KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Hohe Methankonzentrationen in sibirischen Küstengewässern, die auf tauende Permafrostböden zurückgeführt wurden, machten 2010 weltweit Schlagzeilen.

Hohe Methan-Konzentration in Laptev-See – Foto: T. Klagge / IFM-GEOMAR

Eine Studie deutscher, kanadischer und russischer Wissenschaftler unter Leitung des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) zeigt jedoch, dass in diesem Fall nicht der aktuelle Klimawandel schuld ist. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen.

Die globale Erwärmung birgt viele Gefahren. Dazu gehört auch das mögliche Auftauen von Permafrostböden in der Arktis. Methan, das bisher im Permafrost gebunden war, könnte in die Atmosphäre gelangen und als effektives Treibhausgas die Erwärmung der Atmosphäre weiter beschleunigen, so die Befürchtung. Tatsächlich belegten wissenschaftliche Studien in den vergangenen Jahren hohe Methankonzentrationen in den flachen Küstenmeeren Ostsibiriens. Der Schluss lag nahe, dass der Permafrost im Meeresboden bereits abtaut und Methan ins Wasser entlässt. Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) haben zusammen mit Kollegen aus Russland und Kanada diese Vermutung überprüft. Ihr Ergebnis: „Die Methankonzentrationen vor den sibirischen Küsten sind keine Folge der aktuellen Klimaerwärmung, sondern Spätfolgen einer Klimaveränderung, die vor etwa 10.000 Jahren begann“, erklärt Dr. Igor Dmitrenko vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor der Studie, die in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen ist.

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler unter anderem hydrographische und meteorologische Daten des Staatlichen Instituts für Arktis und Antarktisforschung (AARI) Russlands, die bis ins Jahr 1920 zurückreichen. Sie ergänzten diesen umfangreichen Datensatz mit neueren Messungen, die zwischen 1993 und 2009 im Rahmen des deutsch-russischen Projektes „System Laptev-See“ in den ostsibirischen Schelfgebieten gewonnen wurden. „Tatsächlich zeigen diese Daten eine deutliche Erwärmung der unteren bodennahen Wasserschichten von 2,1 Grad Celsius seit Mitte der 1980er Jahre“, sagt Dr. Dmitrenko. Diese Ergebnisse verbanden die Forscher mit Modellrechnungen zur Entwicklung des Permafrostbodens. Dabei fanden sie heraus, dass der angenommene Tauprozess im unterseeischen Permafrost nicht mit dem aktuellen Temperaturanstieg erklärt werden kann.

Gebildet haben sich die Permafrostböden während der Eiszeiten, als der heutige Meeresboden der sibirischen Schelfgebiete noch Land war. Erst vor rund 8500 Jahren wurden sie am Ende der jüngsten Eiszeit überschwemmt. Damals stieg die Temperatur im Boden von durchschnittlich minus 13,5 Grad Celsius auf nur noch minus 1,5 Grad Celsius „Das war der radikalste Temperaturwechsel seitdem“, betont Dr. Dmitrenko. Die Modellrechnungen zeigen, dass damals ein sehr langsamer Tauprozess begonnen hat, der bis heute anhält. „Die hohen Methankonzentrationen im Wasser der sibirischen Schelfgebiete sind also wahrscheinlich keine Folge des jüngsten Temperaturanstieges in der Arktis, sondern Spätfolgen der Erwärmung am Ende der Eiszeit“, so Dmitrenko.

Bis der aktuelle, von Menschen verursachte Klimawandel die unterseeischen Permafrostböden erreicht, kann noch viel Zeit vergehen. „Die dicken Sedimentschichten, die sich in den vergangenen Jahrtausenden auf dem Meeresboden abgelagert haben, sind eine gute Isolierschicht“, erklärt der Meereswissenschaftler. Wie lange sie hält, ist schwer zu ermitteln. „Das hängt von sehr vielen Faktoren ab, deshalb sind das eher spekulative Werte.“ Entwarnung in Sachen Klimawandel will Dmitrenko trotzdem nicht geben: „Erstens gelten unsere Ergebnisse nicht für Permafrostböden an Land. Und zweitens haben die von uns nachgewiesenen Temperaturerhöhungen im arktischen Ozean andere gravierende Auswirkungen auf das Klimasystem und die Ökologie der Arktis.“

Originalpublikation
Dmitrenko, I. A., S. A. Kirillov, L. B. Tremblay, H. Kassens, O. A. Anisimov, S. A. Lavrov, S. O. Razumov, M. N. Grigoriev. (2011:), Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability. J. Geophys. Res., 116, C10027, http://dx.doi.org/10.1029/2011JC007218

Aktuell trafen sich Forscher aus elf Nationen in Potsdam zur Auftaktveranstaltung für ein neues, vierjähriges EU-Projekt.

Welche Folgen hat das Auftauen eisreicher Permafrostböden? Foto: Hugues Lantuit / AWI

Was passiert, wenn die großen Mengen gebundenen Kohlenstoffs aus arktischen Böden in die Atmosphäre gelangen?
Dies ist die Leitfrage, der Feldforscher, Betreiber von Langzeitobservatorien und Modellierer von 18 Partnereinrichtungen im Projekt PAGE21 nachgehen, das aus Mitteln der Europäischen Union gefördert wird. Indem sie die Expertise ihrer Fachrichtungen bündeln, wollen die Wissenschaftler wertvolle Grundlagen für den fünften Weltklimabericht der Vereinten Nationen liefern.

„Ich freue mich sehr auf die eng vernetzte Zusammenarbeit der führenden Köpfe der europäischen Permafrostforschung in der Arktis“, sagt Prof. Dr. Hans-Wolfgang Hubberten von der Forschungsstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Mineraloge leitet das Projekt namens PAGE 21, das einen Umfang von fast 10 Millionen Euro hat und mit knapp 7 Millionen Euro aus dem siebten Rahmenprogramm der Europäischen Union gefördert wird. Es steht für Changing Permafrost in the Arctic and its Global Effects in the 21st Century, also Veränderungen im arktischen Permafrost und die globalen Auswirkungen im 21. Jahrhundert. „Wir müssen unser Grundlagenwissen über die physikalischen und biogeochemischen Prozesse verbessern, um zuverlässigere Prognosen für die zukünftige weltweite Klimaentwicklung liefern zu können“, so Hubberten weiter.

Etwa 50 Prozent des weltweit unterirdisch vorkommenden organischen Kohlenstoffs lagert in den nördlichen Permafrostregionen. Das ist mehr als die doppelte Menge des derzeit in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoffs, der dort beispielsweise in Form der Klimagase Kohlendioxid und Methan auftritt. Gleichzeitig wirkt sich der Klimawandel in der Arktis besonders stark und rasch aus. So taut der Permafrostboden auf und setzt zusätzlich Klimagase frei, die diesen Effekt noch verstärken können.

Viele dieser Mechanismen sind für sich betrachtet grundlegend gut verstanden. Geht es aber um die Quantifizierung einzelner Prozesse, wird die Datenlage dünner. Also sind zunächst die Feldforscher gefragt: Sie stülpen beispielsweise in Sibirien Messgeräte über definierte Flächen von Permafrostboden und messen die austretenden Gase, wenn der Boden im Sommer auftaut. Um die zeitliche Entwicklung und saisonale Variationen zu erfassen, muss dies wiederholt stattfinden und möglichst weite Bereiche sowie auch möglichst lange Zeiträume eines Jahres abdecken. Standardisierte Methoden aller Partner sollen zusätzlich die Vergleichbarkeit der Daten erhöhen. So wollen die Projektpartner von PAGE21 qualitativ hochwertige Datensätze erstellen.

Diese Datensätze aus dem Permafrost bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung globaler Klimamodelle. „Die heute verwendeten Modelle haben häufig noch Ungenauigkeiten, weil die Permafrostregionen mit all ihren Rückkopplungsmechanismen unterrepräsentiert sind“, sagt Hubberten. Im Rahmen von PAGE21 sollen jetzt dringend notwendige Schritte getan werden, um die Modelle zu verbessern. Sie liefern die Grundlage für Vermeidungs- und Anpassungsstrategien, die auf die Gesellschaft im 21. Jahrhundert zukommen.

Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung des IFM-GEOMAR bricht heute mit dem Forschungsschiff POSEIDON zu einer Expedition ins Nordpolarmeer auf.

FS Poseidon – Foto: O. Pfannkuche / IFM-GEOMAR

Ziel der Forschungsreise bis vor die Küste Westspitzbergens sind Untersuchungen zur Stabilität von Gashydraten und zur Intensität von Methangasaustritten. Dabei sollen die biogeochemischen Umwandlungsprozesse von Methan in der Wassersäule und die Freisetzung des Treibhausgases in die Atmosphäre abgeschätzt werden.

Umweltveränderungen aufgrund der globalen Erwärmung sind im Bereich der Arktis besonders dramatisch, wie es beispielsweise der rapide Schwund des Meereises und der Grönländischen Gletscher in den letzten Jahren untermauern. Es ist zu erwarten, dass sich diese Regionen auch in der Zukunft schnell und tiefgreifend verändern werden. Weite Bereiche der flachen Schelfmeere und des Kontinentalrandes des Arktischen Ozeans sind durch submarine Permafrostböden und das Vorhandensein von Gashydraten gekennzeichnet. Durch eine zunehmende Erwärmung des Bodenwassers könnten sich die Hydrate auflösen und größere Mengen des darin enthaltenen Methangases freisetzen, das durch seine starke Treibhauswirkung wiederum zu einer beschleunigen Erwärmung beitragen könnte. Jüngste Beobachtungen an mehr als 250 Gasaustrittsstellen westlich von Spitzbergen in einem Grenzbereich der Gashydratstabilitätszone lassen befürchten, dass Auflösung von Gashydraten als Folge der globalen Erwärmung bereits begonnen hat.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Dr. Olaf Pfannkuche vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) will nun untersuchen, inwieweit das freigesetzte Methangas durch biologische und biogeochemische Prozesse in der Wassersäule abgebaut wird und abschätzen, wie viel bis in die Atmosphäre gelangt. „Wir wissen, dass mikrobieller Abbau von Methan im Sediment und in der Wassersäule als natürlicher Filter von Methanemissionen agiert“, erläutert Dr. Pfannkuche. „Allerdings ist bisher nicht bekannt, wie schnell und effektiv dieser Filter im Falle von massiven Gashydratauflösungen funktionieren wird und was die potentiellen sekundären Konsequenzen, wie zum Beispiel Ozeanversauerung und Bildung von Sauerstoffminimumzonen sind“, so Pfannkuche weiter.

An der Expedition, die heute im Rahmen der 419. Ausfahrt des Kieler Forschungsschiffes POSEIDON startet, sind Wissenschaftlern aus dem EU-Projekt HERMIONE und aus dem Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ unter der Beteiligung aus den Instituten IFM-GEOMAR, NIOZ (Niederlande) und der Universität Tromsø (Norwegen) beteiligt.
Die Untersuchungen konzentrieren sich auf zwei Arbeitsgebiete vor Spitzbergen. Geplant sind Untersuchungen zur räumlichen Verteilung und zur Quantifizierung von Methanfahnen in der Wassersäule mit akustischen Verfahren und mit klassischen CTD/Rosettenwasserschöpfer Beprobungen. Am Meeresboden werden Messungen von Stoffumsätzen mit einem biogeochemischen Observatorium (BIGO Lander) geplant. Ferner werden mittels verschiedener Verfahren Sedimentproben für mikrobiologische Untersuchungen gewonnen. Mit einem Foto/Videoschlitten (OFOS) können Gashydratvorkommen und Gasaustrittsstellen lokalisiert und neue Areale erkundet werden.

„Unsere auf dieser Expedition gewonnenen Messdaten werden wir auch mit den bereits vorhandenen Beobachtungen vergleichen, um abzuschätzen, wie rasch die Veränderung in diesem sehr sensiblen Teil des Weltmeeres voranschreitet“, so Fahrtleiter Pfannkuche.

Eine Studie des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) und der World Meteorological Organization hat gezeigt, dass eine schnelle Reduktion von Rußpartikeln, bodennahem Ozon und Methan einen deutlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten könnte.

Feinstaubnebel über Köln – Foto: Thomas Max Müller / Pixelio

Dies erhöhe die Chance, die Erwärmung der Atmosphäre auf unter 2 oder sogar 1,5 Grad Celsius zu halten.

Besonders für empfindliche Gebiete wie die Arktis und Gletscherzonen sei schnelles Handeln wichtig. Zudem seien die genannten Schadstoffe ein großes Risiko für die menschliche Gesundheit. Duch bodennahes Ozon seien auch die Getreideernten gefährdet. Die Studie wurde bei den internationalen Klimaverhandlungen in Bonn vorgestellt. Darin werden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, um die “kurzlebigen Klimakiller” zu bekämpfen, darunter Dieselrußfilter für Fahrzeuge, verbesserte Heiz-, Abwasser- und Abfallanlagen und das Verbot der offenen Verbrennung von landwirtschaftlichen Abfällen.

Die in der Kampagne “Rußfrei fürs Klima” zusammengeschlossenen Umwelt- und Verkehrsverbände BUND, Deutsche Umwelthilfe (DUH), NABU und VCD fordern Sofortmaßnahmen, um die verheerende Wirkung von Dieselruß als Klimakiller zu stoppen. Sie setzen sich unter anderem für die Einführung von Partikelfiltern und Umweltzonen ein. Mit der UNEP-Studie sei die schädliche Klimawirkung von Rußpartikeln erneut bestätigt worden.  „Rußpartikel lagern sich auf den Eisflächen der Arktis oder auf Inlandsgletschern ab und bilden eine Art „Grauschleier“, der die Reflektion des Sonnenlichts reduziert und so das Abschmelzen des Eises beschleunigt. Außerdem heizen sich die schwarzen Teilchen im Sonnenlicht auf, erwärmen ihre Umgebung und beeinflussen zudem die Wolkenbildung, mit der Folge einer weiträumigen Veränderung der Niederschlagsverhältnisse“, erklärte BUND-Experte Werner Reh. Die Verbände betonen, dass aber auch der Kampf gegen CO2-Emissionen weiter vorangetrieben werden muss.

Viele EU-Mitgliedstaaten werden es nicht schaffen, die nationalen Luftschadstoffgrenzwerte einzuhalten.

Deutschland tut zu wenig gegen Luftschadstoffe – Foto: Rainer Sturm / Pixelio

Das hat die Europäischen Umweltagentur (EEA) in ihrem jährlichen Statusbericht über die Einhaltung der Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen (NEC) ermittelt.

Die NEC-Richtlinie schreibt nationale Höchstmengen für die Luftschadstoffe Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide (NOx), nicht-methanhaltige flüchtige organische Verbindungen (NMVOCs) und Ammoniak (NH3) vor. Die in Kopenhagen ansässige EEA prüft einmal jährlich die Einhaltung dieser Werte und lässt sich auch vorausschauend Prognosen der EU-Mitgliedstaaten übermitteln.

Zehn Mitgliedstaaten – Österreich, Belgien, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Irland, Luxemburg, die Niederlande, Slowenien und Spanien – können demnach die NOx-Werte nicht einhalten. Die Stickstoffoxidgrenzwerte werden damit hochgerechnet auf die gesamte EU um 17 Prozent überschritten. Während die Niederlande und Slowenien die Höchstmengen nur um etwa 5 Prozent überschreiten, liegen Deutschland und Frankreich um je etwa ein Drittel über der anvisierten Menge von Stickstoffoxidemissionen. Nur Österreich toppt das noch mit 40 Prozent Überschreitung. Hauptquelle für NOx-Emissionen ist der Straßenverkehr.

Deutschland kann außerdem voraussichtlich die NMVOCs- und die NH3-Höchstwerte nicht einhalten und ist damit das einzige EU-Land, das Probleme bei gleich drei Emissionshöchstmengen hat.

Die EEA hatte auf der Grundlage von Hochrechnungen bereits im letzten Herbst erste Zahlen veröffentlicht. Auch die letzten Schätzungen zeigen, dass die EU-Mitgliedstaaten für die Luftqualität noch viel tun müssen.

Für spätestens 2013 plant die EU-Kommission eine Revision und Verschärfung der NEC-Richtlinie.

NEC-Richtlinie – Status-Report 2010 (engl.)

Bisher gehörte Erdgas zu den fossilen Brennstoffen. Künftig kann man aus Gas auch umweltfreundlichen Strom erzeugen.

Autos können mit Gas aus Sonnenenergie fahren – Foto: Rainer Sturm / Pixelio

Forscher des Fraunhofer IWES und des ZSW Stuttgart sind an einem Projekt beteiligt, in dem Audi und SolarFuel eine neuartige Anlage errichten. Sie wandelt Strom aus Wind und Sonne erstmals im industriellen Maßstab in Methan um, also in künstlich hergestelltes Erdgas. Während sich Strom schlecht speichern lässt, kann man das Erdgas problemlos lagern. Bei Flaute und bedecktem Himmel kann man daraus über Gaskraftwerke wieder Strom erzeugen, oder den Tank von Gasautos damit füllen.

Auf  Feldern und Äckern drehen sich zunehmend mehr Rotoren von Windkraftwerken, und auf den Dächern sieht man statt Ziegeln vermehrt Solaranlagen. An einem windigen sonnigen Tag liefern diese Anlagen oft mehr Strom als die Verbraucher benötigen – an windstillen lauen Tagen reicht die Stromproduktion dagegen nicht aus. Den Strom zu speichern und später zu verwenden, gestaltet sich recht schwierig. Hier soll das neue Technologiekonzept »Power-to-Gas« künftig helfen, das Forscher vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel gemeinsam mit ihren Kollegen des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW in den letzten Jahren entwickelt haben. Sie wandelt Strom aus erneuerbaren Energien in Methan um, in künstlich hergestelltes Erdgas – auch e-gas genannt, kurz für erneuerbares Gas. Der Vorteil: Im Gegensatz zu Strom lässt sich das Methan lagern. Herrscht ein Mangel an Strom, kann das Gas in Gaskraftwerken erneut Strom erzeugen. Außerdem lassen sich damit herkömmliche Erdgasautos betanken. Das Methan und Erdgas die gleichen chemischen Eigenschaften haben, braucht das Auto dafür nicht umgerüstet werden. »Unser Konzept Power-to-Gas löst gleich zwei Kernprobleme der Energiewende: Die Speicherung von erneuerbaren Energien und die Versorgung mit klimafreundlichem Kraftstoff. Damit wird eine stabile Stromversorgung auch mit Wind- und Solarenergie möglich«, sagt Dr. Michael Sterner, leitender Wissenschaftler am IWES.

Betrieb der Anlage ab 2013

Die Firmen SolarFuel und Audi setzen dieses Technologiekonzept nun erstmals im industriellen Maßstab um – gemeinsam mit dem IWES und dem ZSW. Die Anlage, die 2013 in Betrieb gehen soll, wird eine Leistung von 6,3 Megawatt haben, etwa so viel wie drei große Windräder oder 1000 Photovoltaikanlagen. Das für den Prozess benötigte CO2 wird aus einer Biogasanlage des Partners EWE in unmittelbarer Nähe bereitgestellt, die Reststoffe und Abfälle verwertet und klimaneutrales CO2 liefert. Das erzeugte Methan wird in Werlte in Niedersachsen in das Gasnetz eingespeist, wo es dann in Deutschlands größten Speichern, den Gasspeichern, lagert. Von dort aus strömt es über die vorhandenen Erdgasleitungen zu den Verbrauchern.

Doch wie funktioniert das Verfahren? Der elektrische Strom spaltet Wassermoleküle zunächst in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Lässt man den Wasserstoff mit CO2 reagieren, entsteht das Methan. Das Verfahren an sich ist seit langem bekannt. Es in großem Maßstab einzusetzen, um Netzengpässe durch erneuerbaren Energien auszugleichen, ist dagegen ein gänzlich neuer Ansatz. »Strom- und Gasnetz zu koppeln, ist ergänzend zu Netzausbau, Lastmanagement und Kurzzeitspeichern ein Eckpfeiler der Energiewende«, sagt Prof. Dr. Jürgen Schmid, Leiter des IWES. »Es ist absehbar, dass erneuerbarer Strom zur Primärenergie wird, da sich beispielsweise Windstrom mit zur günstigsten Art und Weise der Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien entwickelt.« Indem die Power-to-Gas-Technologie die Strom- und Gasnetze koppelt, kann sie Stromengpässe von bis zu zwei Wochen überbrücken. »E-Gas stellt die Stromversorgung mit erneuerbaren Energien und damit die Energiewende auf sichere Beine«, sagt Sterner.

CO2 aus nachhaltigen Quellen nutzen

Damit das Verfahren das Klima nicht schädigt ist es wichtig, das CO2 aus nachhaltigen Quellen zu gewinnen. Davon gibt in Deutschland genügend: Alleine in den bestehenden 50 Biogas-Aufbereitungsanlagen entstehen 500 000 Tonnen CO2. Damit ließen sich 4,8 Terawattstunden Strom speichern – das entspricht dem Jahresverbrauch von etwa eineinhalb Millionen Haushalten. Herkömmliche Biogasanlagen liefern ebenfalls sehr viel CO2. Alleine 20 Prozent der Anlagen könnten zwei Millionen Tonnen CO2 bereitstellen. Weitere große Quellen sind Bioethanolanlagen, Brauereien und Klärwerke, sie liefern 1,1 Millionen Tonnen CO2.

Nutzt man das CO2 aus Biogasanlagen für die Power-to-Gas-Anlage, ergibt sich ein weiterer Vorteil: Das Biogas, das zu 60 Prozent aus Methan und zu 40 Prozent aus CO2 besteht, wird über Biogas-Aufbereitungsanlagen üblicherweise in das Gasnetz eingespeist, um es in der Fläche einer sinnvollen energetischen Nutzung zuzuführen. Dabei entweichen etwa zwei Prozent des Methans in die Atmosphäre, man spricht von Methanschlupf. Eine heikle Angelegenheit für das Klima, da Methan auf hundert Jahre gesehen 21 mal klimaschädlicher ist als CO2. „Dieses Loch können wir stopfen, indem man das Biogas durch die Power-to-Gas-Anlage leitet. Dabei entsteht aus dem Biogas fast reines Methan, das ohne Methanschlupf aufbereitet werden kann“, erläutert Sterner.

e-gas als Tankfüllung

Auch als Kraftstoff hat e-gas eine gute CO2-Bilanz. »Über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs gesehen produziert ein e-gas betriebenes Fahrzeug kaum mehr CO2 als ein Elektroauto«, sagt Prof. Dr. Schmid. Elektrofahrzeuge haben zwar im Betrieb sehr geringe Emissionen, ihre Herstellung ist aber deutlich CO2-intensiver als die Herstellung von Gasfahrzeugen. »Betankt« man ein Elektroauto mit Strom aus Windenergie, stößt es zwar nur 5 Gramm Kohlenstoffdioxid pro Kilometer aus. Dafür wird bei der Herstellung sehr viel CO2 produziert: Bei einer Lebensfahrleistung von 200 000 Kilometern sind es umgerechnet je nach Fahrzeugkonzept 50 bis 60 Gramm pro Kilometer. Damit stößt ein Elektroauto insgesamt 55 bis 60 Gramm CO2 pro Kilometer aus. Ein Gasfahrzeug verursacht mit Windgas aus Windstrom zwar je nach Technologiestand 20 bis 30 Gramm pro Kilometer im Fahrbetrieb, ist aber in der Herstellung mit 30 bis 35 Gramm klimafreundlicher als das Elektroauto und kommt damit insgesamt ebenfalls nur auf 50 bis 65 Gramm pro Kilometer. Die Elektromobilität und e-gas können sich gut ergänzen. Denn bislang stellen die Batteriesysteme von Elektroautos noch eine große Herausforderung dar – ihre Reichweite ist noch sehr begrenzt und sie sind recht kostenintensiv. Möchte der Fahrer weitere Strecken zurücklegen, könnte er auf e-gas aus Wind- und Solarstrom umschalten, ohne den CO2-Ausstoss stark zu erhöhen.

Was die Wirtschaftlichkeit der Power-to-Gas-Anlage angeht, ist Sterner zuversichtlich: „Selbst bei einem ideal ausgebauten Stromnetz und optimalem Lastmanagements sind Stromspeicher nötig. Es ist daher nur eine Frage der Zeit, bis sich hier ein wirtschaftliches Konzept ergibt“, ist sich der Forscher sicher. Denn während die Speicher, die im Stromnetz vorhanden sind, die Stromversorgung nur für wenige Stunden aufrechterhalten können, bietet das Erdgasnetz eine rund 3000-fach höhere Speicherkapazität.

Website “Power to Gas”

In den nächsten einhundert Jahren bleibt ein Großteil des im arktischen Meeresboden eingelagerten Methans stabil.

Ein Stück Gashydrat aus ca. 800m Wassertiefe – Foto: Dr. Peter Linke, IFM-GEOMAR

Das austretende Klimagas verstärkt jedoch die Ozeanversauerung – besonders in den bodennahen Wasserschichten, die bisher als weniger gefährdet galten. Zu diesen Erkenntnissen kamen Forscher des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in einer fächerübergreifenden Studie.
Bereits seit einigen Jahren warnen Wissenschaftler davor, dass Methanhydrate, die als Eis im Meeresboden lagern, infolge der Erderwärmung „auftauen“. Dadurch gelange das starke Treibhausgas Methan in die Atmosphäre und treibe den Klimawandel weiter an. Forscher vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel haben jetzt den Effekt der Meeresströmungen auf die Erwärmung des Meeresbodens in der Arktis quantifiziert und seine Auswirkungen berechnet. In ihrer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ geben sie – bedingt – Entwarnung: „Unsere Berechnungen mit verschiedenen Computermodellen zeigen deutlich, dass dem Klima in den nächsten hundert Jahren keine zusätzliche Gefahr durch erhöhte Methanaustritte droht“, fasst der Hauptautor der Studie, Privatdozent Dr. Arne Biastoch, zusammen. „Die Gashydrate lösen sich mit einer zeitlichen Verzögerung auf, so dass eher in zwei- bis dreihundert Jahren mit Folgen zu rechnen ist – ein Zeitraum, über den sich heute wenig Definitives sagen lässt. Diese Langzeitwirkungen sollten wir bei der Diskussion über Klimaänderungen berücksichtigen. Aber wir sollten die Situation nicht dramatisieren.“

Alarm schlagen die Forscher jedoch mit Blick auf „Das andere CO2-Problem“: die Ozeanversauerung. Bisher wurde hauptsächlich betrachtet, dass das Meerwasser Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre aufnimmt. Chemische Reaktionen führen dazu, dass der pH-Wert des Wassers sinkt. Vor allem das kalte Wasser in den nördlichen Breiten, das besonders viel CO2 aufnimmt, wird dadurch schnell korrosiv. Die Folge: Korallen, Muscheln, Schnecken oder Plankton, können ihre Kalkschalen nicht mehr wie bisher aufbauen.

Bereits eine geringe Methanhydrat-Schmelze beschleunigt dieses Phänomen: „Wir gehen davon aus, dass nach hundert Jahren etwa zwölf Prozent des im Meeresboden eingelagerten Methans freigesetzt wird“, so Autor Prof. Dr. Lars Rüpke. „Weiter nehmen wir an, dass rund die Hälfte davon noch am Grund von hoch spezialisierten Mikroorganismen aufgenommen und so wiederum als fester Stoff abgelagert wird.“, ergänzt Autorin Prof. Dr. Tina Treude. „Der Rest des Gases könnte jedoch direkt in die Atmosphäre aufsteigen oder nach mikrobiellem Abbau zu CO2 im Meerwasser den pH-Wert verringern. Dadurch könnte der pH-Wert des Arktischen Ozeans doppelt so schnell sinken als bisher angenommen – und zwar in den unteren Wasserschichten.“

Genau diese Schichten hielten Biologen und Meereschemiker bisher für am wenigsten von der Ozeanversauerung betroffen. „Ältere Studien hatten nur das CO2 im Blick, das aus der Atmosphäre stammt und über die Meeresoberfläche aufgenommen wird. Folglich wurde davon ausgegangen, dass vor allem die oberen Schichten versauern“, so Treude. „Für die Arktis haben wir jetzt nachgewiesen, dass auch die bodennahen Bereiche gefährdet sind.“

Verantwortlich für den Temperaturanstieg am Meeresboden in der Arktis sind insbesondere die Meeresströmungen im Atlantik. Obwohl die Berechnungen der Kieler Wissenschaftler große jahreszeitliche und dekadische Schwankungen zutage führten, zeichnet sich für die Zukunft eine durchschnittliche Erwärmung um 2,5 Grad Celsius pro Jahrhundert ab. Dabei liegen die Temperaturen im flacheren Wasser an den Festlandsockeln eher über und die Kontinentalhänge am Übergang zur Tiefsee eher unter diesem Wert.

In ihrer Studie haben die Kieler Experten erstmals Modellierungen über Vergangenheit und Zukunft mit Berechnungen zur Gashydrat-Stabilitätszone (GHSZ) zusammengeführt, in der unter hohem Druck und niedrigen Temperaturen aus Methangas feste Gashydrate entstehen. Weitere Analysen sollen ihre ersten Eindrücke jetzt präzisieren und untersuchen, welche anderen Gebiete des Weltmeeres von den Erwärmungen des Meeresbodens betroffen sind. Die dafür nötigen Simulationen sind so umfangreich, dass sie nur auf Supercomputern, wie zum Beispiel denen der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, durchgeführt werden können.

Wie lassen sich Kohlendioxid-Emissionen nachhaltig senken?

Mit CO2 kann man Autositze herstellen. Foto: Viktor Mildenberger / Pixelio

Diese Frage ist der Dreh- und Angelpunkt fast jeder Diskussion um Treibhausgase und Erderwärmung. Die bisherigen Bemühungen konzentrieren sich darauf, den Energieeinsatz bei Verkehrsmitteln und Industrieprozessen effizienter zu machen oder Kohlendioxid geologisch einzulagern – dabei lässt sich das Gas auch als Rohstoff für chemische Synthesen verwenden.

Einen Ausstoß von 21 Prozent weniger CO2 als im Jahr 1990 will Deutschland bis zum Jahr 2012 erreichen. Durch die gesteigerte Energieeffizienz von Autos, Gebäuden und Fabriken lässt sich ein großer Teil der Emissionen vermeiden; das allein reicht aber nicht aus. Zusätzlich kann Kohlendioxid beispielsweise geologisch eingelagert werden, was aber mit verschiedenen Unsicherheiten verbunden ist: Es ist weder klar, wie viel Speicherplatz zur Verfügung steht, noch wie sicher diese Methode ist.

Ein vielversprechender Ansatzpunkt ist die industrielle Nutzung von CO2, sagt die Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. So machen seine physikalischen Eigenschaften Kohlendioxid zu einem vielseitigen Industriegas – ob als Kohlensäure für Getränke, Schutzgas für Lebensmittel, als Kühlmittel oder in Feuerlöschern. Eine größere Bedeutung hat aber die Verwendung von CO2 für die Herstellung chemischer Produkte. Nicht nur einfache Verbindungen wie Harnstoff, Methan oder Methanol sind möglich; die stoffliche Nutzung von CO2 bietet auch Zugang zu Produkten mit einer hohen Wertschöpfung wie beispielsweise Polymeren. Die Dechema-Mitarbeiter Alexis Bazzanella und Dennis Krämer und die Chemikerin Martina Peters von Bayer Technology Services geben in einem Artikel des Magazins ‘Nachrichten aus der Chemie’ einen Überblick über die Möglichkeiten, die CO2 als Synthesebaustein bietet, und welchen Beitrag das zum Klimaschutz leisten kann.

CO2NET – Website zu chemischen Prozessen und der stofflichen Nutzung von CO2