Methanemissionen bleiben großes Problem

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…auch für Biogas

Biomethan und Biogas werden zunehmend als Alternative zu fossilem Gas genutzt. Ihre Produktion und Verteilung kann jedoch nach wie vor zu klimaschädlichen Methan (CH4)-Emissionen führen, deren Ausmaß unklar bleibt. Eine Untersuchung des Imperial College London kommt zu dem Ergebnis, dass die Emissionen entlang der Lieferkette zwar klimafreundlicher sind, aber bis zu doppelt so viel Methan freisetzen wie bisher angenommen, schrieb Lisa Tostado am 08.09.2022 im Heinrich-Böll-Portal energytransition.org.

Biogasanlagen und Windgenerator – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Es ist dringend notwendig, die CH4-Emissionen nicht nur in den Lieferketten für fossiles Gas, sondern auch für Biomethan und Biogas zu verringern. Obwohl Biogas und Biomethan weiterhin klimafreundlicher sind als nicht-erneuerbare Alternativen, fordern die Forscher eine bessere Überwachung und Behebung von Lecks, um sicherzustellen, dass Biogas und Biomethan auch weiterhin ihrem grünen Ruf gerecht werden. Biomethan und Biogas werden aus der Zersetzung von organischen Stoffen wie Lebensmitteln, tierischen Abfällen, Energiepflanzen, Gras oder Klärschlamm gewonnen und sind somit erneuerbare Alternativen zu Erdgas, Kohle und Öl.

Forscher des Imperial College London haben jedoch mögliche Fallstricke in den Energieversorgungsketten für diese klimafreundlichen Gase ausgemacht und sind zu dem Schluss gekommen, dass mehr Anstrengungen unternommen werden sollten, um Methanlecks zu reduzieren. Methan speichert etwa 27mal so viel Wärme in der Atmosphäre wie Kohlendioxid (CO2) und ist laut Bericht AR6 des Weltklimarats (IPCC) für mindestens ein Viertel der globalen Erwärmung verantwortlich. Die in der Zeitschrift One Earth veröffentlichte Imperial-Untersuchung ergab, dass die Lieferketten für Biomethan und Biogas bis zu doppelt so viel Methan freisetzen wie die bisher höchste Schätzung der Internationalen Energieagentur (IEA).

Lecks

Diese IEA-Studie hatte jedoch nur die unvollständige Verbrennung von Biomasse betrachtet und nur Ineffizienzen im Prozess berücksichtigt, nicht aber Lecks in der Lieferkette. In der neuen Studie ist die Zahl der Emissionen aus der Versorgungskette ähnlich hoch wie die Schätzung der Ineffizienz, was darauf hindeutet, dass die Methanemissionen der Industrie insgesamt bis zu doppelt so hoch sein könnten. Die neue Studie zeigt auch, dass 62 Prozent der Leckagen in einer kleinen Anzahl von Anlagen und Ausrüstungsgegenständen innerhalb der Kette konzentriert waren, die sie als „Super-Emittenten“ bezeichnen, obwohl Methan auf jeder Stufe freigesetzt wurde.

Die Forscher sagen, dass dringend etwas unternommen werden muss, um die Methanlecks zu beseitigen, und dass das Wissen, wo genau die meisten Lecks auftreten, den Produktionsbetrieben helfen wird, dies zu tun. Die Hauptautorin der Studie, Semra Bakkaloglu vom Imperial Department of Chemical Engineering and Sustainable Gas Institute, sagte: „Biomethan und Biogas sind großartige Kandidaten für erneuerbare und saubere Energiequellen, aber sie können auch Methan freisetzen. Damit sie wirklich dazu beitragen können, die Erwärmung durch die Energienutzung abzuschwächen, müssen wir dringend handeln, um ihre Emissionen zu reduzieren.

„Wir wollen die weitere Nutzung von Biogas und Biomethan als erneuerbare Ressource fördern, indem wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung der Methanemissionen ergreifen. Die Forscher stellen fest, dass die Biomethanindustrie im Vergleich zur Öl- und Gasindustrie unter schlecht konzipierten und verwalteten Produktionsanlagen sowie einem Mangel an Investitionen für Modernisierung, Betrieb und Überwachung leidet. Da die Versorgungsketten für Erdöl und Erdgas seit Jahrzehnten in erster Linie von großen Unternehmen mit enormen Ressourcen betrieben werden, konnten diese mehr in die Erkennung und Reparatur von Lecks investieren.

Was ist Biomethan und Biogas?

Als Reaktion auf die Klimakrise ersetzen viele Länder stark kohlenstoffhaltige Energieträger wie Erdgas, Kohle und Öl durch Biomethan und Biogas. Obwohl sie aus einer Mischung von CO2 und Methan bestehen, setzen Biomethan und Biogas weniger von beiden Gasen frei, was sie zu umweltfreundlicheren Energiealternativen macht. Allerdings setzen diese Ersatzbrennstoffe entlang ihrer Lieferketten, etwa in Verarbeitungsanlagen und bei langen Pipelines, immer noch Methan frei. Die neue Analyse vermittelt ein besseres Verständnis davon, wo, wann und wie viel Methan bei der Versorgung mit Biomethan und Biogas freigesetzt wird.

Die Forscher analysierten 51 zuvor veröffentlichte Studien über mobile Methanmessungen und Standortdaten von Emissionsquellen entlang der Biomethan- und Biogasversorgungskette. Auf diese Weise konnten sie alle Messungen der Gesamtemissionen der Versorgungskette auf jeder Stufe der Kette berücksichtigen, die sie dann mit den Emissionen außerhalb des Standorts verglichen, die aus Messungen am gesamten Standort in zuvor veröffentlichten Studien gemeldet wurden.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Lieferketten bis zu 343 g CO2-äquivalentes Methan pro Megajoule höherem Heizwert freisetzen, was 18,5 Megatonnen Methan pro Jahr ausmachen könnte. Die IEA-Schätzungen hatten für das Jahr 2021 nur 9,1 Megatonnen an Emissionen ausgewiesen. Während die Methanemissionen von Biogas und Biomethan insgesamt niedriger sind als die von Erdöl und Erdgas, ist die Menge an Methan, die in der Lieferkette freigesetzt wird, im Verhältnis zur gesamten Gasproduktion viel höher als bei Erdöl und Erdgas.

Als Gründe für die undichten Stellen in den Versorgungsketten nannten die Forscher intermittierende Emissionsmuster, die eine Nachverfolgung erschweren, eine unzureichende Nutzung der Prozessanlagen sowie unzureichende Betriebs- und Wartungsstrategien. Da es unwahrscheinlich ist, dass Superemittenten im Laufe der Zeit konstant bleiben, ist nach Ansicht der Forscher eine kontinuierliche Überwachung erforderlich, um intermittierende Emissionsmuster oder unvorhersehbare Lecks in Lieferketten zu erkennen.

Hauptautorin Semra Bakkaloglu sagte: „Um zu verhindern, dass die Methanemissionen von Biogas den Gesamtnutzen der Biogasnutzung zunichte machen, ist eine kontinuierliche Überwachung der Biogaslieferketten dringend erforderlich. Wir glauben, dass mit den richtigen Erkennungs-, Mess- und Reparaturtechniken alle Emissionen vermieden werden können. Wir brauchen bessere Vorschriften, kontinuierliche Emissionsmessungen und eine enge Zusammenarbeit mit den Betreibern von Biogasanlagen, um die Methanemissionen anzugehen und die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen.“ Mitautorin Jasmin Cooper, ebenfalls vom Sustainable Gas Institute und der Abteilung für Chemieingenieurwesen, sagte: „Die Behebung der grundlegenden Konstruktions- und Investitionsprobleme in der Biokraftstoff- und Methanindustrie wäre ein guter Ausgangspunkt, um diese Lecks zu stoppen und weitere Lecks zu verhindern“. Die Forscher konzentrieren sich nun auf die Superemittenten innerhalb der Lieferketten, um besser zu verstehen, wie sie mit den besten verfügbaren Technologien reduziert werden können.

Hoffnungen in Biomethan und Biogas

Die Internationale Energieagentur argumentierte vergangenes Jahr, dass es keinen Spielraum mehr für Investitionen in neue Öl-, Kohle- und Gasproduktion gebe, um das Pariser Abkommen einzuhalten. Untersuchungen über das Ausmaß der Methanleckagen aus der Gasinfrastruktur untergraben auch die Behauptungen über die Umweltvorteile von Gas gegenüber anderen fossilen Brennstoffen. Methan verbleibt zwar kürzer in der Atmosphäre, ist aber über einen Zeitraum von 20 Jahren mehr als 80-mal so wirksam wie CO2 und ist zudem ein Luftschadstoff, der ernsthafte Gesundheitsprobleme verursacht. Darüber hinaus kann das Setzen auf weitere fossile Gasinfrastrukturen zu „Lock-in“-Effekten und gestrandeten Vermögenswerten führen, was den Ausstieg aus der fossilen Energie und die Entwicklung eines 100-prozentigen erneuerbaren Energiesystems verzögert.

Russlands Angriffskrieg gegen die Ukraine hat die Notwendigkeit, den Verbrauch von fossilem Gas zu reduzieren, zusätzlich unter Druck gesetzt. Die wichtigsten Maßnahmen auf dem Weg zu einer nachhaltigen Wirtschaft und Gesellschaft sind die Senkung des Gasverbrauchs, Energieeffizienz, Elektrifizierung und ein massiver Ausbau der erneuerbaren Energien, die in den meisten Teilen der Welt inzwischen billiger sind als fossile Brennstoffe. Kurzfristig steht jedoch auch die Ersetzung von Teilen des russischen Gases durch alternative Lieferanten und Biogas – insbesondere für Gebäude und Industrie – zur Debatte. In ihrem RepowerEU-Plan strebt die Europäische Kommission an, bis 2030 jährlich 35 Milliarden Kubikmeter Biomethan zu produzieren – das ist doppelt so viel wie ein früheres Ziel, das im EU-Maßnahmenpaket Fit for 55 festgelegt wurde.

Biomethan und Biogas, die organisches Material als Ausgangsstoff verwenden, haben sich als Kandidaten für den Ersatz von fossilem Gas und zur Senkung der Treibhausgasemissionen herausgestellt. Ähnlich wie fossiles Gas lässt sich Biomethan leicht speichern und in die bestehende Gasinfrastruktur einspeisen. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass die weltweite Biomethan- und Biogasproduktion im Jahr 2040 fast 20 % des weltweiten Gasbedarfs decken könnte, wenn ihr nachhaltiges Potenzial voll ausgeschöpft würde. IPCC-Szenarien sagen voraus, dass die Biomethankapazität zwischen 2020 und 2050 um das bis zu 200-fache ansteigen wird. Europa ist heute weltweit führend bei der Erzeugung von Biomethan durch Aufbereitung von Biogas. Deutschland ist der mit Abstand größte Markt und beherbergt zwei Drittel der europäischen Biogasanlagenkapazität.

Vorteile fürs Klima? Bislang unterschätzte Methanemissionen

Es fehlt jedoch nach wie vor ein gründliches Verständnis darüber, wo, wann und wie viel CH4 freigesetzt wird. Die Verringerung der CH4-Emissionen ist von entscheidender Bedeutung, um die im Pariser Abkommen festgelegte Grenze von 2°C deutlich zu unterschreiten, insbesondere im Hinblick auf die sich abzeichnenden Kipppunkte.

Eine neue Synthese und Analyse der vorhandenen CH4-Emissionsdaten für Biomethan und Biogas zeigt, dass die CH4-Emissionen in der gesamten Lieferkette unterschätzt wurden. Sie könnten mehr als doppelt so hoch sein wie die höchsten früheren Schätzungen der IEA, die nur die unvollständige Verbrennung von Biomasse, Ineffizienzen im Prozess und Leckagen in der Lieferkette berücksichtigt hatten. In der neuen Studie liegt die Zahl der Emissionen aus der Lieferkette in einer ähnlichen Größenordnung wie die Schätzung der Ineffizienz. So zeigt die Studie, dass die Emissionsprofile der gesamten Biomethan-Versorgungskette denen von Öl und fossilem Gas ähneln, mit geringeren direkten CH4-Emissionen als in der Versorgungskette für fossiles Gas, aber viel höheren CH4-Verlustraten. Die Forscher stellen außerdem fest, dass etwa zwei Drittel der Methanlecks auf eine kleine Anzahl von Großemittenten und Ausrüstungen innerhalb der Kette konzentriert waren.

Die Studie deckte jeden Teil der Versorgungskette ab, von der Produktion und Veredelung über die Übertragung, Lagerung und Verteilung bis hin zur Gärrestlagerung. Durch die Analyse von Daten aus mehr als 50 zuvor veröffentlichten Studien über Methanmessungen und Standortdaten von Emissionsquellen entlang der Versorgungskette konnten die Forscher ein Modell erstellen, das sie mit den Emissionen außerhalb des Standorts verglichen, die in zuvor veröffentlichten Studien aus Messungen am gesamten Standort gemeldet wurden.

Einige Gründe für diese Leckagen wurden im Zusammenhang mit intermittierenden Emissionsmustern festgestellt, die eine Nachverfolgung erschweren. Auch die unzureichende Nutzung der Prozessanlagen, unsachgemäße Wartungsstrategien und eine wenig effektive Planung trugen zu unnötigen Emissionen bei. Die Biogaslandschaft ist zersplitterter als die fossile Gaslandschaft und leidet unter einem Mangel an Investitionen für Modernisierung, Betrieb und Überwachung.

Emissionsreduzierung bei Biogas ist möglich

Bakkaloglu: „Um zu verhindern, dass die Methanemissionen aus Biogas die Gesamtvorteile der Biogasnutzung zunichte machen, ist dringende Aufmerksamkeit erforderlich, einschließlich einer kontinuierlichen Überwachung der Biogaslieferketten. Wir glauben, dass mit den richtigen Erkennungs-, Mess- und Reparaturtechniken alle Emissionen vermieden werden können. Wir brauchen bessere Vorschriften, kontinuierliche Emissionsmessungen und eine enge Zusammenarbeit mit den Betreibern von Biogasanlagen, um die Methanemissionen in den Griff zu bekommen und die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen. “

Ein weiterer Faktor spielt in der Gleichung eine wichtige Rolle, auch wenn er nicht Gegenstand der Studie war: Die Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus hängen auch stark von den verwendeten Rohstoffen ab: Pflanzen(rückstände), tierische Gülle, der organische Anteil von Siedlungs- und Industrieabfällen sowie Klärschlamm. Bestimmte Energiepflanzen, die ausschließlich für die Energieerzeugung und nicht für die Ernährung angebaut werden, haben in einigen Teilen der Welt, insbesondere in Deutschland, eine wichtige Rolle bei der Zunahme der Biogaserzeugung gespielt. Der derzeitige Umweltminister ist der Ansicht, dass diese Strategie „auf dem Holzweg ist“. Erstens werden durch die ausschließliche Verwendung von Abfällen und Reststoffen als Ausgangsmaterial die mit Energiepflanzen verbundenen Probleme der Landnutzung vermieden. Zweitens benötigen letztere auch Düngemittel, die in der Regel immer noch aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, was ihre Lebenszyklus-Emissionsbilanz verschlechtert. Biogas, das aus Nahrungs- oder Futtermittelpflanzen gewonnen wird, kann daher die potenziellen Minderungsvorteile von Biogas untergraben – jegliche Biogasentwicklung sollte auf Abfällen oder Rückständen basieren.

Angesichts der zu erwartenden zunehmenden Verwendung von Biomethan ist weitere Forschung erforderlich, um festzustellen, wo Emissionen entstehen und wie sie vermieden werden können. Die detailliertesten Erhebungen, die in der hier besprochenen Studie analysiert wurden, wurden in verschiedenen Regionen Europas und hauptsächlich in landwirtschaftlichen Betrieben durchgeführt. Die Daten spiegeln daher im Wesentlichen die europäische Landwirtschaft wider. Mehr Daten für andere geografische Regionen sind entscheidend, um Wege in die Zukunft zu finden. Die Erzeugung von Biomethan und Biogas (ausschließlich aus Bioabfällen und Reststoffen) kann im Vergleich zu fossilem Gas klimaschonend sein, doch müssen auf jeder Stufe der Versorgungskette wirksame Strategien zur Methanvermeidung entwickelt und eingesetzt werden.

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