Reduktion von Fischversuchen durch neue wissenschaftliche Methoden und Technologien

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Ein Projekt finanziert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektnummer 031L0152A (“Alternativmethoden zum Tierversuch”) mit Start März 2019

RETERO- Reduktion von Tierversuchen zum Schädigungsrisiko bei Turbinenpassagen durch Einsatz von Roboterfischen, Strömungssimulationen und Vorhersagemodellen

Die Wasserkraft als älteste regenerative Energiequelle, wird in Deutschland und weltweit kontinuierlich weiter ausgebaut und deckt global ca. 17% der Stromproduktion ab. Aufgrund der historischen Entwicklung gibt es unzählige Standorte kleiner bis großer Laufwasserkraftwerke, die zugleich die Wanderkorridore der Fische unterbrechen.

Bei der Entwicklung neuer, fischschonender Technologien und dem Nachweis der Einhaltung behördlich geforderter maximaler Schädigungsraten an Standorten mit Wasserkraftanlagen sind Tierversuche mit lebenden, meist aus Wildfängen stammenden Fischen bisher unvermeidlich.

Ziel des Vorhabens ist es, Fischversuche zur Evaluierung der Schädigung von Fischen bei der Passage von Turbinen und anderen Abstiegskorridoren an Kraftwerken zu reduzieren und sie durch teil-autonome Robotersysteme und numerische Modellierungen zu ergänzen und langfristig komplett zu ersetzen.

  • Die elektronischen Ersatzfische werden mit speziellen Druck- und Trägheitssensoren ausgestattet, um physikalische Faktoren und Grenzwerte für durch Wasserkraft verursachte Schäden und Mortalität, die durch den Abstieg durch Turbinen und hydraulische Strukturen verursacht werden, zu bewerten und festzulegen.
  • Die Daten aus der Messung mit den Roboterfischen werden mit einem parallel entwickelten numerischen Modell kombiniert, dass hochaufgelöste, räumliche und zeitliche Daten zu der Strömung in Verbindung mit einem implementierten Fischverhaltensmodell bereitstellt.
  • Auf Basis der gewonnenen Daten werden Vorhersagemodelle entwickelt die eine Bewertung des Schädigungsrisikos mit reduzierten Tierversuchen erlauben.

Hierzu wird ein Forschungsverbund gegründet, der die erforderlichen Kompetenzen aus Biologie, Ethohydraulik, Wasserbau, Strömungsmechanik, Mikroelektronik und Informationstechnik kombiniert.

Bewegungsmuster einer Äsche (Thymallus thymallus) in einem Fischpasseinstiegsbereich (durch Strich gekennzeichnet) mit vertikaler Zeitachse und den Tageszeiten in verschiedenen Farben, von SJE Ecohydraulic Engineering GmbH
Am Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik (IWD), Technische Universität Dresden, steht die Infrastruktur zur Durchführung ethohydraulischer Untersuchungen bereit. Dazu gehören, neben der Steuerung von Durchflüssen und der Möglichkeit komplexe Modelle zu errichten, Hälterungsbecken sowie die Möglichkeit zur Kontrolle und Regulierung der Wassertemperatur. Bei den Untersuchungen zur Passierbarkeit eines Wasserwirbelkraftwerks gemeinsam mit dem Institut für Gewässerökologie und Fischereibiologie Jena (IGF) konnten positive Erfahrungen gesammelt werden.
Freilandarbeit, Institut für Gewässerökologie und Fischereibiologie Jena (IGF)

Im Rahmen des RETERO-Projekts wird eine neuartige Ersatzmethode entwickelt, getestet und validiert, um die Notwendigkeit der Durchführung von Experimenten mit lebenden Fischen in Abstiegsuntersuchungen für Turbinenpassagen zu vermeiden. Durch die geplante Aufnahme in den Themenband der DWA-Arbeitsgruppe 8.2 „Funktionskontrolle von Fischaufstiegs- und Fischabstiegsanlagen“ könnte diese Methode die Zahl der Versuchstiere von mehr als 460.000 per annum signifikant reduzieren. Das langfristige Ziel ist es komplett auf Tierversuche zu verzichten.