Modellanalyse atmosphärischer Beobachtungen zeigt Methanaustritt in Nordchina

Erdgas ist ein relativ sauber verbrennender fossiler Brennstoff, der weniger Luftverschmutzung verursacht als Kohle und weltweit weit verbreitet ist. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Erdgaslecks aus Produktions-, Lieferketten- und Endverbrauchsanlagen eine große Quelle für atmosphärisches Methan (CH4) sind und das Leckagebudget vielerorts durch Bottom-up-Inventuren unterschätzt wird.

CH4 ist nach Kohlendioxid (CO2) das zweitwichtigste Treibhausgas (THG), das zur globalen Erwärmung beiträgt, mit einer relativ kürzeren Lebensdauer, was die Reduzierung der CH4-Emissionen zu einem geeigneten Ziel für die Umsetzung schneller und erreichbarer Minderungsstrategien des Pariser Abkommens macht.

In den letzten zehn Jahren hat sich Erdgas aufgrund der Initiative der Regierung zur Kohlevergasung zur Reduzierung der Luftverschmutzung und der CO2-Emissionen zur am schnellsten wachsenden fossilen Energiequelle in China entwickelt. Der Erdgasverbrauch ist von 108,5 Milliarden Normkubikmetern (bcm) (4 % des Primärenergieverbrauchs) im Jahr 2010 auf ein Rekordniveau von 280 Mrd. m3 (7,6 % des Primärenergieverbrauchs) im Jahr 2018 gestiegen.

Darüber hinaus wird laut Chinas Energieplan der Anteil der Primärenergie aus Gas weiter zunehmen und bis 2030 voraussichtlich 15 % erreichen, während der Kohle- und Ölverbrauch zurückgehen wird. Von 2010 bis 2018 hat sich die Länge der Gasversorgungsleitungen in städtischen Gebieten Chinas von 298 auf 842.000 Kilometer etwa verdreifacht. Allerdings wurden CH4-Leckagen aus diesen Pipelines nicht aktiv gemeldet, und es gibt nur begrenzt öffentlich verfügbare Daten zu vorgelagerten Emissionen und der lokalen Verteilung von Erdgasemissionen in China.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche Berichteverwendeten die Forscher neun Jahre (2010–2018) CH4-Beobachtungen des Greenhouse gases Observing SAtellite IBUKI (GOSAT) und Oberflächenstationsdaten des World Data Center for Greenhouse Gases (WDCGG), um die CH4-Emissionen in verschiedenen Regionen Chinas abzuschätzen. GOSAT beobachtet die säulengemittelten Trockenluft-Stoffmengenanteile von CH4 in der Atmosphäre, und die Oberflächenstationen überwachen die CH4-Konzentrationen nahe der Oberfläche.

Die Beobachtungsdaten wurden für Simulationen mit dem hochauflösenden inversen Modell NTFVAR (NIES-TM-FLEXPART-Variation) verwendet, um auf den Oberflächenfluss von CH4-Emissionen zu schließen. Die inverse Modellierung optimiert frühere Flussschätzungen, die so eingeschränkt sind, dass eine akzeptable Übereinstimmung zwischen den simulierten und beobachteten atmosphärischen Konzentrationen erreicht wird.

Abbildung 1 zeigt die modellgeschätzten CH4-Flüsse in vier Regionen Chinas. Die vier Regionen Nordchina (NE), Südchina (SE), Nordwestchina (NW) und das Qinghai-Tibetische Plateau (TP) unterscheiden sich in Bezug auf Klima, geografische Merkmale, Arten der Landwirtschaft und wichtige wirtschaftliche Aktivitäten , und CH4-Emissionsquellen. Die vom Modell geschätzten durchschnittlichen CH4-Emissionen aus den vier Unterregionen im Zeitraum 2010–2018 betragen 30,0 ± 1,0 (Durchschnitt ± Standardabweichung) Tg CH4 pro Jahr aus der SE-Region, 23,3 ± 2,7 Tg CH4 pro Jahr aus der NE-Region, 2,9 ± 0,2 Tg CH4 yr-1 aus der NW-Region und 1,7 ± 0,1 Tg CH4 yr-1 aus der TP-Region. Die Trends der CH4-Emissionen waren in den verschiedenen Regionen Chinas in den letzten neun Jahren unterschiedlich, wobei in der NE-Region und in ganz China signifikante Anstiegstrends festgestellt wurden.

Die Forscher konzentrierten ihre Analyse auf die NE-Region, wo Erdgasproduktion und -verbrauch dramatisch zugenommen haben und wahrscheinlich einer der Hauptverursacher des geschätzten Anstiegs der regionalen CH4-Gesamtemissionen sind. Die CH4-Emissionen aus Erdgas, einschließlich Leckagen aus der Brennstoffgewinnung, Verarbeitung, dem Transport und der Endnutzungsphase, wurden unter Verwendung eines Ansatzes geschätzt, der Daten für das Emissionsinventar auf Provinzebene kombinierte und inverse Modellstudien veröffentlichte.

Sowohl die modellgeschätzten CH4-Gesamtemissionen als auch die geschätzten Erdgasemissionen sind im Zeitraum 2010–2018 deutlich gestiegen (Abbildung 2). Die Gesamtmenge an Erdgasemissionen aufgrund von Leckagen stellt eine erhebliche Verschwendung von Energie und Wert dar. Im Jahr 2018 lag der Erdgasverbrauch in der NE-Region beispielsweise bei 101,5 Mrd. m3 und die geschätzten gesamten Erdgasemissionen bei 3,2 %–5,3 % des regionalen Verbrauchs.

Abbildung 3 zeigt die Veränderungen der geschätzten CH4-Emissionen aus Erdgas und der modellgeschätzten CH4-Gesamtemissionen für 2010-2018 im Vergleich zu den Vorjahren in der NE-Region. Die jährliche Veränderung der modellgeschätzten CH4-Gesamtemissionen folgt genau den Veränderungen der CH4-Emissionen aus Erdgas. Im Januar 2016 wurde die Region von einer Rekordkältewelle heimgesucht, die einen plötzlichen Anstieg des Erdgasverbrauchs verursachte, und die Erdgaslieferanten verzeichneten einen Anstieg der Erdgasverluste (dh die Differenz zwischen der gekauften und der verkauften Gasmenge).

Gleichzeitig erfassten die atmosphärischen Beobachtungen auch die Emissionsänderungen, wie sie sich in den inversen Schätzungen widerspiegeln (Abbildung 3). Die Analyse zeigt eine starke Korrelation zwischen Trends beim Erdgasverbrauch und dem Anstieg der atmosphärischen CH4-Konzentration über der NE-Region, was auf die Fähigkeit von GOSAT hinweist, Variationen in regionalen anthropogenen Quellen zu überwachen.

Die Ergebnisse der Studie unterstreichen, dass die Zunahme des Erdgasverbrauchs die Bemühungen Chinas zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes gefährdet. Die Zunahme von CH4-Lecks aus der Erdgasförderung und der Lieferkette wird sich trotz der Einführung von Maßnahmen zur CO2-Reduktion nachteilig auf die Interessen verschiedener Interessengruppen auswirken. Angesichts der Tatsache, dass sich die großen Erdgasverteilungspipelines in China über mehr als 900.000 Kilometer erstrecken, stellen Erdgaslecks eine erhebliche Energie- und Wertverschwendung dar. Die jährlichen Änderungen der regionalen Emissionen und Trends wurden in dieser Studie durch Satelliten- und Oberflächenbeobachtungen erfasst.

Zukünftig werden zusätzliche Beobachtungen mit hochauflösenden Satelliten helfen, Emissionen genauer zu quantifizieren und wissenschaftliche Hinweise für Emissionsminderungsmaßnahmen zu geben. Es besteht auch die Notwendigkeit, solche Lecks mithilfe fortschrittlicher mobiler Plattformen weiter zu erkennen und zu lokalisieren, um die CH4-Emissionen in China wirksam zu mindern und wirtschaftliche, ökologische und gesundheitliche Vorteile zu erzielen.