Schnee der Zukunft

Kunstschnee gehört heutzutage zum Skifahren wie der traditionelle Einkehrschwung. In Mayrhofen kümmern sich inzwischen schon Satelliten und Big Data darum, dass das weiße Gold optimal zum Einsatz kommt. Zudem arbeiten erfindungsreiche Tiroler daran, wie die technische Schneeproduktion effizienter und energiesparender werden kann.

„Lapis philosophorum“ nannten ihn die Alten, den Stein der Weisen, eine Substanz, die helfen sollte, einen lang gehegten Traum der Menschen zu verwirklichen – Unedles in Edles zu verwandeln. Jahrhundertelang experimentierten die Alchemisten, ohne Erfolg, Gold ließ sich nicht erzeugen. Erfolgreicher waren kanadische Forscher rund um Raymond T. Ringer, die – ohne es zu wollen – weißes Gold produzierten. In den 1940er Jahren sprühten sie bei tiefen Temperaturen Wasser in einen Windkanal, um die Vereisung von Düsentriebwerken zu untersuchen – und verwandelten dabei Wasser in Schnee.

Heute sind dieses weiße Gold sowie Kunstschnee produzierende Schneekanonen und Schneelanzen von alpinen Skipisten nicht mehr wegzudenken. Seit dem Jahr 2000 sind in Österreich rund 1,3 Milliarden Euro in künstliche Beschneiung investiert worden, allein für die heurige Saison waren es 154 Millionen, 62 davon in Tirol. Von den 7300 Hektar Skipistenfläche in Tirol können über 80 Prozent beschneit werden, die Kosten gehen in die Millionen, im Skigebiet von Ischgl etwa überschreiten sie pro Saison die Zehn-Millionen-Grenze.

Ein Kostenfaktor, über den er beim jährlichen Blick in die Bilanz immer wieder erschrocken ist, gibt Michael Rothleitner, Vorstand der Mayrhofner Bergbahnen, unumwunden zu. Seit 2009 ist er der Chef über 42 Beförderungsanlagen, knapp 140 Kilometer Piste, drei
​Speicherseen, 35 Pistengeräte und 338 Schneeerzeuger, wie Schneekanonen und -lanzen weniger militärisch genannt werden. Doch nicht nur der Blick in die Bilanz, sondern auch ein zweifacher auf die Piste hat ihn nachdenklich gemacht.

Zu Saisonbeginn sei es immer wieder passiert, dass die Pistengeräte mit ihrem Schild zu tief in die niedrige Schneedecke eingetaucht wären – die Folge war ein mit Erdpartikeln bräunlich verschmutzter Schnee, der einerseits nicht schön anzuschauen ist, andererseits das Sonnenlicht absorbiert und dadurch leichter abschmilzt. Nach Saisonschluss hingegen lag immer noch Schnee auf der Piste, der – um schneller zu schmelzen – mit Pistengeräten auseinandergeschoben und „teilweise sogar noch mit Graukalk versetzt werden musste“, erzählt Rothleitner. 

Ein dreifacher Grund also, um sich die  Schneeerzeugung und die Höhe des produzierten Schnees genauer anzuschauen, mit PowerGIS fand man den richtigen

Partner.​ Das Salzburger Unternehmen setzt auf die GNSS-Technologien GPS und Glonass, um die Schneehöhe zu messen. Das Pistengerät sendet via GPS seine aktuelle Höhe, diese wird mit einem digitalen – schneelosen – Modell des darunter liegenden Geländes verglichen, die Differenz entspricht der tatsächlichen Schneehöhe. Gemessen wird in Echtzeit, das Ergebnis sofort an die Leitstelle und andere Pistenraupen weitergegeben.

„Im ersten Winter haben wir ein paar Pistengeräte damit ausgestattet, um zu wissen, wie tief mit dem Schild eingestochen werden kann bzw. wo nicht mehr beschneit werden muss“, erinnert sich der Chef des Skigebiets im Zillertal. Da man spannende Möglichkeiten gesehen habe, entschloss man sich als erstes Skigebiet in Österreich, die gesamte Pistenflotte mit dem System auszustatten, die Investitionskosten von einer halben Million Euro pro Pistengerät haben aber einen weiteren Diskussionsprozess angeregt: „Wenn wir die Daten schon haben, was können wir noch damit machen?“

Ein Prozess, der Fragen beantwortete und gleichzeitig neue aufwarf. „Da man nicht weiß, wann es wieviel schneit, neigen Skigebiete dazu, den Naturschnee zu vernachlässigen“, sagt Rothleitner. Kunstschnee, der ursprünglich nur zum Flicken aperer Pistenabschnitte eingesetzt wurde, bildet heute das Fundament der Schneedecke. Die Kosten pro Kubikmeter Kunstschnee liegen bei drei bis fünf Euro, mit einem Kubikmeter Wasser, so die Faustregel, können 2,3 Kubikmeter Kunstschnee hergestellt werden. Eine Faustregel, welcher der gelernte Jurist genauer auf den Grund gehen, sprich nachmessen wollte: „Als wir die Ergebnisse hatten, sind wir umgefallen.“ Verständlich, gab es doch Streckenabschnitte, wo der Output auf der Piste gerade mal 0,69 Kubikmeter Schnee betrug. Und der Rest? „Wasser wird verweht, bevor es gefroren zu Boden fällt. Es verdunstet. Es landet als Wasser auf der Piste und rinnt ab“, zählt er einige Gründe auf. Wo aber wie viel Wasser – und somit auch Energie und Geld – verloren geht, sei eine Frage, die man, räumt der Mayrhofner Bergbahnchef ein, nicht so einfach und vor allem nicht alleine beantworten konnte.

Als Konsequenz rief man 2012 gemeinsam mit PowerGIS und dem Wissensberater MDS das „Kompetenzzentrum Pistenmanagement“ ins Leben, um sich mit anderen Skigebieten, Seilbahnunternehmen und Herstellern von Schneekanonen auszutauschen. „Langsam kam Bewegung in die Sache“, erinnert sich Rothleitner. Die Gelände- und Messdaten wurden immer genauer, im Laufe mehrerer Saisonen wurden Schneedecken-Messreihen aufgebaut. Das Ergebnis war ernüchternd: „Wir haben festgestellt, dass wir ab Ende Jänner den natürlichen Schnee bekommen, den wir eigentlich brauchen, bis Ende Jänner aber derart viel Schnee produzieren, als würde kein natürlicher mehr fallen. Wir haben uns daher die Frage gestellt, wie weit man die Schneeproduktion bis Ende Jänner reduzieren kann und trotzdem bis Saisonende auskommt.“

Die Lösung brachte Big Data nach Mayrhofen, mit der

Fachhochschule Kufstein, IBM und vorerst der BI plus GmbH dockten IT-Spezialisten am Projekt an, um Wetterdaten – Wind, Temperatur, Schneefall, Sonneneinstrahlung… – ins System einzubringen und mit Gelände- und Schneeproduktionsdaten zu kombinieren. „Wir haben jetzt 6,5 Milliarden Daten im System“, berichtet Rothleitner stolz. Mit der Datenflut wurde ein Modell entwickelt, um sich von Jahr zu Jahr der optimalen Einsparung zu nähern. „Vor zwei Jahren habe ich gesagt, dass wir bei der Schneeproduktion rund 25 Prozent der Kosten einsparen können. Heute sage ich 50 Prozent, weil auch in der Technik noch einiges möglich scheint.“

Allein der Wasserverbrauch wurde in den letzten drei Jahren auf bestimmten Pistenabschnitten um ein Viertel reduziert, beim Dieselverbrauch der Pistengeräte – 25 Liter pro Betriebsstunde – rechnet er ebenfalls mit deutlichen Einsparungen. Big Data macht aber noch etwas anderes möglich, die Mayrhofner Schneemeister lassen es am Computer schneien. „Mit unserem Modell machen wir Planspiele, treffen virtuelle Entscheidungen und schauen was passiert.“ In drei Jahren rechnet er mit einem Modell, das schneesicher, aber auch energie- und kosteneffizient ist. Was aber, wenn man sich verspekuliert, wenn das Wetter dem Rechenmodell ein Schnippchen schlägt? Zwei – mögliche – Lösungen haben die Mayrhofner Bergbahnen im Testbetrieb auf der Piste, eine Innovation aus dem Tiroler Oberland und den Forschungsoutput einer Innsbrucker Fach-hochschule.

Der gelernte KFZ-Mechaniker Frank Wille aus Pfunds ist ein Spezialist für technische Sonderlösungen. Eine solche Lösung verlangte im Jahr 2009 eine Anfrage an seine Werkstatt, nämlich eine Propellerschneeerzeuger mit Kühlaggregat. Als Schnee-Quereinsteiger wusste Wille nicht viel über Schneekanonen und näherte sich daher „unvoreingenommen der Sache“. Eine Lösung wäre „extrem groß und nicht transportabel“ gewesen, eine zweite ein komplett anderer Weg – eine Überschalldüse. Er habe sich eine Lösung ausgerechnet, mit einer Probedüse festgestellt, dass der Weg richtig sei, genauer gerechnet, einen Prototypen gebaut – schon beim dritten waren die Messwerte vielversprechend, seine Überschallschneedüse erzeugte Schnee bei Temperaturen, bei denen herkömmliche Schneeerzeuger nicht mehr als „künstliche“ Frau Holle dienen können.

Fehlendes Geld verhinderte eine Weiterführung des Projekts, im Herbst 2014 jedoch wurde er vom Cluster Mechatronik Tirol der Standortagentur Tirol zu einem Schneegipfel eingeladen. Dort lernte er Michael Rothleitner kennen, der interessierte sich für die Überschallschneedüse. Wille packte sie in den Kofferraum und fuhr nach Mayrhofen – bei 2,7 Grad plus und 72 Prozent Luftfeuchtigkeit ließ er es noch schneien. Die Mayrhofner Bergbahnen zogen daraufhin das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung hinzu, deren

Interesse wurde sofort geweckt. Die Experten testeten die Novität in Mayrhofen und damit, so Wille, „begann das Ding zu laufen“. Die Schneeforscher holten den Schweizer Beschneiungsspezialist Bächler an Bord, mit dem sie sich – spät abends, bei tristem regnerischen Wetter im einzigen außerhalb der Saison geöffneten Lokal am Arlberg – gemeinsam mit Wille und Rothleitner zur Unterzeichnung einer Vertraulichkeitsvereinbarung trafen. Wille schloss daraufhin einen Lizenzvertrag ab, zehn Vorführmaschinen wurden gebaut. Zwei testen nun in Mayrhofen, andere in Schweden und der Schweiz.„Bei Grenztemperaturen hat die Schneedüse ein enormes Potenzial“, ist auch Rothleitner von der Innovation überzeugt, aufgrund der hohen Energiekosten komme sie aber derzeit nicht für eine Dauerbeschneiung in Frage, könne aber im Herbst für den Saisonbeginn und im Frühjahr, bei warmen Temperaturen, zum Flicken der Schneedecke optimal eingesetzt werden.

Ebenfalls bei höheren Temperaturen lässt es NIVOSUS schneien, Thomas Obholzer und Ronald Stärz setzen dabei nicht auf einen neuen Schneeerzeuger, sondern auf eine energiesparende Add-on-Technologie.

„Damit Schneekanonen überhaupt Kunstschnee erzeugen können, braucht es sogenannte Nukleationskeime“, erklärt Stärz, so wie Obholzer Forscher am Management Center Innsbruck. Keime, die nichts mit Krankheitserregern zu tun haben, sondern als feste Partikel die Kristallisation der Wassertropfen ermöglichen. Aus den Nukleatordüsen der Schneeerzeuger wird Wasser und Druckluft gepresst, das Gemisch kühlt in der Luft ab, es bilden sich kleine feste Eiskeime. Aus einer zweiten Düse wird Wasser gesprüht, treffen diese Wassertropfen auf einen Eiskeim, initiiert dieser den Gefrierprozess, aus den Wassertropfen wird zu Boden fallender Kunstschnee. Voraussetzung dafür: Temperaturen von mindestens minus drei Grad, ist es wärmer, landet nasser Matsch am Boden, der dort vereist.

Obholzer und Stärz können auf Eiskeime verzichten. Sie produzieren ein elektrisches Feld, in dem sie die natürliche Ionosphäre simulieren. „Wir geben damit den Wassertropfen sozusagen die Information, dass sie eigentlich schon Eiskristalle sind“, erläutert Stärz. Man spart sich damit den Energieaufwand für die Nukleatordüsen. Obholzer: „Eine normale Schneekanone benötigt 20 Kilowatt, vier davon für den Kompressor der Nukleatordüsen, dazu noch 1,5 bis zwei für deren Heizung. Unser System benötigt nur einige paar 100 Watt.“ Doch nicht nur das. Die ersten Versuche in Mayrhofen zeigen, dass die mit MCI-Technologie erweiterte Schneelanze bei plus 1,5 Grad Umgebungstemperatur trockenen sechs Zentimeter hohen Schnee erzeugt, ohne NIVOSUS hingegen nur drei Zentimeter Schneematsch. Aktuell testen Obholzer und Stärz ihr System mit einer Schneekanone, Interessenten für das patentierte NIVOSUS-System gibt es schon, auch weil es gegenüber herkömmlichen Schneeerzeugern einen weiteren Vorteil bietet:

„Es bilden sich“, berichtet Obholzer, „an den Schneekristallen leichte Verästelungen, dadurch hat der produzierte Schnee ein geringfügig höheres Volumen, es steigt also mit der gleichen Menge Wasser der Schneeertrag.“ Eine noch weit höhere Effizienz hat ein anderer Tiroler Schneemacher im Sinn. Im Herbst 2014 sorgte Michael Bacher für internationales Aufsehen. In Obergurgl wagte er den Schritt vom Forschungslabor in die Natur, seine „Schneewolke“ nahm ihren Betrieb auf. Bei Minusgraden (Bacher: „Optimal sind minus zehn bis minus 20 Grad.“) werden in die Wolkenkammer Wassertropfen eingesprüht. Durch die tiefe Umgebungstemperatur kühlen die Tröpfchen ab, meist unter den Gefrierpunkt, aber ohne dabei selbst zu gefrieren – es bildet sich eine Wolke. In diesen Nebel werden kleine gefrorene Eisplättchen als Kristallisationskeime eingebracht, die wie Magnete laufend Wassermoleküle anziehen und an sich binden. Das Ergebnis sind – im Gegensatz zu den gefrorenen Wassertropfen von Schneekanonen und -lanzen – Schneekristalle, die quasi als Pulverschnee aus der Wolkenkammer nach unten auf den Boden fallen.

„Das erste Jahr hat gezeigt, dass unser System funktioniert“, berichtet Bacher. Und zwar so gut, dass er diesen und nächsten Winter mit einer adaptierten Wolke weiterarbeitet: „Unsere Wolkenkammer war zu klein.“ Auch wenn er bei hoher Luftfeuchtigkeit und minus zwei Grad Schnee produzieren konnte, am besten läuft es bei tieferen Temperaturen – aus einem Kubikmeter Wasser schafft er 15 Kubikmeter Schnee, auch der Energieaufwand ist deutlich reduziert. Ein Problem sei noch, gibt Bacher zu, wie der Schnee auf die Piste kommen soll. „Momentan wird er zur Seite geschoben und dann weggeführt. Das ist aber sicher nicht der Weisheit letzter Schluss.“ Mit den generierten Daten will er seine Wolke so weit bringen, dass sie die äußeren Bedingungen – Temperatur und Luftfeuchtigkeit – erkennt, um das optimale Luft-Wasser-Eiskeim-Verhältnis selbst zu mischen. Funktioniert das wie gewünscht, will er mit seiner Erfindung 2017 auf den Markt, erstes Ziel sind kleinflächige Pisten, die mit naturähnlichem Schnee optimalen Ski- und Fahrspaß bieten sollen, langfristiges Ziel sind mobile Plattformen, die den Bacherschen Schnee produzieren und selbst auf die Piste bringen.

Zukunftsmusik, der auch Michael Rothleitner durchaus etwas abgewinnen kann. Der Chef der Mayrhofner Bergbahnen rechnet damit, dass man „am Ende des Tages 50 Prozent der Ressourcen einsparen kann“. Ein wichtiger Schritt, sagt er, stehen doch Skigebiete in Zeiten des Klimawandels besonders in der medialen Auslage: „Es wird darüber diskutiert, wer sich ökologisch anständig benimmt und wer nicht.“ Daher sei es notwendig, ehrlich zu kommunizieren, warum wie viel, aber auch wie effizient und behutsam Energie, Strom und Wasser eingesetzt werden. „Der grüne Fußabdruck des Bergerlebnisses wird ein entscheidendes Thema werden“, ist Rothleitner überzeugt, aber auch optimistisch, dem Gast vermitteln zu können, dass ökologisch verantwortlich gehandelt wird – auch ohne den berühmten Stein der Weisen gefunden zu haben.

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