Digitale Wege für kommunale Klimaanpassung und Klimaschutz | Umweltbundesamt

Extreme Hitze, ⁠Starkregen⁠ und Überschwemmungen: Die Auswirkungen der Klimakrise sind in Städten und Gemeinden bereits deutlich spürbar (⁠UBA⁠ 2024). Naturbasierte Lösungen bieten hier einen doppelten Nutzen: Einerseits tragen sie dazu bei, Treibhausgase zu mindern und ⁠Biodiversität⁠ zu schützen, andererseits spielen sie eine zentrale Rolle für die Klimaanpassung, etwa durch Minderung von Überflutungsrisiken und Abkühlung. In Städten und Kommunen umfassen sie vier zentrale Themenfelder:

1. Grünflächenmanagement: Naturnahe Gestaltung und Pflege urbaner Grünräume sowie Pflanzung von Stadtbäumen zur Verbesserung des Wasserrückhaltes und der Kühlung.
2. Regenwasserbewirtschaftung: Maßnahmen zur Speicherung, Nutzung und Versickerung von Regenwasser, u. a. zur Reduzierung von Hochwasserrisiken.
3. Gebäudebegrünung: Dach- und Fassadenbegrünungen als Beitrag zur Verdunstungskühlung und zur Reduzierung der Wasserableitung.
4. ⁠Biotop⁠- und Flächenaufwertung: Schutz und Renaturierung von Feuchtgebieten, Mooren und anderen Ökosystemen, u. a. zur Rückgewinnung natürlicher Überschwemmungsbereiche und zur Steigerung der ⁠Resilienz⁠ der Ökosysteme.

Gerade auf kommunaler Ebene besteht ein großes Potenzial, naturbasierte Maßnahmen umzusetzen (s. auch Themenseiten des Umweltbundesamtes zur naturbasierten Klimaanpassung in Kommunen). Digitale Technologien können dabei helfen, diese Maßnahmen gezielter zu planen, effizienter umzusetzen, wirkungsvoller zu überwachen und zum Teil auch autonom zu betreuen. Doch werden diese Chancen oft noch zu wenig genutzt.

Aus diesem Grund initiierte das Bundesumweltministerium (BMUKN) das Forschungsprojekt „Digitale Technologien für den natürlichen Klimaschutz in Kommunen (DiNaKom)“. Dessen Ziel war es, die Potenziale digitaler Technologien für die Planung und Umsetzung naturnaher Klimaschutzmaßnahmen auf kommunaler Ebene systematisch zu analysieren, die Herausforderungen zu erheben und Lösungen zu entwickeln (Johnson et al. 2025). Das Institut für ökologische Wirtschaftsforschung GmbH und Net Positive Cities GmbH haben hierfür zahlreiche Interviews geführt und Workshops veranstaltet.

Digitale Werkzeuge in der Praxis – Fallbeispiele aus Kommunen

Ob Biotopvernetzung, smarte Bewässerung oder klimafreundliche Stadtplanung – digitale Technologien eröffnen vielfältige Möglichkeiten, um naturbasierte Maßnahmen in Kommunen gezielter und effizienter umzusetzen. Von künstlicher Intelligenz (KI) und digitalen Zwillingen bis hin zu 3D-Stadtklimamodellen – die digitalen Werkzeuge sind vielfältig. Aus den analysierten Potenzialen der DiNaKom-Studie lassen sich konkrete Anwendungsbeispiele erkennen, wie diese Potenziale bereits heute in der Praxis genutzt werden.

Biotope bieten sowohl ökologisch – durch die Förderung der Biodiversität und der Temperaturregulation – als auch gesellschaftlich – durch Gesundheitsförderung und Erholung – einen großen Mehrwert. Ihre Integration in die Landschafts- und Stadtplanung ist daher ein zentraler Baustein für nachhaltiges und klimaresilientes Handeln. Ein digitales Beispiel für die Vernetzung von Biotopen ist die Software Marxan. Sie wird international in der systematischen Naturschutzplanung eingesetzt. Konkret unterstützt sie Fachplan*innen dabei, optimale Flächenkombinationen für Biotopverbünde zu identifizieren, und betrachtet dabei sowohl ökologische Kriterien als auch wirtschaftliche Faktoren. In Bayern wird das Tool vom Bayerischen Artenschutzzentrum genutzt, um Biodiversitätsberater*innen eine datenbasierte Planungsgrundlage zur Verfügung zu stellen.

Auch bei der urbanen Grünflächenpflege leisten digitale Anwendungen einen wichtigen Beitrag. Umweltüberwachungssysteme können etwa Hinweise zum Wasserbedarf und Gesundheitszustand von Bäumen geben. Für letzteren Anwendungsfall können Sensoren, Drohnen oder „LiDAR tree maps“, also 3D-Punktwolken und Satellitendaten, genutzt werden. So kann die Anwendung ForSens, die in einem Verbundprojekt der Karuna Technology UG und der TU Darmstadt entwickelt wird, mithilfe von Sentinel-2-Satellitendaten Vitalitätsverluste bei Stadtbäumen mit bis zu 16 Monaten im Voraus identifizieren. So können Grünflächenämter gezielt handeln und Pflegeeinsätze besser planen. Auch verhindert diese vorausschauende Analyse Sicherheitsrisiken, die durch Baumsturz entstehen.

Stadtbäume spielen eine sehr relevante Rolle bei der Kühlung von Städten. Gleichzeitig leiden Sie unter der zunehmenden Hitze und Trockenheit. Aus diesem Grund beschäftige sich das Berliner Projekt Q-Trees mit dem Wasserbedarf von Bäumen. Die daraus entstandenen Anwendungen informieren über die Vitalität und den Wasserbedarf der Stadtbäume. Auf diese Weise soll für den Baumerhalt sensibilisiert werden. Die im Projekt entstandene Open-Source-App für Bürger*innen und das Expert*innen-Dashboard enthalten eine auf MapTiler und OpenStreetMap basierende Karte. Sie ist mit dem städtischen Baumkataster verknüpft, das 800.000 Bäume mit Angaben zu Art, Alter, Größe, Kronendurchmesser und Stammumfang enthält. Angereichert wird die Karte mit Umgebungsparametern und Echtzeitdaten wie Wetterdaten und Feuchtigkeitssensoren, die mit einigen Bäumen verbunden sind. Ein KI-basiertes Vorhersagemodell nutzt diese Daten und kann damit die aktuelle Saugspannung aller sich im unmittelbaren Umfeld befindlichen Straßenbäume berechnen und für 14 Tage vorhersagen – also auch für Bäume, die ohne Sensor ausgestattet sind.

Gebäude sind wesentliche Wärmespeicher und fördern damit die Bildung von Hitzeinseln in urbanen Räumen. Gebäude- und Dachbegrünung können dem entgegenwirken. Dachkatasterdaten können identifizieren, wo eine Dachbegrünung realisierbar ist. Darauf aufbauend können Building Information Models (BIM) helfen, die Begrünung mit einem geringen Ressourcenaufwand zu planen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Statik des Gebäudes mit der Begrünung kompatibel ist. Die Digitalisierung kann auch die Pflege der Dach- und Fassadenflächen erleichtern, indem die Bewässerung autonom erfolgt, also auf der Grundlage von Echtzeitdaten wie ⁠Wetter⁠- und Feuchtigkeitsdaten ähnlich dem QTree-Projekt. Auch können Kamera-Systeme die Biodiversität an den Flächen beobachten und so den biologischen Mehrwert der Pflanzungen überprüfen.  

Besonders im Wassersektor zeigen sich vielfältige Möglichkeiten, wie digitale Technologien naturbasierte Lösungen stärken können; einige Beispiele beleuchten Real Perdomo et al. (2025) genauer. Beispielhaft für ganzheitliche Anwendungen sind die Lösungen der Firma RX-Watertec. Das gleichnamige System erfasst Echtzeit-Füllstandinformationen aus Zisternen, Baumsensorik und Wetterdaten. Damit evaluiert es live, ob Bäume autonom bewässert werden sollten oder aufgrund eines vorausgesagten Regens keine Beregnung nötig ist sowie ob die Zisternen wegen einer Starkregenvorhersage geleert werden sollen, um Schäden zu reduzieren. Die Digitalisierung der Regenwasserbewirtschaftung ermöglicht es auch, Wartungen bedarfsgerecht und somit ressourcenschonender und kostengünstiger durchzuführen.

Hürden in der Umsetzung

Für die erfolgreiche Planung und Umsetzung von naturbasierten Maßnahmen spielt eine Vielzahl von Akteuren eine entscheidende Rolle, darunter kommunale Grünflächenämter, Infrastrukturbetreiber und Stadtwerke. Mit diesen und weiteren kommunalen Akteuren sowie Technologieanbietern hat das Projektteam über qualitative Interviews Herausforderungen bei der Einführung digitaler Technologien für naturbasierte Lösungen erhoben.

Die Interviews liefern vertiefte Einblicke in strukturelle, organisatorische und technische Herausforderungen. So fällt auf, dass es in Kommunen häufig an personellen Ressourcen fehlt. Der Fachkräftemangel erschwert die Personalsuche und somit die mittelfristige Abhilfe. Auch fehlt das Wissen zu geeigneten digitalen Werkzeugen und zu deren Anwendungsmöglichkeiten. Ein zentrales Hemmnis sind langwierige und aufwändige Vergabeprozesse, insbesondere bei innovationsorientierten Vorhaben. Fachabteilungen wünschen sich oft agile Umsetzungspartner wie Start-ups, doch die hohe Risikoaversion in Vergabestellen und der hohe Aufwand bei größeren Vergabesummen bremsen Tempo und Innovationsbereitschaft erheblich.

Darüber hinaus zeigt sich in der Praxis, dass strukturelle Hürden die Umsetzung naturbasierter Lösungen erschweren. Dazu zählen unklare Zuständigkeiten und fehlende Koordinationsstrukturen zwischen Verwaltungsbereichen wie Tiefbau-, Umwelt- und Grünflächenämtern. Naturbasierte Maßnahmen greifen häufig in bestehende Zuständigkeitslogiken ein – insbesondere, wenn sie mehrere Sektoren gleichzeitig betreffen. So kann beispielsweise die dezentrale Versickerung von Regenwasser und dessen Nutzung zur Bewässerung von Stadtgrün zu Unklarheiten führen: Abwasserbetriebe sind traditionell auf die Ableitung von Regenwasser ausgerichtet und betrachten Bewässerungsfragen nicht als ihren Zuständigkeitsbereich. Gleichzeitig ist auf kommunaler Ebene oft nicht geregelt, wer die Planung, Finanzierung und Unterhaltung solcher fachübergreifenden Lösungen übernehmen soll. Dies verdeutlicht, dass nicht nur technische, sondern auch institutionelle Anpassungen notwendig sind, um naturbasierte Lösungen in der Breite zu verankern.

Der zur Überwindung dieser Herausforderungen nötige Kulturwandel schreitet nach dem Eindruck der Interviewpartner*innen nur sehr langsam voran. Die zögerliche Digitalisierung und das weiterhin fehlende systemische – und somit fachabteilungsübergreifende – Denken wurde als eine der größten Hemmschwellen identifiziert. Diesbezüglich schafft das Forschungsprojekt „Blue Green City Coaching (BGCC)“ Abhilfe: Eine Coaching-Toolbox bietet Stadtakteuren Instrumente und praxisnahe Hilfestellungen, um lokalspezifische Herausforderungen zu überwinden und ins Handeln zu kommen.

Ausblick: Lösungswege zur Gestaltung der digitalen Zukunft

Auf Basis von weiterführenden Interviews wurden Handlungsempfehlungen und Unterstützungsangebote entwickelt. Notwendig sind:

• Standardisierung und offene Schnittstellen, um Technologien besser skalieren zu können.
• Förderprogramme, die nicht nur Technik, sondern auch Strukturen und Qualifizierung unterstützen.
• Dialogformate zur Beteiligung von Fachkräften, Bevölkerung und Technologieanbietern.
• Fachämterübergreifende Zusammenarbeit, um die Potenziale der digitalen Technologien entfalten zu lassen.
• Weiterbildungsangebote zur Unterstützung der digitalen Kompetenzen.
• Langfristige Visionen, wie sie z. B. im Projekt Blue2035 entwickelt wurden – etwa ein modularer Marktplatz für digitale Wasserlösungen in einem offenen ⁠Ökosystem⁠.

Fazit

Digitale Technologien können einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, Städte und Gemeinden mithilfe naturbasierter Lösungen klimaresilient und zukunftsfähig zu machen – vorausgesetzt, sie werden zielgerichtet, kooperativ und vorausschauend eingesetzt. Die vom Bundesumweltministerium geförderte Studie zeigt, wie dies gelingen kann.

Autor*innen: Dr. Maria Real Perdomo (Net Positive Cities), Dr. Daniel Johnson und Dr. Alexandra Dehnhardt (Institut für ökologische Wirtschaftsforschung, IÖW)

Den vollständigen Bericht des Projekts finden Sie hier.

Dieser Artikel wurde als Schwerpunktartikel im Newsletter ⁠Klimafolgen⁠ und Anpassung Nr. 97 veröffentlicht. Hier können Sie den Newsletter abonnieren.

Quellen:

Johnson, D., Schmelzle, F., Real Perdomo, M., Bergset, L., Rösch, E., & Rohde, F. (2025). Digitale Technologien für natürlichen ⁠Klimaschutz⁠ in Kommunen – Lösungen um Austausch, Koordination und Management zu verbessern. In: Schriftenreihe des IÖW 230/25, ISBN 978-3-940920-36-2. www.ioew.de/fileadmin/user_upload/DOKUMENTE/Publikationen/Schriftenreihe/IOEW_SR_230_DiNaKom.pdf

Real Perdomo, M., Johnson, D. & Dehnhardt, A. (2025). Technologien für den natürlichen Klimaschutz im Wassersektor. In: wwt Wasserwirtschaft Wassertechnik, Ausgabe 5/2025, S. 23–27. DOI: 10.51202/1438-5716-2025-5-023

Umweltbundesamt (⁠UBA⁠) (2024). Kommunalbefragung Klimaanpassung 2023. Climate Change 34/2024. https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/11850/publikationen/34_2024_cc_kommunalbefragung.pdf