Durchbruch bei der Schätzung der Kohlendioxidemissionen fossiler Brennstoffe

Einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der University of East Anglia (UEA) ist ein wichtiger Durchbruch bei der schnelleren und häufigeren Erkennung von Änderungen der Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen gelungen.

In einer heute veröffentlichten Studie quantifizierten sie die regionalen CO2-Emissionsminderungen fossiler Brennstoffe während der COVID-19-Sperren von 2020–2021 anhand atmosphärischer Messungen von CO2 und Sauerstoff (O2) vom Weybourne Atmospheric Observatory an der Nordküste von Norfolk im Vereinigten Königreich

Die Schätzung verwendet eine neue Methode zur Trennung von CO2-Signalen von Landpflanzen und fossilen Brennstoffen in der Atmosphäre. Bisher war es nicht möglich, Änderungen der CO2-Emissionen fossiler Brennstoffe auf regionaler Ebene mit hoher Genauigkeit und nahezu in Echtzeit zu quantifizieren.

Bestehende atmosphärische Methoden waren weitgehend erfolglos darin, CO2 aus fossilen Brennstoffen von großen natürlichen CO2-Variabilitäten zu trennen, sodass Schätzungen von Änderungen, wie sie beispielsweise als Reaktion auf die Sperrungen auftreten, auf indirekten Datenquellen beruhen müssen, was Monate oder Jahre dauern kann kompilieren.

Die atmosphärische O2-basierte Methode, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritte, stimmt gut mit drei weniger häufigen Emissionsschätzungen für das Vereinigte Königreich überein, die während der Pandemie vom Ministerium für Unternehmens-, Energie- und Industriestrategie, dem Global Carbon Budget und dem Carbon Monitor erstellt wurden und unterschiedliche Methoden und Kombinationen von Daten verwendeten, beispielsweise solche, die auf dem Energieverbrauch basieren .

Entscheidend ist, dass dieser Ansatz nicht nur völlig unabhängig von den anderen Schätzungen ist, sondern auch viel schneller berechnet werden kann.

Die Forscher sind auch in der Lage, Änderungen der Emissionen häufiger zu erkennen, wie z. B. tägliche Schätzungen, und können deutlich zwei Perioden der Reduzierung erkennen, die mit zwei Sperrperioden im Vereinigten Königreich verbunden sind, die durch eine Periode der Emissionserholung getrennt sind, als die COVID-Beschränkungen im Sommer gelockert wurden von 2020.

Forscher der UEA – Heimat des einzigen hochpräzisen atmosphärischen O2-Messlabors im Vereinigten Königreich – arbeiteten mit Kollegen der Universität Wageningen in den Niederlanden und dem Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Deutschland zusammen.

Die Hauptautorin der Studie, Dr. Penelope Pickers vom Zentrum für Ozean- und Atmosphärenwissenschaften der UEA, sagte: „Wenn die Menschen unsere CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen und unsere Auswirkungen auf das Klima reduzieren wollen, müssen wir zuerst wissen, wie stark sich die Emissionen ändern .

„Unsere Studie ist eine große Errungenschaft in der Atmosphärenwissenschaft. Mehrere andere, die ausschließlich auf CO2-Daten basieren, waren aufgrund großer Emissionen von Landpflanzen erfolglos, die CO2-Signale fossiler Brennstoffe in der Atmosphäre verschleiern.

„Die Verwendung von atmosphärischem O2 in Kombination mit CO2 zur Isolierung von CO2 aus fossilen Brennstoffen in der Atmosphäre hat es uns ermöglicht, diese wichtigen Signale erstmals mit einem ‚Top-down‘-Ansatz zu erkennen und zu quantifizieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass ein Netzwerk kontinuierlicher Messstellen stark ist Potenzial für die Bereitstellung dieser Bewertung von CO2 aus fossilen Brennstoffen auf regionaler Ebene.“

Derzeit werden die CO2-Emissionen fossiler Brennstoffe offiziell mit einem „Bottom-up“-Ansatz gemeldet, wobei Bilanzierungsmethoden verwendet werden, die Emissionsfaktoren mit Energiestatistiken kombinieren, um die Emissionen zu berechnen.

Diese werden dann in nationale Verzeichnisse der geschätzten Treibhausgasemissionen (THG) in die Atmosphäre aus anthropogenen Quellen und Aktivitäten wie Wohngebäuden, Fahrzeugen und Industrieprozessen zusammengestellt.

Inventare können jedoch ungenau sein, insbesondere in weniger entwickelten Ländern, was das Erreichen von Klimazielen erschwert.

Es kann auch Jahre dauern, bis die Inventarbewertungen abgeschlossen sind, und auf regionaler Ebene oder auf monatlicher oder wöchentlicher Basis sind die Unsicherheiten viel größer.

Eine alternative Methode zur Schätzung der Treibhausgasemissionen ist die Verwendung eines „Top-down“-Ansatzes, der auf atmosphärischen Messungen und Modellen basiert.

Das britische Emissionsinventar wird bereits erfolgreich durch unabhängige Top-down-Bewertungen für einige wichtige Treibhausgase wie Methan und Lachgas informiert und unterstützt.

Für CO2, das wichtigste Treibhausgas für den Klimawandel, war dies jedoch noch nie möglich, da es schwierig ist, zwischen CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen und Landpflanzenquellen in der Atmosphäre zu unterscheiden.

Dr. Pickers sagte: „Die Zeit, die für die Fertigstellung der Inventare benötigt wird, macht es schwierig, plötzlich auftretende Änderungen der Emissionen zu charakterisieren, wie z. B. die Reduzierungen im Zusammenhang mit den COVID-Pandemie-Sperren.

„Wir brauchen schnell und in feineren Maßstäben zuverlässige Schätzungen der CO2-Emissionen fossiler Brennstoffe, damit wir die Klimaschutzpolitik überwachen und informieren können, um zu verhindern, dass eine globale Erwärmung von 2 °C erreicht wird.

„Unser O2-basierter Ansatz ist kostengünstig und liefert hochfrequente Informationen mit dem Potenzial, CO2-Schätzungen für fossile Brennstoffe schnell und in feineren räumlichen Maßstäben, beispielsweise für Landkreise, Bundesstaaten oder Städte, bereitzustellen.“

Das Team nutzte 10 Jahre lang hochpräzise, ​​stündliche Messungen von atmosphärischem O2 und CO2 vom Weybourne Atmospheric Observatory, das vom britischen National Centre for Atmospheric Science unterstützt wird. Entscheidend für den Erfolg der Studie waren Langzeitmessungen dieser klimatisch wichtigen Gase.

Um ein COVID-Signal zu erkennen, mussten sie zunächst die Auswirkungen des atmosphärischen Transports auf ihre O2- und CO2-Datensätze mithilfe eines maschinellen Lernmodells entfernen.

Sie trainierten das maschinelle Lernmodell mit Daten aus der Zeit vor der Pandemie, um das CO2 aus fossilen Brennstoffen abzuschätzen, das sie in Weybourne erwartet hätten, wenn die Pandemie nie aufgetreten wäre.

Anschließend verglichen sie diese Schätzung mit dem CO2 aus fossilen Brennstoffen, das tatsächlich im Zeitraum 2020-2021 beobachtet wurde, was die relative Verringerung der CO2-Emissionen ergab.

„Neuartige Quantifizierung der regionalen CO2-Reduktionen durch fossile Brennstoffe während der Sperrung von COVID-19 mithilfe von Messungen des atmosphärischen Sauerstoffs“, von Penelope A. Pickers et al., ist veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte am Freitag, 22. April 2022.