KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

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

Reaktive Stickstoffverbindungen aus Landwirtschaft, Verkehr und Industrie führen zu erhöhten Emissionen des Treibhausgases Lachgas (N2O) aus den Wäldern Europas.

Waldböden emittieren klimaschädliches Lachgas. Ursache sind reaktive Stickstoffverbindungen aus Industrie und Landwirtschaft – Foto: Ingwer Hansen

Die Lachgasemission aus dem Waldboden ist mindestens doppelt so hoch wie der Weltklimarat (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) bisher angenommen hatte. Das ist eine der Kernbotschaften des ersten Gutachtens zu Stickstoff in Europa (European Nitrogen Assessment, ENA), das diese Woche im Rahmen der Internationalen Konferenz „Nitrogen and Global Change 2011“ in Edinburgh, Schottland, vorgestellt wird.
Die hauptsächlich vom Menschen verursachten reaktiven Stickstoffverbindungen (z.B. NH3 und NOx) werden nach ihrem Eintrag über die Luft in den Wäldern teilweise zu Lachgas (N2O) umgewandelt. Lachgas gehört nach Kohlendioxid und Methan zu den Hauptverursachern des Treibhauseffekts. Dabei ist ein Kilogramm Lachgas rund 300 Mal treibhauswirksamer als die gleiche Menge Kohlendioxid.

Das nun vorliegende ENA-Gutachten, an dem mehr als 200 Experten aus 21 Ländern aus Wissenschaft und Politik und 89 Organisationen mitgewirkt haben, besagt, dass die Auswirkungen von Einträgen von reaktivem Stickstoff aus der Luft in die Wälder Europas bisher deutlich unterschätzt wurden. Die Studie zeigt, dass etwa 2 bis 6 Prozent des reaktiven Stickstoffs aus der Luft in Lachgas umgewandelt werden, das aus dem Waldboden wieder in die Atmosphäre aufsteigt. Der Weltklimarat (IPCC) war bisher von einer Menge von nur etwa 1 Prozent ausgegangen.

Bezogen auf eine Waldfläche von 188 Mio. Hektar hat sich der Eintrag reaktiven Stickstoffs im Vergleich zum Jahr 1860 im Jahr 2000 um 1,5 Mio. Tonnen erhöht. Dies bedeutet eine Steigerung von etwa 8 Kilogramm reaktiven Stickstoff pro Hektar Wald.

Die Ursache für den gestiegenen atmosphärischen Eintrag von reaktivem Stickstoff sind zum einen die landwirtschaftliche Düngung und damit verbundene Ammoniak-Emmissionen, zum anderen die Stickoxid-Emissionen durch Verbrennung fossiler Energieträger, aber auch die Biomasseverbrennung.

Die Konsequenzen der chronisch erhöhten Einträge von reaktivem Stickstoff in Wälder sind neben den klimaschädlichen Lachgasemissionen aus den Waldböden unter anderem auch eine Veränderung der Artenvielfalt bei Pflanzen und Tieren und erhöhte Nitratausträge ins Wasser.

Bei der Vorstellung dieses Teils des ENA-Gutachtens in Edinburgh betonte Professor Klaus Butterbach-Bahl: “Der atmosphärische Eintrag von reaktivem Stickstoff ist bei weitem zu hoch. Unsere Analyse zeigt, dass gravierende Reduktionen – besonders der Ammoniakemissionen aus der Landwirtschaft – erforderlich sind, um die Lachgasemissionen aus Waldböden zu reduzieren.”

Klaus Butterbach-Bahl ist Professor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er leitet den Bereich „Atmosphärische Umweltforschung“ des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU) und ist Leitautor des ENA-Kapitels Nr. 19 zu reaktivem Stickstoff als Gefahr für die EU-Treibhausbilanz („Nitrogen as a threat to the European greenhouse balance“).

Die ENA Studie ist das erste Gutachten, das die vielfältigen Gefahren durch zu hohe Stickstoffeinträge mit ihren ökologischen und ökonomischen Auswirkungen im gesamteuropäischen Kontext beschreibt, vor allem den Beitrag zum Klimawandel und zum Rückgang der Artenvielfalt. Die ENA Studie beschreibt zudem, welche Regionen in Europa besonders gefährdet sind und durch welche Maßnahmen die Risiken verringert werden können, um die Umwelt und die Gesundheit der Bevölkerung zu schützen.

Das ENA-Gutachten wurde für die UN-Kommission für Luftreinhaltung (‘Air Convention’ of the United Nations Economic Commission for Europe) erstellt und durch die Europäische Kommission und die Europäische Wissenschaftsstiftung finanziert.

Zeitgleich mit der Vorstellung des ENA-Gutachtens publizierte die Zeitschrift Nature am 11. April einen Kommentar des leitenden Editors Dr. Mark Sutton vom Centre for Ecology & Hydrology, Grossbritannien. Dieser Kommentar zeigt auf, warum die Verminderung von Stickstoffemissionen eines der zentralen Umweltherausforderungen des einundzwanzigsten Jahrhunderts ist. Dr. Sutton betont: „Dies ist ein herausragendes Ergebnis. Es zeigt, dass Stickstoffemissionen durch die Industrie und die Landwirtschaft in die Atmosphäre wesentlich größere Auswirkungen auf Lachgasemissionen aus Böden haben als bisher angenommen. Dieses Ergebnis liefert zusätzliche Argumente für die Rückführung der Emissionen von Stickstoffoxiden und Ammoniak, was entsprechend positive Auswirkungen für Klima, Luftqualität und Biodiversität hätte.” (Nature 472, Seiten 159-161, 14. April, 2011)

Die Kosten von Klimaschutz sollen besser abschätzbar werden. Zu diesem Zweck lassen jetzt Forscherteams aus zwölf Ländern ihre Computermodelle von Energie-Wirtschaft-Klima gegeneinander antreten.

Kohlekraftwerk in Nordkorea: nicht alle werden mitmachen – Foto: Thilo Reiter / Pixelio

Deren Prognosen sollen tauglicher gemacht werden für Entscheidungen der Politik über Emissionsreduktionen oder Technologieförderung; sie fließen auch in den nächsten Report des Weltklimarats IPCC ein. „Die bisher vorgelegten Kostenabschätzungen müssen auf eine breitere Basis gestellt werden“, sagt Elmar Kriegler vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), der das Vorhaben zusammen mit dem Klimaökonomen Ottmar Edenhofer leitet.
„Jetzt wollen wir genau analysieren, unter welchen Annahmen – etwa über die zukünftige Klimapolitik und die ihr zur Verfügung stehenden Mittel – welche Effekte für den Klimaschutz zu erwarten sind“, sagt Kriegler.

Die insgesamt 21 Partner aus China, Indien, Japan und neun europäischen Ländern von Griechenland bis Großbritannien treffen sich an diesem Montag in Potsdam zum ersten Mal. Das Projekt unter der Führung des PIK dauert drei Jahre und wird von der Europäischen Union durch ihr siebtes Rahmenprogramm mit drei Millionen Euro gefördert. Die Simulationen der Forscher laufen teils in wenigen Stunden auf einfachen Laptops, teils in vielen Tagen auf Hochleistungscomputern, so unterschiedlich sind die Modellrechnungen angelegt. „Wenn wir zusammenarbeiten, wird aus diesen Unterschieden eine Stärke“, erklärt Kriegler.

Vier Herausforderungen für die Klimapolitik soll das Projekt angehen. (1.) Rückkopplungseffekte in der Reaktion des Klimas auf die Treibhausgasemissionen – beispielsweise durch das Entweichen von Methan beim Tauen des sibirischen Permafrostbodens – können erhebliche Auswirkungen auf den Klimaschutz haben. Das soll genauer untersucht werden. Analysiert wird (2.) die Bedeutung der Verfügbarkeit von Technologien zur Emissionsvermeidung und die Bedeutung des Planungshorizonts in Politik und Energiewirtschaft. Hier geht es um die Schwierigkeit, langfristige Klimaschutzziele mit begrenzten Mitteln und Planungshorizonten zu erreichen.

Geklärt werden soll (3.) die Relevanz von fragmentierter Klimapolitik, wenn etwa nicht alle Regionen oder Wirtschaftszweige mitmachen. Bislang ist genau das die Realität – die Entscheider befürchten lässt, dass in den einen Ländern oder Branchen eine sinkende Nachfrage nach fossilen Brennstoffen deren Preis drückt, wodurch in anderen Ländern oder Branchen die Nachfrage steigt. Dieser Effekt soll in dem Forschungsprojekt nun quantifiziert werden. Und schließlich (4.) geht es um die Konsequenzen hieraus für die Klimapolitik in der EU.

„Damit der Übergang aus dem Zeitalter der fossilen Brennstoffe in die annähernd CO2-freie Wirtschaftsweise gelingen kann, brauchen die Entscheider solche Informationen“, sagt Edenhofer, Ko-Leiter des Vorhabens und Chefökonom des PIK. Die Wissenschaftler haben das Projekt AMPERE genannt – die Abkürzung steht für Assessment of Climate Change Mitigation Pathways and Evaluation of the Robustness of Mitigation Cost Estimates (Prüfung der Pfade für die Verringerung des Klimawandels und Bewertung der Belastbarkeit von Schätzungen der Kosten dieser Verringerung). „Schon daran sieht man“, sagt Edenhofer, „es geht wirklich um’s Ganze.“

Eine Nachwuchsforschergruppe am KIT entwickelt neuartige Methoden, um die Konzentration von Kohlendioxid und Methan in der Erdatmosphäre zu messen.

Teleskop für ein bodengestütztes Spektrometer. Ziel: Fernerkundung von Treibhausgasen – Foto: Sebastian Kreycy

Ihre Erkenntnisse sollen dazu beitragen, dem Klimawandel entgegen zu steuern. Das Forschungsprojekt „Fernerkundung von Treibhausgasen zur Modellierung des Kohlenstoff-Kreislaufs“ des Physikers Dr. André Butz wird am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung (IMK-ASF) als „Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe“ fünf Jahre lang durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit Personal- und Sachmitteln ausgestattet.
Das englisch „Remote Sensing of Greenhouse Gases for Carbon Cycle Modelling“, kurz „RemoteC“, betitelte Forschungsvorhaben wertet Daten aus, die Satelliten über die von der Erde und der Atmosphäre zurückgestreute kurzwellige Infrarotstrahlung liefern. Für eine höhere Genauigkeit der Interpretation werden die Daten aus dem Weltraum mit Messungen an Bodenstationen kombiniert.

Ziel ist die Entwicklung einer Methode, die es erlaubt, global zu bestimmen, wo, wie viel und zu welchem Zeitpunkt Methan und Kohlendioxid durch natürliche Prozesse an die Atmosphäre abgegeben oder der Atmosphäre entzogen werden. Die Treibhausgase Methan und Kohlendioxid tragen wesentlich zum Klimawandel durch Erwärmung von Erdoberfläche und Atmosphäre bei. Mit Hilfe von „RemoteC“ wollen die Wissenschaftler zur Beantwortung wichtiger Fragen beitragen: Welche Rolle spielen die Tropen für die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre? Wie beeinflussen arktische Sumpfgebiete und tauende Permafrostgebiete die Treibhausgasbilanz? Kann dem Klimawandel durch veränderte Landnutzung entgegengewirkt werden?

„Die Herausforderung ist, dass Messung und Auswertung der Daten hochgenau erfolgen“, erklärt Dr. André Butz. Der 32-jährige in Coburg geborene Physiker entwickelte in den vergangenen vier Jahren als Postdoktorand am Niederländischen Institut für Weltraumforschung Software für die Auswertung von Satellitendaten. Nach dem Physik-Studium an der Universität Würzburg und der State University of New York erarbeitete er an der Université Pierre et Marie Curie in Paris sowie an der Universität Heidelberg seine Dissertation. An dem von Butz initiierten und geleiteten Projekt „RemoteC“ werden Physiker und Meteorologen zusammenarbeiten.

Die von der DFG ausgewählten internationalen Gutachter sprachen sich einstimmig für das von Butz beantragte Projekt aus und würdigten das KIT und das IMK-ASF ausdrücklich als exzellente Arbeitsumgebung für die Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe. Butz nennt das IMK-ASF als Forschungsstandort für sein Projekt „ideal“, da am KIT mehrere herausragende Institute zusammenarbeiten. Mit dem Emmy-Noether-Programm fördert die DFG herausragende Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler, die sich für wissenschaftliche Leitungsaufgaben qualifizieren. Junge Postdoktoranden mit Forschungserfahrung im Ausland sollen für das Forschen in Deutschland gewonnen werden.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts und staatliche Einrichtung des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Einer EU-Studie zufolge könnte der Verkehr in Europa ab 2050 vollständig unabhängig vom Öl fließen.

Irgendwann wird der Verkehr ohne Öl auskommen müssen- Foto: Dagmar Struß

Dazu müssten Regierungen und Unternehmungen allerdings erheblich in die Entwicklung alternativer Kraftstoffe investieren.

Laut EU-Kommissar Siim Kallas könnte ein Mix aus Strom und Biokraftstoffen den Energiebedarf aller Verkehrsträger decken. Zusätzlich könnten Autos, Busse und Bahnen von synthetischen Kraftstoffen, Methan und Flüssiggas angetrieben werden. Die Kommission plant eine Strategie, um die Energieversorgung des Verkehrs in den kommenden 40 Jahren komplett auf alternative und nachhaltige Ressourcen umzustellen. Dazu startete sie bereits die Initiative für umweltfreundliche Verkehrssysteme, in der die Ergebnisse der Studie berücksichtigt werden.

Seit langem will die EU uanbhängiger von Ölimporten werden. Am 4. Februar werden die EU-Staats- und Regierungschefs über die künftige europäische Energiestrategie debattieren. Nach Berechnungen von Experten werden die Ölvorräte  voraussichtlich 2050 erschöpft sein. Der Ersatz durch Elektroantrieb, Wasserstoff und Biokraftstoffe müsse so schnell wie möglich beginnen. Zu der Expertengruppe gehören unter anderem Lobbygruppen wie der europäische Branchenverband der Autoindustrie (ACEA), die Europäische Mineralölindustrie sowie die Umweltverbände Greenpeace und WWF.

Die Studie und weitere Materialien finden Sie hier (engl.)

Die Agentur für Erneuerbare Energien hat eine gute Erklärung zur Funktion von Biogasanlagen ausgearbeitet:

In der Vorgrube werden Gülle und andere Substrate zwischengelagert und eventuell zerkleinert, verdünnt oder gemischt. Substrate sind die feste oder flüssige Biomasse, die im Fermenter zur Biogaserzeugung eingesetzt werden.

In Biogasanlagen kommen Energiepflanzen (z.B. Mais und andere Getreide, Schilfgras), Reststoffe wie Ernterückständen (z.B. Rübenblätter), tierische Exkremente (z.B. Gülle, Mist), Nebenprodukte der Lebensmittelproduktion (z.B. Fette, Speisereste, Kartoffelschalen) oder organische Abfälle (z.B. Klärschlamm) zum Einsatz.

Der Fermenter (auch: Gärbehälter, Faulbehälter oder Bioreaktor) ist das Kernstück der Biogasanlage. Der Fermenter ist ein Behälter, in dem Biomasse unter Ausschluss von Licht und Sauerstoff von Mikroorganismen abgebaut wird. Aus den Abbauprodukten dieses Gärprozesses bilden methanogene Bakterien dann Methan und Kohlendioxid. Der Fermenter ist beheizt und verfügt über eine Durchmischungseinrichtung und eine Möglichkeit zur Entnahme des Biogases.

Das entstehende Biogas wird in der Haube direkt über dem Substrat gespeichert. Es kann direkt in ein Blockheizkraftwerk geleitet werden, wo es in einem Gasmotor zur Strom- und Wärmeerzeugung verbrannt wird. Alternativ kann das Biogas in einer Gasaufbereitungsanlage gereinigt werden. Bei dieser Biogasaufbereitung wird der Methangehalt des Biogases gesteigert, um dessen Zusammensetzung der Zusammensetzung konventionellen Erdgases anzugleichen. Dazu muss das Biogas veredelt werden, d.h. Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und andere Schadgase müssen werden entfernt. Aufbereitetes Biogas wird auch als „Bioerdgas“ oder Bio-Methan bezeichnet. Es kann direkt in bestehende Erdgasnetze eingespeist werden oder als Kraftstoff in Erdgasautos genutzt werden.

Ist das Substrat im Fermenter vergoren, kommt es zunächst ins Gärrestelager, um dann als Dünger genutzt zu werden. Eine zweite Stufe der Vergärung in einem weiteren Fermenter kann nachgeschaltet werden, um aus den Gärresten noch mehr Biogas zu gewinnen.

Eine übersichtliche Illustration zu den Prozessen in und um die Biogasanlage (PDF)

Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien, Januar 2011