Vermessung von Methanemissionen mit einer Hubschraubersonde: Neue Methode an polnischen Kohleminen demonstriert
Im Rahmen von UNEP´s International Methane Emissions Observatory (IMEO) haben Wissenschaftler des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre (DLR- IPA) gerade erfolgreiche Messungen von Methan-Emissionen aus dem Kohlebergbau in Polen abgeschlossen. In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Flugführung (IFF) der Technischen Universität Braunschweig (TUBS) wurde ein neuartiges flugzeuggestütztes Messkonzept zur zuverlässigen Quantifizierung von Treibhausgasemissionen entwickelt. Der HELiPOD, eine Hubschraubersonde die als Schlingenlast in einem Seil unter dem Hubschrauber geflogen wird, wurde mit in-situ Instrumentierung des DLR-IPA ausgestattet, um wichtige Treibhausgase wie Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) in der Nähe von Kohleminen zu vermessen. Als Zielregion für die luftgestützte Mission wurde das Oberschlesische Kohlebecken (USCB) in Polen ausgewählt, eine der Regionen in Europa mit der höchsten Dichte an aktiven Kohlebergwerken, in denen erhebliche Mengen an CH4 emittiert werden.
Die luftgestützten Messungen wurden vom Flughafen in Bielsko-Biala und in der Nähe von Belüftungsschächten der Kohlengrube durchgeführt, wo angesammeltes CH4 aus den Untertageminen freigesetzt wird, um Explosionen zu verhindern. In Zusammenarbeit mit dem polnischen Hubschrauberunternehmen Helipoland wurden während 10 Missionsflügen (~30 Flugstunden) die Methanemissionen aus drei verschiedenen Lüftungsschächten in der USCB-Region untersucht. Messungen wurden sowohl stromauf- und abwärts der Schächte (horizontale Entfernung ~0,5 km - 5 km) und in mehreren Höhen bis zu ~1-2 km durchgeführt, um die CH4-Emissionen zu kartieren. Während der Flüge zeigte der HELiPOD-Missionsmonitor im Cockpit die Messungen online an, sodass der Missionswissenschaftler den Hubschrauber erfolgreich durch die unsichtbare Methanwolken führen konnte. Um den CH4-Fluss aus den Schächten abzuschätzen, werden diese Messungen mit hochaufgelösten Windinformationen vom HELiPOD kombiniert mit dem ultimativen Ziel diese Emissionsraten mit gemeldeten Werten der Kohleminenbetreiber zu vergleichen. Dabei wird auch die Variabilität der CH4-Emissionen in Abhängigkeit der täglichen Arbeitstätigkeit in den Bergwerken berücksichtigt. Darüber hinaus wurden die luftgestützten Messungen durch bodengestützte CH4-Messungen begleitet, die von einem lokalen Team polnischer Wissenschaftler der AGH University of Science and Technology in Krakau durchgeführt wurden.
Die hier neu vorgestellten Messstrategie hat sich als äußerst leistungsfähig erwiesen, um Spurengasemissionen auf lokaler Ebene zu untersuchen. Es bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen flugzeuggestützten Messmethoden (z.B. reduzierte Flugkosten, große Manövrierfähigkeit, die Option die Fluggeschwindigkeit erheblich zu reduzieren). Nach der erfolgreichen Demonstration dieses neuartigen luftgestützten Konzepts sind weitere gemeinsame DLR-TUBS-Messungen in Polen im Oktober 2022 und im Oman im Jahr 2023 geplant (finanziert von UNEP im Rahmen des IMEO-Programms). Im Oman besteht das Hauptziel darin, erste luftgestützte Methanmessdaten aus dem Öl- und Gassektor in Ländern mit hoher Produktionsaktivität zu gewinnen.
Methan ist nach Kohlendioxid das zweitwichtigste vom Menschen verursachte Treibhausgas und hat in den ersten 20 Jahren nach seiner Emission eine etwa 80-mal höheren Strahlungsantrieb als CO2. Aufgrund seiner kurzen Lebensdauer (~10 Jahre) im Vergleich zu CO2 (~100-1000 Jahre) steht Methan im Fokus der aktuellen Mitigations-Maßnahmen zur Verringerung der globalen Erwärmung, wie auf der COP26 in Glasgow angekündigt (Global Methane Pledge). Die gesammelten Daten sollen Kohleminenbetreibern sowie Öl- und Gasunternehmen und Regierungen dabei helfen, ihre Maßnahmen und Richtlinien mit dem Ziel zu priorisieren, die Methanemissionen weltweit zu reduzieren.