Städte heizen sich immer stärker auf. Versiegelte Flächen, dichte Bebauung, Abwärme aus Gebäuden, Klimaanlagen, Gewerbe und Rechenzentren verschärfen den sogenannten Urban-Heat-Island-Effekt. Gleichzeitig steigt der Bedarf an Kühlung – mit der Gefahr, dass technische Kühlung die Städte im Sommer zusätzlich erwärmt. Das Projekt CO₂OL ISLANDS setzt genau hier an: Es untersucht, wie sich Städte trotz zunehmender Hitze lebenswerter, klimaresilienter und ressourcenschonender gestalten lassen.
Ein zentraler Ansatz ist die saisonale Speicherung von Wärme im Untergrund: Vom Menschen verursachte Abwärme soll im Sommer zwischengespeichert und im Winter für die Wärmeversorgung genutzt werden. Das Fachgebiet Ingenieurgeologie der TU Berlin entwickelt gemeinsam mit dem Fachgebiet Versorgungsplanung und Versorgungstechnik der UdK dafür mit Partner*innen aus Verwaltung und Energiewirtschaft einen Planungsansatz, der den Untergrund als Teil von Klimaanpassung, Energieversorgung und Ressourcenschutz einbezieht.
„Wir wollen den Untergrund nicht länger nur als stille Reserve betrachten, sondern als aktiven Teil der städtischen Klimaanpassung“, sagt Prof. Dr. Tomás Fernandez-Steeger. „Dafür müssen wir besser verstehen, wie sich Wärmeeintrag, Wärmespeicherung und Wärmeentzug unter der Erde auf Boden und Grundwasser auswirken – und wie sich Geothermie so steuern lässt, dass sie Städte kühlt, ohne den Untergrund zu überlasten.“
Genau hier setzt die Innovation von CO₂OL ISLANDS an: Das Projekt verknüpft geologische und energetische Daten mit Informationen zu Gebäuden, Vegetation, Stadtklima und Verwaltungspraxis. Daraus entsteht ein Digitaler Zwilling, mit dem Kommunen künftig besser abschätzen können, wo Geothermie sinnvoll eingesetzt werden kann, wo Schutzzonen bestehen und welche Maßnahmen gegen urbane Hitze besonders wirksam sind.
Der Untergrund als Verbündeter gegen Stadthitze
Im Zentrum steht die Frage, wie überschüssige Wärme im Sommer sinnvoll genutzt werden kann. Statt Abwärme aus Gebäuden oder technischen Anlagen an die ohnehin aufgeheizte Stadtluft abzugeben, kann sie in bestimmten Fällen gezielt im Untergrund gespeichert werden, um im Winter wieder für die Wärmeversorgung nutzbar gemacht zu werden.
Der Untergrund wird damit nicht nur zur Energiequelle, sondern auch zum Speicher und zur aktiven Klimaanpassungsmaßnahme. Damit dieses Prinzip dauerhaft funktioniert, muss der Untergrund nachhaltig bewirtschaftet werden. Wird zu viel Wärme eingetragen oder entzogen, können Boden und Grundwasser belastet werden. CO₂OL ISLANDS untersucht deshalb, wie geothermische Systeme so geplant, betrieben und gesteuert werden können, dass sie das Stadtklima entlasten, ohne den Untergrund zu überhitzen oder zu übernutzen.
Urbaner Digitaler Zwilling macht Zusammenhänge sichtbar
Ein zentrales Werkzeug des Projekts ist ein Urbaner Digitaler Zwilling. Er bündelt Daten zu Geologie, Grundwasser, Gebäuden, Energiebedarfen, Klima, Vegetation, Stadtstruktur und möglichen Verteilnetzen in einem integrierten digitalen Modell. So können Wechselwirkungen sichtbar gemacht werden, die in der klassischen Planung oft nur schwer gemeinsam betrachtet werden.
Mit dem Urbanen Digitalen Zwilling sollen Fachleute der kommunalen Verwaltung künftig unterschiedliche Szenarien prüfen können: Wo ist oberflächennahe Geothermie sinnvoll einsetzbar? Welche Quartiere haben besonders hohe Kühlbedarfe? Wie wirken Bäume, Grünflächen und Verschattung auf Gebäude und Außenräume? Wo muss das Grundwasser besonders geschützt werden? Welche Kombination aus Gebäudesanierung, Energieversorgung, Stadtgrün und Untergrundnutzung bringt den größten Nutzen für das Stadtklima?
Kommunale Verwaltungen erhalten damit ein digitales Werkzeug, das Planungs- und Genehmigungsprozesse beschleunigen soll. Entscheidungen können fundierter, transparenter und nachvollziehbarer getroffen werden – etwa bei der Prüfung geothermischer Anlagen oder bei der Planung klimawirksamer Maßnahmen in besonders hitzebelasteten Quartieren.
Der Beitrag der TU-Forscher
Die TU Berlin bringt ihre Expertise zum urbanen Untergrund, zur Ingenieurgeologie und zu geothermischen Systemen in das Projekt ein. Ihr Schwerpunkt liegt darauf, den Untergrund als technisch nutzbaren, aber zugleich schützenswerten Raum zu analysieren.
Dazu untersucht die TU Berlin unter anderem, welche Flächen sich für geothermische Anlagen eignen, wie sich Wärme und Kälte im Untergrund ausbreiten und, zusammen mit dem Umweltamt Charlottenburg, welche Auswirkungen dies auf das Grundwasser haben kann. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der nachhaltigen Steuerung der Untergrundnutzung: Geothermie soll nicht nur kurzfristig Energie bereitstellen, sondern langfristig klima- und ressourcenschonend funktionieren.
Die TU Berlin arbeitet außerdem daran, geologische und geothermische Informationen so aufzubereiten, dass sie in den Urbanen Digitalen Zwilling und das spätere Planungstool integriert werden können. Damit werden wissenschaftliche Daten in ein Werkzeug übersetzt, das Fachbereiche in Behörden für Klimaanpassungsmaßnahmen, Stadtklima und Geothermische Systeme direkt unterstützen soll.
Charlottenburg-Wilmersdorf als Reallabor
Projektpartner und zugleich Reallabor ist der Berliner Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf. Der Bezirk bietet ein besonders vielfältiges Untersuchungsgebiet: hochverdichtete urbane Zentren, Geschäftsstraßen, Wohnquartiere, Grünräume und teilweise fast ländlich geprägte Randbereiche liegen hier nah beieinander. Diese Heterogenität macht Charlottenburg-Wilmersdorf zu einem anspruchsvollen und zugleich aussagekräftigen Modellraum. Gerade in den dicht bebauten Teilräumen zeigt sich der Handlungsbedarf besonders deutlich.
Dort treffen hohe Bevölkerungsdichte, versiegelte Flächen, steigender Kühlbedarf und begrenzter Raum für neue Infrastruktur zusammen. CO₂OL ISLANDS soll zeigen, wie Klimaanpassungsmaßnahmen unter solchen Bedingungen besser geplant, kombiniert und umgesetzt werden können. Das Projekt ist ausdrücklich praxisorientiert angelegt. Forschung, Verwaltung und Energiewirtschaft arbeiten eng zusammen, damit die entwickelten Werkzeuge nicht nur wissenschaftlich fundiert, sondern auch im kommunalen Alltag anwendbar sind. Ziel ist ein übertragbarer Ansatz, der nach der Erprobung in Charlottenburg-Wilmersdorf auch anderen Bezirken und Städten helfen kann.