Erdgas: Nicht so umweltschonend wie gedacht

Mitten im grönländischen Sommer 2015 bohrten Benjamin Hmiel und sein Team tief in den mächtigen Eisschild der Landmasse. Regelmäßig hievten sie Eisblöcke von der Größe eines Kraftradmotors aus den Bohrlöchern. In diesem Eis verbarg sich ein Teil einer Antwort auf eine Frage, die Wissenschaftler seit Jahren umtreibt: Wie viel Methan in der Atmosphäre – eines der stärksten Treibhausgase – kommt aus der Öl- und Gasindustrie?

Zuvor waren Geologen davon ausgegangen, dass natürliche geologische Quellen wie vulkanische Sickerstellen und Schlammtöpfe etwa 10 Prozent des Methans ausspeien, das jedes Jahr die Atmosphäre anreichert. Neue Daten, die in „Nature“ veröffentlicht wurden, lassen jedoch vermuten, dass solche Quellen für einen viel geringeren Bruchteil des heutigen Atmosphärenmethans verantwortlich sind. Stattdessen kommt ein Großteil davon den Forschern zufolge aus der Industrie. Zusammengenommen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass wir den Einfluss der fossilen Brennstoffförderung um bis zu 40 Prozent unterschätzt haben.

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Das seien für den Klimawandel sowohl gute als auch schlechte Nachrichten, sagt Hmiel, der Hauptautor der Studie und Forscher an der University of Rochester. Schlecht, weil es bedeutet, dass die Öl- und Gasindustrie einen größeren Beitrag am Treibhausgasbudget hatte, als es den Forschern klar war. Und gut, weil diese neue Erkenntnis gleichzeitig das Potenzial einer größeren Kontrolle birgt: Politische Entscheidungsträger, Unternehmen und Regulierungsbehörden können somit mehr Einfluss auf die Reduzierung von Treibhausgasen nehmen.

„Stellen wir uns die Gesamtmenge des Methans in der Atmosphäre als Kuchenstücke vor: Ein Stück stammt von Wiederkäuern, ein anderes aus Feuchtgebieten. Das Stück des geologischen Methans haben wir uns bisher zu groß vorgestellt“, erklärt Hmiel. „Wir sagen also, dass das Stück von den fossilen Brennstoffen größer als gedacht ist – aber wir haben auch mehr Einfluss auf die Größe des Stücks, weil das etwas ist, das wir kontrollieren können.“

Methan als Übergangsbrennstoff?

Methan ist ein potentes Treibhausgas. Durch seine Konfiguration – ein Kohlenstoffkern mit vier Wasserstoffarmen – kann es Hitze ausgezeichnet absorbieren. Auf einen Zeitraum von 20 Jahren gerechnet, kann ein Methanmolekül etwa 90 Mal effektiver Wärme in der Atmosphäre speichern als ein Kohlendioxidmolekül. Letzteres wird auf lange Sicht dennoch die größere Rolle bei der Erwärmung des Planeten spielen.

Seit der industriellen Revolution ist die Methankonzentration in der Atmosphäre um mindestens 150 Prozent gestiegen. Je mehr davon in die Atmosphäre gelangt, desto schwieriger wird es, die globalen Klimaziele nicht zu verfehlen – gerade weil es so potent ist.

Das Gas befindet sich außerdem im Zentrum eines Mysteriums, das die Wissenschaftsgemeinde seit Jahrzehnten zu klären versucht: Woher genau kommt das ganze Methan, das die Atmosphäre aufheizt? Von Kühen oder Reisfeldern? Aus der Öl- und Gasindustrie? Aus blubbernden Schlammvulkanen und Sickerstellen entlang der tektonischen Plattengrenzen?

In den letzten Dekaden wurden die Forderungen nach einer Reduzierung der CO2-Emissionen immer lauter. Gleichzeitig wurden Technologien zur Förderung von Erdgas – wie Fracking – billiger. In den USA und in anderen Ländern der Welt wurden deshalb viele Kohlekraftwerke geschlossen. In vielen Fällen wurde die Kohle durch Erdgas ersetzt, das größtenteils aus Methan besteht. In den USA decken Erdgasanlagen mittlerweile 40 Prozent des Energiebedarfs.

Methan brennt effizienter als Kohle und ist damit im Vergleich die bessere Option. Außerdem verflüchtigt es sich in der Atmosphäre schneller als CO2. Im Schnitt zersetzt sich ein Methanmolekül nach neun Jahren, während CO2-Moleküle hunderte von Jahren überdauern können.

Deshalb wurde Erdgas oft als Übergangsbrennstoff angepriesen, der den Wandel hin zu einer CO2-neutralen Zukunft erleichtern könnte. Erdgasanlagen können den heutigen Energiebedarf decken, während erneuerbare und CO2-negative Technologien weiterentwickelt werden.

„Die Frage ist: Ist es wirklich ein Übergangsbrennstoff oder wird es für eine sehr lange Zeit genutzt werden?“, sagt Sheila Olmstead, eine Umwelt- und Wirtschaftswissenschaftlerin an der University of Texas in Austin. „Der Markt signalisiert uns, dass es wahrscheinlich sehr lange genutzt werden wird.“

Die Klimakosten der Erdgasnutzung wurden allerdings auf Basis einer einfachen Annahme berechnet: Erdgas verursacht weniger Treibhausgasemissionen als andere Quellen. Aber in den letzten Jahren stellte eine ganze Reihe von Studien diese Annahme infrage. Besonders fiel dabei ins Gewicht, wie viel Gas bereits bei der Förderung verloren geht.

Falls beim Förderprozess nur sehr wenig Gas verloren geht, geht die Rechnung auf. Aber wenn die Verlustrate auf über ein Prozent der Fördermenge steigt, wird es schwierig, sagt Robert Howarth, ein Klimawissenschaftler der Cornell University.

Eine aktuelle Studie zeigte, dass die Verlustrate bei der Erdgasförderung in den USA bei mehr als 2 Prozent liegen könnte. Andere Studien untersuchten spezifische „Superemitter“ in den großen Förderregionen der USA und fanden eine noch höhere Verlustrate.

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„Ich würde sagen, dass sich das Argument für Methan als Übergangsbrennstoff in den letzten paar Jahren erübrigt hat“, sagt Howarth. „Aber wenn wir einen Schritt zurückgehen und sagen, dass wir Erdgas wirklich für eine Weile benötigen werden, dann hängt die Rechnung vom Break Even Point des Methans ab. Und wir sind uns nicht sicher, wie nah wir dem sind.“

Es sei von entscheidender Bedeutung, die CO2-Emissionen schrittweise zu reduzieren, betont die MIT-Energieexpertin Jessika Trancik, denn dieses Gas wird den Planeten langfristig erwärmen. Aber für die Einhaltung des aktuellen Klimaziels – eine Erwärmung von maximal 2 °C – sei es auch unabdingbar, zusätzliches Methan von der Atmosphäre fernzuhalten.

„Es ist unmöglich, diese Klimaziele einzuhalten, wenn auch noch Methan oben draufkommt“, sagt Lena Höglund Isaksson. Die Expertin für Treibhausgase arbeitet am Internationalen Institut für angewandte Systemanalyse in Österreich.

Alte Luft aus dem Eis

Es ist bemerkenswert schwierig herauszufinden, wie viel des Methans in der Atmosphäre von direkten menschlichen Quellen (Öl- und Gasförderung oder –verbrennung), von indirekten menschlichen Quellen (Landwirtschaft) und von natürlichen Quellen (Sickerstellen) kommt.

Die Art der Methanquelle bestimmt, welchen Einfluss Menschen darauf haben. Im Falle von Öl und Gas können wir die Systeme so verändern, dass weniger Gas verloren geht. Im Falle von Vulkanen haben wir hingegen relativ wenig Handhabe.

„Das ist ein bisschen wie eine Detektivgeschichte“, sagt Höglund Isaksson.

Früher haben Wissenschaftler den sogenannten natürlichen Methanausstoß geschätzt, indem sie an Schlammtöpfen und Sickerstellen möglichst genaue Messungen der Emissionen vorgenommen haben. Dann rechneten sie ihre Werte hoch, um eine Schätzung für den gesamten Planeten abzugeben. Mit dieser Strategie lag der geschätzte natürliche Methanausstoß global bei etwa 50 Megatonnen pro Jahr. Das entspräche etwa 10 Prozent der gesamten jährlichen Methanemissionen. Aktuelle Schätzungen verorten den jährlichen Methanausstoß durch die Förderung und Verbrennung fossiler Brennstoffe bei knapp unter 200 Megatonnen.

Hmiels Team vermutete, dass der Ausstoß durch die geologischen Quellen sogar noch geringer war. Und sie hatten den idealen Ort, um diese Hypothese zu testen: den Grönländischen Eisschild. Das dortige Eis, das teils mehr als 100 Meter unter der Oberfläche liegt, stammt noch aus Zeiten vor der industriellen Revolution. In den kleinen Luftbläschen im Eis fand sich also noch die Methankonzentration der vorindustriellen Zeit.

Insgesamt hob das Team mehr als 900 Kilogramm Eis aus der Tiefe und saugte dann die Luft aus den darin enthaltenen Luftblasen.

Methan aus natürlichen geologischen Quellen unterscheidet sich in seiner chemischen Struktur leicht von dem aus anderen Quellen wie Feuchtgebieten. Das Methan aus dem 250 Jahre alten Eis enthielt nur geringe Spuren geologischen Methans – und wie erwartet keine Hinweise auf Methan aus fossilen Brennstoffen.

Im Gegensatz dazu zeigten Proben aus einer Zeit nach der industriellen Revolution die verräterischen Fingerabdrücke fossiler Brennstoffe.

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Der wichtige Befund war jedoch die geringe Menge geologischen Methans im Eis: Pro Jahr schienen in vorindustriellen Zeiten nicht mehr als 5 Megatonnen Methan in die Atmosphäre entwichen zu sein. Es ist unwahrscheinlich, dass sich die geologischen Faktoren in so kurzer Zeit bedeutend verändert haben. Daher sei diese Schätzung auch ein guter Richtwert für den heutigen Beitrag geologischer Quellen, so Hmiel.

Dieser Beitrag ist zehnmal kleiner als frühere Schätzungen, auf deren Basis wissenschaftliche Einschätzungen und politische Entscheidungen getroffen wurden.

Wissenschaftler wissen schon seit Langem, wie viel Methan genau in der Atmosphäre vorhanden ist. Diese Zahl ist unverändert: Noch immer sammeln sich dort jedes Jahr ungefähr 570 Megatonnen. Aber wenn deutlich weniger davon aus natürlichen geologischen Quellen stammt, muss die übrige Menge woanders herkommen. Das Team konnte auch zeigen, dass die wahrscheinlichste Quelle dafür die Öl- und Gasindustrie ist.

Das bedeutet auch, dass dieser Industriezweig die Emissionen verringern kann, überlegte Hmiel. Das ginge, in dem man die Nutzmenge von Erdgas reduziert, aber auch, indem Lecks und andere Verlustquellen beseitigt werden.

„Elektrizitätswerke entscheiden derzeit, ob sie sich auf Wind- und Solarenergie oder auf Erdgas konzentrieren sollen. Wenn sie sich für Erdgas entscheiden, ist es wichtig zu begreifen, dass dieses Erdgaswerk Jahrzehnte in Betrieb sein wird“, sagt Olmstead.

„Die haben einen langen Atem, völlig unabhängig von ihrem vermeintlichen Auslaufdatum. Beeinflusst dieses Wissen die Entscheidungen, die wir heute treffen? Dass wir die Effekte der Methanemissionen auch noch in 10, 20, 30, 40 Jahren spüren werden?“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.