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Forschung: Treibhausgasen auf der Spur

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Autor: Charlotte Quick

Forschung: Treibhausgasen auf der Spur
Braunkohlekraftwerk Jänschwalde in der Niederlausitz, Brandenburg © Andreas Fix, DLR
8.11.2022 Ι Die Quellen und Senken von Treibhausgasen in Deutschland sollen zukünftig besser erfasst und überwacht werden. Das ist das Ziel des Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystems (ITMS) für Deutschland. Es wurde Ende Oktober offiziell mit einem dreitägigen Meeting am Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI-BGC) in Jena gestartet.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das ITMS. Das Projekt stellt gesicherte Informationen zu Stand und Entwicklung der Treibhausgasflüsse zur Verfügung. Neu ist, dass die Quellen (Freisetzung) und Senken (Aufnahme) von Treibhausgasen unabhängig ermittelt werden können. Verscheidene Komponenten ermöglichen neue Berechnungen mit einer hohen Zuverlässigkeit. Dazu gehören die gemessenen Konzentrationen in der Atmosphäre, die aktuelle Modellierung der Quellen- und Senkenprozesse sowie der meteorologische Transport.

„Mit dem Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland können erstmals Treibhausgasquellen und -senken direkt überwacht werden. Dadurch erhalten wir ein genaueres Lagebild für einen besseren Klimaschutz und können Klimaschutzmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit hin überprüfen“, erklärt Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger.

Inverse Modellierung findet Quellen und Senken

Quellen und Senken von Treibhausgasen sowie deren Herkunft an der Oberfläche der Erde können anahnd der inversen Modellierung ermittelt werden. Dieses Verfahren nutzt Beobachtungsdaten von atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen. Ein Modell ermöglicht Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung sowie die Stärke der Quellen und Senken.

„Die erste Projektphase wird es ermöglichen, existierende Beobachtungsdaten der atmosphärischen Treibhausgase vom Boden, aus der Luft sowie aus dem Weltraum mit der operationellen Wettervorhersage zusammenzubringen. In weiteren Projektphasen werden Änderungen der Treibhausgasemissionen verschiedener Sektoren, wie z.B. der Energieerzeugung, der Landwirtschaft oder dem Verkehr in Zeiträumen von Monaten bis mehrere Jahre und Jahrzehnte bestimmt werden“, so Dr. Christoph Gerbig vom MPI für Biogeochemie.

Die Forschungsgruppe entwickelt zusammen mit dem Referat Emissionsverifikation Treibhausgase des Deutschen Wetterdienstes (DWD) die inverse Treibhausgas-Modellierung für Deutschland. „Beim DWD werden wir die inverse Modellierung in den operationellen Betrieb überführen und so die Politikberatung zum Treibhausgas-Monitoring verstetigen“, sagt Tobias Fuchs, DWD Vorstand Klima und Umwelt.

Die Lecks von Nordstream 1 und 2, aus denen große Mengen von Methan (CH4) in die Atmosphäre gelangten, unterstreichen die Wichtigkeit realer Messungen. Treibhausgase sind nicht sichtbar, werden aber unter anderem von Messtationen des Integrated Carbon Observation System (ICOS) am Boden und von Satelliten aus erfasst. „Mithilfe des auf unserem Wettervorhersagesystem ICON aufbauenden atmosphärischen Transportmodells ICON-ART konnten wir den Weg der Abluftfahne über Nordeuropa unmittelbar nachverfolgen“, so Tobias Fuchs.

Hochaufgelöste Satellitenmessungen unabdingbar

Zu den wichtigsten Fortschritten des ITMS gehört die Verbesserung des Datenflusses von den verschiedenen Beobachtungssystemen. Drunter fallen die Messungen am Boden, von Flugzeugen und von Satelliten. Hierbei werden insbesondere die neuen Satellitendaten wichtige Beiträge leisten.

„Hochaufgelöste Satellitenmessungen der atmosphärischen Konzentration erlauben es, die Emissionsstärke von lokalen CO2– und CH4 – Quellen vom Weltall aus zu quantifizieren. Dies haben wir mit Flugzeugmessungen demonstriert“, erläutert Dr. Heinrich Bovensmann von der Universität Bremen.

„Es ist unabdingbar, die Quellen von Treibhausgasemissionen räumlich und zeitlich im Detail besser aufzulösen“, so Dr. Ralf Kiese vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Um Quellen und Senken biologischen Ursprungs zu berechnen, verwendet sein Team prozessbasierte Simulationsmodelle. In Zusammenspiel mit Schätzungen zu Emissionen aus Verkehr und Industrie wird es zukünftig möglich sein, zwischen Emissionen aus fossilen Quellen, der Land- und Forstwirtschaft sowie natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten zu unterscheiden. „Damit können mit ITMS konkrete Maßnahmen zur Senkung lokaler Emissionen bewertet werden.“

Zur Webseite des Max-Planck-Instituts

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