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Die Welt spürt dem Methan nach

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Von Copernicus
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Wir sind so auf CO2 fixiert, dass wir oft die Gefahr durch Methan-Gas übersehen, das ein überraschender Verbündeter im Kampf gegen den Klimawandel sein könnte.

Was haben ein Reisfeld, eine Kuh, ein Moor und ein Kohlebergwerk gemeinsam? Es mag mehr als eine Antwort geben, aber sie sind alle ziemlich „gashaltig“. Sie setzen Methan-Gas frei, das weniger bekannt ist als Kohlendioxid, aber dafür berüchtigt für seine Fähigkeit, Wärme zu speichern. Da die Methan-Emissionen steigen, wird dem Gas nun mehr Aufmerksamkeit zuteil. Wissenschaftler sind der Ansicht, dass Senkungen der Methan-Emissionen zu schnelleren Ergebnissen im Klimaschutz führen könnten. Voraussetzung dafür ist allerdings eine genaue Kenntnis davon, wie viel Methan in die Atmosphäre gelangt und wer oder was diese Emissionen verursacht.

Methan hat sowohl natürliche als auch mit menschlichen Aktivitäten verbundene Quellen. Etwa ein Drittel der globalen Methan-Emissionen entstehen in Feuchtgebieten, in denen riesige Mengen organischer Stoffe bei der Zersetzung Methan freisetzen. Der größte Anteil der vom Menschen verursachten Methan-Emissionen entsteht in der Landwirtschaft - mehr als ein Viertel der anthropogenen Emissionen werden durch Vieh und den Anbau auf überfluteten Feldern, wie etwa im Reisanbau, verursacht. Methan entsteht als Nebenprodukt in Güllegruben, beim Aufstoßen von Wiederkäuern und auf gefluteten Feldern, und zwar durch Bakterien, die sich unter Wasser zersetzen. Ein weiteres Viertel der weltweiten Methan-Emissionen stammt aus der Öl- und Gasindustrie, in der es häufig zu Leckagen kommt, bei denen Methan entweicht. Weitere Quellen sind brennende Biomasse und der auftauende Permafrost.

Was Methan allerdings zum zweitgrößten Klimawandelverursacher macht, ist seine Fähigkeit, die Atmosphäre zu erwärmen. Diese ist etwa 20-mal so stark ausgeprägt wie bei Kohlendioxid. Genauer gesagt entspricht die Freisetzung von 1kg Methan dem Ausstoß von 84kg CO2. Und da die globalen Methan-Emissionen rapide ansteigen, ist mit einer stärkeren Erderwärmung zu rechnen.

2020 erreichte die Methan-Konzentration die höchsten Werte seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahre 2003. Das zeigen vorläufige Daten des Copernicus Climate Change Service (C3S). Das Global Carbon Project verzeichnete im Jahr 2017 einen Anstieg von neun Prozent im Vergleich zu 2000-2006 und benennt die Land- und Abfallwirtschaft als wahrscheinliche Verursacher dieses Anstiegs. „Wir haben in den letzten zehn Jahren erkannt, dass die Methan-Werte sehr schnell ansteigen und dass dies sehr problematisch ist“, so Dr. Drew Shindell, Klimawissenschaftler an der Duke University und Hauptverfasser des globalen Methanberichts der UN 2021.

Umstritten bleibt, wer oder was diesen Anstieg verursacht. „Hinter diesem Anstieg steht mit Sicherheit ein starker menschlicher Einfluss“, so Dr. Ilse Aben, leitende Wissenschaftlerin am niederländischen SRON-Institut für Weltraumforschung und mitverantwortlich für das TROPOMI-Instrument, das an Bord des -Copernicus Sentinel-5P-Satelliten Methan-Messungen durchführt. „Aber die Unterscheidung zwischen natürlichen und anthropogenen Emissionen ist kompliziert.“

Während Kohlendioxid 300 Jahre in der Luft erhalten bleibt, was den Abbau der CO2-Emissionen noch drängender macht, ist Methan nach rund zehn Jahren verschwunden. Eine Reduzierung der Methan-Emissionen könnte also einen schnellen Nutzen für den Klimaschutz bringen. „Es hat sich herausgestellt, dass es viele Vorteile bringt, den Methan-Ausstoß zu reduzieren“, so Dr. Shindell über den UN-Bericht. „Wenn in diesem Jahr Maßnahmen zur Methan-Reduzierung ergriffen werden, könnte sich die Konzentration bereits im nächsten Jahr ändern.“ Und da Methan darüber hinaus zur Verschmutzung der unmittelbaren Umgebung beiträgt, weil es sich mit Abgasen in der unteren Atmosphäre vermischt und zur Bildung von Ozon beiträgt, das wiederum unsere Atemwege schädigt, könnte diese Reduzierung außerdem gesundheitliche Vorteile bringen.

Es kann jedoch über zehn Jahre dauern, bis auch das Klima davon profitiert. „Aber das ist immer noch sehr schnell im Vergleich zu nahezu allen anderen Maßnahmen, die dazu dienen sollen, den Klimawandel abzuschwächen“, so Dr. Shindell weiter. So könnte zum Beispiel eine Reduzierung der Methan-Emissionen in der Öl- und Gasindustrie um 45 Prozent in den nächsten vier Jahren – etwa durch die Schließung von 1.300 Kohlekraftwerken - dem Klima schon in den nächsten 20 Jahren helfen. Und eine Halbierung der weltweit von Menschen verursachten Methan-Emissionen bis 2050 könnte die Erderwärmung in den nächsten 30 Jahren um 0,2°C reduzieren, so die Europäische Kommission. „Das ist vielen Menschen bisher noch nicht bewusst, aber da die Vorteile auf der Hand liegen, dürfte es nicht besonders schwierig sein, andere an Bord zu holen“, so Dr. Shindell.

Der Copernicus Sentinel-5 Precursor ist der erste der Sentinels zur Erforschung der Zusammensetzung der Atmosphäre. Er startete seine siebenjährige Mission am 13. Oktober 2017.
© ESA/ATG medialabDer Copernicus Sentinel-5 Precursor ist der erste der Sentinels zur Erforschung der Zusammensetzung der Atmosphäre. Er startete seine siebenjährige Mission am 13. Oktober 2017.

Der Teufel steckt im Detail

Die Methan-Reduzierung wird zunehmend in den Blick genommen. Die Methan-Strategie der EU zielt darauf ab, die Emissionen des stärksten Nicht-CO2-Treibhausgases in der EU bis 2030 im Vergleich zu 2005 um 35-37 Prozent zu reduzieren. Um dies zu erreichen, sollen Überwachung und Meldung von Methan-Emissionen, insbesondere über den Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), verbessert werden. Anfang des Jahres kündigte das US-Außenministerium außerdem eine Investition von 35 Millionen US-Dollar in REMEDY an. Dieses Programm soll dazu dienen, Technologien zu entwickeln, um Methan-Emissionen in der Öl-, Gas- und Kohleindustrie zu reduzieren. Weltweit sind 45 Länder, die drei Viertel der weltweiten Methan-Emissionen erzeugen, in der Global Methane Initiative zusammengeschlossen, die sich mit der Methan-Reduzierung in diesen Branchen befasst.

Um Methan jedoch an der Quelle reduzieren zu können, bedarf es einer genauen Überwachung. Laut Dr. Aben nutzt das SRON dabei Luftproben aus aller Welt. „Dieses Netzwerk von etwa 80 Stationen ist gut geeignet, um globale Methan-Entwicklungen weltweit grob zu verfolgen. Aber das gibt uns noch nicht ausreichend Aufschluss darüber, wo die Methan-Quellen liegen.“

Im Gegensatz zu Kohlendioxid lassen sich Methan-Emissionen nur schwer verfolgen, so Dr. Sergio Noce, der am Euro-Mediterranean Centre on Climate Change forscht und auch am Global Carbon Project beteiligt ist. „Laut Weltklimarat sind die Unsicherheiten bei CO2-Emissionen geringer als bei Methan, vermutlich, weil wir mehr darüber wissen, wo CO2 entsteht, und weil das Beobachtungsnetzwerk viel weiter entwickelt ist. Bei Methan gibt es keine genauen globalen Daten über die Erzeugung, und die Probenahmen sind nicht gleichmäßig verteilt […]. Über manche Länder wissen wir sehr viel, über andere nur sehr wenig oder gar nichts.“

„Wir brauchen die globale Abdeckung, und dabei kommen Satellitenbeobachtungen ins Spiel“, so Dr. Aben. „Das Messen ist eine Herausforderung – sobald es ausgestoßen wurde, vermischt sich Methan mit der Luft und wird fortgetragen. Man kann an einem bestimmten Ort immer nur eine durchschnittliche Methankonzentration erfassen, aber das dabei gemessene Methan kann auch aus anderen Quellen stammen. Wir untersuchen die Schwankungen der weltweiten Konzentrationen und versuchen, die Emissionen an einzelnen Orten genauer zu bestimmen.“ Das TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) eröffnet sehr viel detailliertere Einblicke in Emissionen, indem es Daten über kleine Flächen von 5 mal 7,5 km erfasst und täglich bis zu 40 Millionen Einzelbeobachtungen liefert. „Wir verfügen zum ersten Mal über eine vollständige globale Abdeckung und hochauflösende Beobachtungen“, so Dr. Aben.

Das TROPOMI an Bord des Copernicus Sentinel-5-Precursor-Satelliten dient der Überwachung der weltweiten Luftverschmutzung.
© ESA/ATG medialabDas TROPOMI an Bord des Copernicus Sentinel-5-Precursor-Satelliten dient der Überwachung der weltweiten Luftverschmutzung.

Um Emissionen zu reduzieren, sind Daten erforderlich - insbesondere über die größten Verursacher von Methan-Emissionen, die sogenannten „Super-Emittenten“. Da auch natürliche Quellen erhebliche Mengen an Methan in die Atmosphäre absondern, bleibt es schwierig zu sagen, was wirklich vom Menschen verursacht wurde. „Öl- und Gasanlagen können zum Beispiel in der Nähe von Feuchtgebieten liegen, sodass es schwierig ist, genau zu sagen, wie viel Methan woher kommt“, erklärt Dr. Aben. Daher hilft es, herauszufinden, wer die Super-Emittenten sind.

TROPOMI spürt diesen Super-Emittenten nach, also etwa Kohleminen oder Leckagen, die bei der Öl- und Gasförderung auftreten. „Wir versuchen, uns auf diejenigen zu konzentrieren, die besonders herausstechen, und analysieren diese genauer. Wir setzen also zuerst auf die „niedrig hängenden Früchte“, so Dr. Aben. „Wir arbeiten mit Partnern mit kleineren Satelliten zusammen, die Methan-Emissionen sehr detailliert erfassen können.“ Nachdem TROPOMI Emissionen auf globaler Ebene erfasst hat, listet es Orte auf, die besonders hervorstechen, und kleinere Satelliten können dann näher heranzoomen, um festzustellen, wer oder was für den Ausstoß verantwortlich ist.

Das europäische Technologie-Start-up Kayrros nutzt Daten von Copernicus Sentinel-5P sowie In-situ-Daten und künstliche Intelligenz, um Methan-Emissionen über die Methane Watch Platform zu beobachten. Die Forscher befassen sich darüber hinaus mit Super-Emittenten und liefern Daten an Energieunternehmen, den öffentlichen Sektor und andere. „Unternehmen wollen ihre Emissionen besser verstehen, um Auflagen zu Methan-Konzentration und -Eindämmung einhalten zu können“, so Antoine Rostand, Gründer und Präsident von Kayrros. Das Unternehmen wird auch mit dem International Energy Forum, der weltweit größten Energieorganisation, zusammenarbeiten, um eine Methodik für Methan-Messungen zu entwickeln, die es dem Energiesektor ermöglichen soll, Methan-Hotspots aufzuspüren und die entsprechenden Gegenmaßnahmen im Sinne der Erfüllung des Pariser Klimaabkommens einzuleiten.

Kayrros Dashboard-Daten über Methan-Leckagen. Screenshot der Methane-Watch-Beobachtungsplattform.
© Kayrros-PlatformKayrros Dashboard-Daten über Methan-Leckagen. Screenshot der Methane-Watch-Beobachtungsplattform.

Die Verbesserung der Satellitenbeobachtungen wird mehr Klarheit schaffen und so zur Methan-Reduzierung beitragen, die bisher noch in den Kinderschuhen steckt. „Wir müssen die Daten stark filtern. Wir können nur dann Aussagen über Methan-Emissionen treffen, wenn es keine Störungen durch Wolken gibt. Aber dank der geplanten neuen Satelliten und dank kleinerer Satelliten mit einer höheren Auflösung werden diese Instrumente ihre Messungen allmählich verbessern“, so Dr. Aben.

Die Quantifizierung der Methan-Emissionen bleibt schwierig

Trotz der Beobachtungen bleiben die höheren Methan-Konzentrationen im Jahr 2020 umstritten. „Wir können es nicht abschließend erklären“, so Dr. Frederic Chevallier, Wissenschaftler im Labor für Klima- und Umweltwissenschaften im französischen Gif-sur-Yvette. Es sind weitere Forschungen erforderlich, um festzustellen, wie natürliche Methanquellen auf den Klimawandel reagieren und ob Änderungen bei Niederschlag und Temperatur zu einer verstärkten Methanfreisetzung führen können. „Es gibt Studien, die zeigen, dass Feuchtgebiete bei steigenden Temperaturen mehr Methan freisetzen“, so Dr. Aben.

Wenn man allerdings etwas weiter zurückblickt, sieht es laut Global Carbon Project nicht so aus, als würden natürliche Methan-Quellen wesentlich mehr absondern als von 2000 bis 2006. Dafür stiegen die Emissionen in der Landwirtschaft - verstärkt durch den zunehmenden Fleischkonsum - im Jahr 2017 um etwa 12 Prozent, während der Anteil des Methan-Ausstoßes durch fossile Brennstoffe um 17 Prozent stieg.

Brennender Darvaza-Gaskrater, Turkmenistan. Geologen setzten ihn in Brand, um die Ausbreitung von Methangas zu verhindern, und er brennt seit 1971 ununterbrochen.
© Getty ImagesBrennender Darvaza-Gaskrater, Turkmenistan. Geologen setzten ihn in Brand, um die Ausbreitung von Methangas zu verhindern, und er brennt seit 1971 ununterbrochen.

Es scheint vorerst einfacher zu sein, Methan-Emissionen in der Öl- und Gasindustrie zu reduzieren, als Verbraucher davon zu überzeugen, weniger Fleisch zu essen. Die Gewinnungsindustrie verfügt über verschiedene neue Technologien, um veraltete Infrastruktur zu ersetzen, Leckagen zu reduzieren und Methan zurückzugewinnen. Die Industrie benötigt nun Daten, um zu wissen, in welchen Bereichen Maßnahmen ergriffen werden sollten. Produktionsstätten können mithilfe von Satellitenbeobachtungen unerkannte Leckagen aufspüren und die entsprechenden Gegenmaßnahmen einleiten, was letztendlich auch zu finanziellen Einsparungen führt. „Aber sie zögern, einschneidende Maßnahmen zu ergreifen, bevor die Auflagen für Methan klarer definiert sind“, erklärt Antoine Rostand von Kayrros.

Bei Nutztieren ist die Lage komplexer. Strategien zur Emissionsreduzierung umfassen Aspekte wie eine Umstellung der Ernährung von Wiederkäuern und Verbesserungen im Umgang mit agroindustriellen Abfällen. Es gibt Lösungsansätze wie die anaerobe Vergärung, um Methan aus Dung zu gewinnen, oder die Verfütterung von Algen an Rinder, weil Forscher festgestellt haben, dass diese Art der Ernährung den Methan-Ausstoß um 82 Prozent senkt.

Genaue Messungen der Methan-Emissionen werden weiterhin eine entscheidende Rolle spielen, um den Wandel in methanreichen Industrien voranzutreiben, insbesondere da Schätzungen der Internationalen Energieagentur zufolge 40 Prozent der Emissionen ohne Zusatzkosten vermieden werden könnten. Die jüngste Initiative der Vereinten Nationen und der EU-Kommission ist ein internationales „Methane Emissions Observatory“, das die Methanüberwachung durch ein vollständigeres Bild der Emissionen verbessern soll. Erreicht werden soll dies durch die Verbindung von Unternehmensberichten, Satellitendaten und wissenschaftlicher Forschung. „Vielen Menschen wird allmählich klar, dass sie mit diesen Messungen wirklich etwas anfangen können“, so Dr. Aben. „Das läuft etwas langsam an, und es wird eine Weile dauern, aber dann wird es sich beschleunigen.“