20.07.2023 Ι Die Verringerung der Methan-Emissionen gilt als eine wichtige Stellschraube, um die Erderwärmung in relativ kurzer Zeit zu verlangsamen. Denn Methan hat in der Atmosphäre im Gegensatz zu Kohlendioxid nur eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa zwölf Jahren. Insbesondere Methanquellen in den Städten sind oftmals unbekannt oder werden unterschätzt. Ein Forschungsteam hat sich auf die Suche nach Gaslecks und weiteren Austrittstellen von Methan in Hamburg gemacht.

Hamburg: Optimale Bedingungen

Ein erheblicher Teil des weltweit ausgestoßenen Methans entsteht in Städten. Dabei gibt es viele verschiedene Stellen, an denen Methan absichtlich oder unabsichtlich freigesetzt wird. Das Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) wählte Hamburg, um Methanlecks und weitere bisher unbekannte Quellen aufzuspüren. Hamburg ist der Bevölkerung nach nicht nur die zweitgrößte Stadt Deutschlands, sondern gleichzeitig Hafen- und Industriestadt. Damit bietet sie durch die vielen verschiedenen Methanquellen die optimalen Bedingungen für das Vorhaben.

Methan aus leckenden Gasleitungen

Das Team konnte durch ihre Studie zahlreiche bisher unbekannte Methanquellen in Hamburg entdecken. Neben natürlichen Quellen wie der Elbe, ist der größte Anteil durch Menschen verursacht. Etwa die Hälfte dieser Emissionen stammt aus Gasleitungen oder aus der unvollständigen Verbrennung von Gas bei Endverbraucher:innen wie bei Gasöfen oder -heizungen. Die mobilen Messungen machten es außerdem möglich, einzelne besonders starke Methanquellen zu identifizieren. Hierbei zeigte sich, dass etwa zwei Prozent des gesamten durch Menschen verursachten Methanausstoßes in Hamburg aus den leckenden Leitungen einer Ölraffinerie und aus einer Rinderfarm in der Nähe stammen.

Aktualisierung bisheriger Messdaten

Die Forschenden griffen zunächst auf eine Karte der niederländischen Forschungseinrichtung „TNO“ zurück. Diese stellt die Treibhausgase in Hamburg auf Grundlage der deutschen Gesamtemissionen in Kombination mit lokalen Charakteristika räumlich dar. Um die angegebenen Werte dieser Karte zu überprüfen und zu aktualisieren, wählte das Team zwei Herangehensweisen:

„Zum einen führten wir mobile Messungen durch mithilfe eines Autos, das mit Sensoren ausgestattet ist. Hierfür fuhren wir die Gebiete ab, in denen wir Methanemissionen erwarteten, um die räumliche Verteilung besser zu verstehen. Zum anderen nutzten wir unser Sensornetzwerk, um die gesamte Emission der Stadt zu bestimmen. Dieses besteht aus vier an unterschiedlichen Stellen platzierten Messgeräten, die wir bereits in vorherigen Studien zur Messung der Treibhausgasemissionen in München einsetzten“, sagt Jia Chen, Professorin für Umweltsensorik und Modellierung. „Unser Sensornetzwerk nutzt die Sonne als Lichtquelle. Da jedes Molekül in der Atmosphäre nur einen ganz bestimmten Teil des Sonnenlichts absorbiert, können wir die Konzentration der verschiedenen Treibhausgase in der Luftsäule zwischen unseren Messgeräten und der Sonne erfassen.“

Messungen in und um Hamburg

Um herauszufinden, wie viele Treibhausgase innerhalb Hamburgs entstehen, stellten die Forschenden ein Messgerät im Zentrum der Stadt auf, die anderen verteilten sie am östlichen, südlichen und westlichen Stadtrand.

„Durch dieses Prinzip steht immer ein Sensor in Windrichtung vor der Stadt und ein Sensor in Windrichtung hinter der Stadt. Liegt der Wert der zweiten Messung über dem ersten, können wir daraus in Kombination mit komplexen Wind-Modellen bestimmen, wie viele Treibhausgase in der Stadt freigesetzt werden. Zu diesem Zweck werden Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Turbulenzen durch das optische Verfahren Wind-LiDAR gemessen“, sagt Andreas Forstmaier, Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Umweltsensorik und Modellierung.

Zukünftiger Einsatz der Messtechnik

Die für Städte konzipierte Methode soll zukünftig durch den Einsatz von Satelliten auch um globale Messungen erweitert werden. Dadurch wollen die Forschenden einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis und zur Verlangsamung der Klimaerwärmung leisten.

Originalpublikation:

Forstmaier, A., Chen, J., Dietrich, F., Bettinelli, J., Maazallahi, H., Schneider, C., Winkler, D., Zhao, X., Jones, T., van der Veen, C., Wildmann, N., Makowski, M., Uzun, A., Klappenbach, F., Denier van der Gon, H., Schwietzke, S., and Röckmann, T.: Quantification of methane emissions in Hamburg using a network of FTIR spectrometers and an inverse modeling approach, Atmos. Chem. Phys., 23, 6897–6922, https://doi.org/10.5194/acp-23-6897-2023, 2023.