecht beschneien. Den Wassertropfen fehlen in ihrer kurzen Aufenthaltsdauer in der Luft entsprechend aktive Eiskeime (Ice nucleating particles – INPs) um innerhalb der Flugdauer zu gefrieren. Im schlechtesten Fall kommen die Tropfen unterkühlt (mit -x Grad Celsius) am Boden an und frieren dort augenblicklich zu einer Eisfläche aus.
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Sind starke INPs vorhanden, friert der Tropfen schneller. Der gefrorene Tropfen verdampft weniger Feuchtigkeit und mehr des eingesetzten Wassers erreicht den Boden als Kunstschnee.
Aber auch ohne kommerzielle Additive sind in jedem eingesetzten Wasser INPs vorhanden, die Frage ist nur wie aktiv sie sind.
Es sind spezielle meteorologische Verhältnisse, bei denen Nachteile entstehen?
Kunstschnee lässt sich auch ohne Zusätze erzeugen. Allerdings ist dies mit höherem Energie- und Wasserverbrauch verbunden. Denn bei hoher Luftfeuchtigkeit und Lufttemperaturen an die null Grad Celsius verringern sich sowohl die Schneeausbeute als auch die Qualität des Schnees.
Welche Problemlösungen bieten bestehende Beschneiungssysteme?
Auch wenn wir auf diesem Gebiet forschen, muss gesagt werden, dass Additive nur einen kleinen Prozentsatz des Erfolgs bei Beschneiungssystemen ausmachen. Der größte Einflussfaktor ist das Wetter. Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen niedrig sein. Daher ist Zeitplanung wichtig und die Skigebiete beschneien dann, wenn es die Wetterlage zulässt. Das betrifft besonders die ersten Wochen der Saison, in denen eine durchgehende Schneedecke als Unterlage zu schaffen ist.
Eine weitere Lösung ist das fine tuning von physikalischen Parametern wie Tröpfchengröße, Wurfweite und Verweildauer. Das sind Aspekte, die unter anderem von den Schneekanonenherstellern optimiert werden.
Es gibt auch Beschneiungssysteme, mit denen man selbst bei ungünstigen Bedingungen Schnee ohne Zusätze künstlich erzeugen kann – und zwar mithilfe einer Überschallexpansion. Allerdings ist dies mit erhöhtem Energieaufwand verbunden.
Im Projekt EarlySnow wurden zweierlei Beschneiungssysteme verwendet: die künstliche Schneewolke (von Michael Bacher) und der Snowy (von Frank Wille). In der künstlichen Schneewolke wird Pulverschnee in sehr hoher Qualität aber geringer Quantität erzeugt. Der Snowy dagegen kann Schnee sogar bei Plusgraden generieren, da die niedrigen Temperaturen für das Gefrieren durch die schnelle Expansion nach der Ultraschalldüse entstehen.
Mit welchen Beschneiungssystemen haben Sie im Projekt Early Snow gearbeitet?
Bei unserer Arbeit im Skigebiet Obergurgl-Hochgurgl haben wir weiters festgestellt, dass für verschiedene Schneearten unterschiedliche Lösungen erforderlich sind. Der Kunstschnee aus konventionellen Schneekanonen besteht aus granulären Eispartikeln, die mit Naturschnee wenig gemein haben. Er ist jedoch stabil und bei der Pistenherstellung gut zu bearbeiten – auch wenn Skifahrer das Fahrverhalten weniger angenehm empfinden. Naturschnee – und der aus der künstlichen Schneewolke entstehende Schnee – sind dendritisch luftig und vermitteln ein weicheres Fahrgefühl. Dadurch eignen sie sich sehr gut für die obersten Zentimeter der Pistendecke. Es besteht daher durchaus Bedarf an beiden Beschneiungssystemen.
Was ist der Lösungsansatz im Projekt Early Snow?
Da auch reines Wasser immer genug natürliche Stoffe enthält, die als Eiskeime infrage kommen, wurde der Versuch unternommen, eben diese in den Gewässern des Skigebiets Obergurgl-Hochgurgl zu sammeln und zu bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass je nach Jahreszeit sehr unterschiedliche Eiskeime in den Fließgewässern und Rückhaltebecken auftreten und es wurde die Idee entwickelt, diese unterschiedlichen Wasser zu nutzen, um die Schneeausbeute von traditionellen Beschneiungssystemen zu verbessern.
Foto: Über einen Zeitraum von etwa einem Jahr wurden insgesamt 60 solcher Wasserproben gezogen und ausgewertet. Die Proben wurden, wenn möglich, mittels GPS an den selben Orten genommen, um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten.
Wie könnte eine praktische Anwendung erfolgen?
Aus den letzten Forschungen können wir leider noch keine direkte Applikation ableiten. Die Anzahl der aktiven Eiskeime in den Wasserquellen ist im Frühling/Frühsommer am höchsten und das ist ein denkbar ungünstiger Zeitpunkt für die Beschneiung. Die Wahl der Quelle hatte im untersuchten Skigebiet keinen Einfluss (Baloh et al 2021, Baloh et al. 2019). Aus Sicht der Forschung sind die Ergebnisse jedoch ein Startpunkt für die fokussierte Untersuchung der Art der vor Ort vorhandenen Eiskeime. Wir beschäftigen uns daher mit den grundsätzlichen Eigenschaften von biologischen Eiskeimen und der Frage was die Effizienz eines Eiskeims ausmacht (Pummer et al. 2015, Felgitsch et al. 2018, Seifried et al. 2020).
Danke für das Gespräch.
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Originalpublikation
Baloh, P., Hanlon, R., Anderson, C., Dolan, E., Pacholik, G., Stinglmayr, D., … & Grothe, H. (2021). Seasonal ice nucleation activity of water samples from alpine rivers and lakes in Obergurgl, Austria. Science of the Total Environment, 800, 149442. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149442
