• Klima, Umwelt und Gesundheit

Klimaprojekte im Bereich Gas



KLIMAGASEN AUF DER SPUR

 

Eine Seefahrt

Die portablen Spektrometer erlauben auch Messungen auf bewegten Plattformen, beispielsweise Schiffen. Im Frühjahr 2014 betrieben Forscher des KIT ein Spektrometer auf dem Eisbrecher Polarstern des Alfred-Wegener-Instituts auf der Überfahrt von Kapstadt nach Bremerhaven. Um die Schiffsbewegungen auszugleichen, wurde am KIT für diesen Einsatz ein besonders schneller Sonnenverfolger entwickelt.

Aus den Messungen konnten die KIT-Forscher die großräumige Verteilung von Kohlendioxid und Methan in Abhängigkeit von der geografischen Breite ermitteln. Da sich die Quellen dieser Gase vorwiegend in der Nordhemisphäre befinden, sind die Messwerte dort höher.

Der gewonnene Datensatz dient zur Überprüfung von Treibhausgasmessungen aus dem All und zur Bewertung globaler Modellsimulationen der Treibhausgasverteilung. Solche Simulationen zielen darauf ab, die Stärke und Variabilität von Quellen und Senken auf kontinentalen Skalen abzuschätzen.

 

Methan aus Fracking

Quelle: Denver Post 2013 nach Angaben der Colorado Oil and Gas Conservation Commission
Quelle: Denver Post 2013 nach Angaben der Colorado Oil and Gas Conservation Commission

„Fracking“ (Hydraulic Fracturing) ist ein in Europa kontrovers diskutiertes Verfahren. Durch Erzeugung von Gesteinsrissen ermöglicht es die Gewinnung von Öl und Gas aus unkonventionellen Lagerstätten.

Wissenschaftler vom KIT führten im Frühjahr 2015 in Kooperation mit dem National Center for Atmospheric Research und der University of Colorado Feldmessungen zum Nachweis der Methanemission aus Fracking durch. 

Im Modellversuch kann zusätzlich eine der beiden bereitliegenden Gaszellen in den Strahl gebracht werden. Die eine Zelle enthält Kohlendioxid (CO2), die andere Methan (CH4). Die Mengen der Gase sind so abgestimmt, dass sich in etwa dieselbe Abschwächung ergibt wie bei der atmosphärischen Beobachtung gegen die Sonne. Durch Einbringen der Zelle werden deshalb die in einer Sonnenmessung sichtbaren charakteristischen Signaturen von Kohlendioxid (bzw. Methan) erzeugt.

Hierzu wurden nordwestlich von Denver mehrere der mobilen Spektrometer im Abstand von etwa 70 km entlang der vorherrschenden Windrichtung angeordnet. In Abwind des überwachten Gebietes wurden deutliche Erhöhungen der Methanmengen festgestellt.

Die Treibhauswirkung von Methan ist etwa 25-fach stärker als die von Kohlendioxid: Daher ist die Umweltbilanz einer Verfahrensweise, die bei der Gewinnung von Öl oder Gas große Mengen von Methan in die Atmosphäre entlässt, besonders ungünstig.

Der Modellversuch

Da eine atmosphärische Messung direktes Sonnenlicht benötigt, veranschaulichen wir Ihnen das Messverfahren mithilfe eines wetterunabhängigen Modells: Als Quelle dient hierbei der heiße Glühfaden einer Lampe. Schon auf dem kurzen Weg zwischen der Lampe und dem Spektrometer bewirkt der in der Luft enthaltene Wasserdampf eine spürbare Abschwächung des Signals bei charakteristischen Wellenlängen. Diese Bereiche sind im Sonnenspektrum aufgrund des viel längeren atmosphärischen Pfades fast vollständig abgedunkelt.

Emissionen von Städten

Nach einer Erhebung der WHO lebten 1960 nur 34 % der Weltbevölkerung in Städten, 2014 waren es bereits 54 %. Städte erzeugen den größten Anteil anthropogener Kohlendioxidemissionen. Die Quantifizierung städtischer Emissionen ist daher von ausschlaggebender Bedeutung, auch zur Bewertung von Ansätzen, die auf die Entwicklung einer nachhaltig wirtschaftenden Stadt, der „Ecocity“, abzielen.

Der Einsatz mehrerer mobiler Spektrometer erlaubt die Beobachtung lokaler Quellen durch den Vergleich der gemessenen Spurengasmengen in Luv und Lee der Quelle. Wissenschaftler vom KIT haben dieses Verfahren im Sommer 2014 erstmals demonstriert, indem sie die Kohlendioxidemission Berlins detektierten.

Für die vom KIT in Kooperation mit Bruker Optik, Ettlingen, entwickelten Spektrometer konnte hierbei ein bisher unerreichtes Maß an Stabilität der instrumentellen Eigenschaften demonstriert werden. Im Mai 2015 wendete das KIT in Kooperation mit französischen Partnern dasselbe Verfahren erfolgreich für die Vermessung der Treibhausgasemissionen von Paris an.

Sarah Wiegräfe
Referentin NEULAND
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Innovations- und Relationsmanagement (IRM)

Telefon: +49 721 608 22612
E-Mail: sarah.wiegraefe@kit.edu

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