Forscher aus den USA haben gezeigt, dass Methanemissionen von Offshore-Öl- und Gasplattformen mithilfe einer auf Sonnenreflexionen basierenden Fernerkundungsmethode systematisch kartiert werden können. Ihr neuer Ansatz könnte dazu beitragen, Bemühungen zur Reduzierung der Methanfreisetzung und zur Verbesserung der nationalen Emissionsinventare voranzutreiben.
Methan ist ein starkes Treibhausgas und trägt maßgeblich zum Klimawandel bei. Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass mindestens 20 % der vom Menschen verursachten Methanemissionen aus der Öl- und Gasförderung stammen. Diese können sowohl auf den normalen Betrieb als auch auf Fehlfunktionen oder Undichtigkeiten zurückzuführen sein.
Während die Methanfreisetzung aus Onshore-Öl- und Gasanlagen gut untersucht ist, sind die Emissionen von Offshore-Plattformen nur unzureichend verstanden, obwohl diese Anlagen etwa 30 % der gesamten Öl- und Gasproduktion ausmachen. Aktuelle Schätzungen der Methanemissionen sind in der Regel unzuverlässig – und sie berücksichtigen nicht verzerrte Emissionen, bei denen ein kleiner Teil der Ausrüstung für einen großen Teil der Emissionen verantwortlich ist.
Offshore-Herausforderungen
Beobachtungsstudien sind angesichts der abgelegenen Standorte von Offshore-Plattformen jedoch schwierig. Boote sind oft nicht in der Lage, nahe genug an Plattformen heranzukommen und sind nicht in der Lage, erhöhte Emissionsfahnen genau zu erkennen. Flugzeuge, die mit Gasanalysatoren ausgestattet sind, können Methan erkennen, sind jedoch in der Regel nicht in der Lage, Quellen mit der erforderlichen Genauigkeit zu lokalisieren. Flugzeuge und Satelliten, die mit bildgebenden Spektrometern ausgestattet sind, bieten eine höhere räumliche Auflösung – aber sie haben Schwierigkeiten mit der Spurengasdetektion über dem Ozean, da Wasser in den Methanabsorptionsbändern eine sehr dunkle Oberfläche darstellt.
Um diese Mängel zu beheben, Atmosphärenforscher Alana Ayasse von der University of Arizona und Carbon Mappers und Kollegen haben das Potenzial einer Fernerkundungsmethode demonstriert, die das Glitzern der Sonne auf der Wasseroberfläche erfasst. Dies sorgt für ausreichend reflektierte Strahlung, um ein Methansignal zu erkennen.
„Wir erreichen dies, indem wir das Flugzeug zur richtigen Zeit und am richtigen Ort positionieren, sodass der Winkel des am Flugzeug montierten Sensors im gleichen Winkel wie die Sonne ist und auf das Ziel ausgerichtet ist“, erklärt Ayasse.
Louisiana-Studie
Im Jahr 2021 nutzte das Team diese Technik, um die Emissionen von mehr als 150 Offshore-Öl-/Gasquellen und Produktionsplattformen im Flachwasserbereich im Golf von Mexiko vor der Küste von Louisiana im Laufe der Zeit zu analysieren. Die Umfrage umfasste rund 8 % aller Einrichtungen in der Region.
Die Forscher demonstrierten nicht nur die Wirksamkeit der Sun-Glint-Methode zur Fernerkennung der Methanfreisetzung, sondern konnten auch feststellen, dass die Emissionen der Offshore-Plattformen im Allgemeinen im Verhältnis zur Produktion höher und anhaltender zu sein scheinen als die Emissionen von Onshore-Öl- und Gasbecken. Darüber hinaus waren die Emissionen stark verzerrt, stellte das Team fest, wobei die meisten aus Lagertanks und Entlüftungsrohren stammten.
Diese Arbeit ist ein großer Schritt in Richtung einer umfassenden Betriebsüberwachung von Offshore-Produktionen in großen Gebieten weltweit
Alana Ayasse
„Obwohl es bereits einige einmalige experimentelle Nachweise von Methan über dem Ozean gegeben hat, ist diese Arbeit ein großer Schritt in Richtung einer umfassenden Betriebsüberwachung von Offshore-Produktionen in großen Gebieten weltweit“, erklärt Ayasse. Diese Fähigkeit sei für die Aufklärung von Bemühungen zur Emissionsreduzierung von entscheidender Bedeutung, sagt sie. Die Forscher weisen beispielsweise darauf hin, dass der normale Betrieb eines Überdruckventils für intermittierende Methanemissionen aus einem Lagertank verantwortlich sein könnte – eine anhaltendere Freisetzung könnte jedoch ein Hinweis darauf sein, dass ein Ventil festsitzt und repariert werden muss.
„Wir haben mit Pilotprogrammen in Kalifornien gezeigt, dass der Austausch hochauflösender Methandaten mit Öl- und Gasbetreibern an Land direkt zu freiwilligen Leckreparaturmaßnahmen führen kann“, sagt Ayasse. „Eine langfristige Schadensbegrenzung erfordert viele Akteure und viele bewegliche Teile, aber gute Daten sind für alles von grundlegender Bedeutung.“
Satelliteneinsatz
Atmosphärenphysiker Debra Wunch von der University of Toronto, der nicht an der Studie beteiligt war, sagt, die Forschung liefere weitere Beweise dafür, dass gemeldete Emissionen überprüft und überwacht werden müssen, um Fortschritte bei der Reduzierung der Methanfreisetzung zu erzielen. „Die Verwendung von Glint-Messungen über Wasser wird es uns ermöglichen, die nächste Generation von Methansatelliten zu nutzen, um die Offshore-Öl- und Gasproduktion in unsere Atmosphärenüberwachung einzubeziehen, eine bisher schwer zu überwachende Emissionsquelle.“
Grant Allen, ein Atmosphärenphysiker an der Universität Manchester, sagt: „Die Studie bestätigt die Ergebnisse früherer messtechnischer Feldprojekte, die durchweg festgestellt haben, dass eine kleine Anzahl von Anlagen (onshore und offshore) typischerweise für den Großteil der Methanemissionen verantwortlich sind – sogenannte Super-Emitter-Anlagen. Die Gründe dafür können häufig auf schlechte Betriebspraktiken oder eine möglicherweise nicht erkannte oder unerwünschte Entlüftung (sogenannte diffuse Emission) zurückzuführen sein. Die Identifizierung von Superemittenten auf diese Weise kann dazu beitragen, gezielt schnelle Maßnahmen zur Vermeidung weiterer Emissionen zu ergreifen und zu einer gezielteren Emissionspolitik und -regulierung zu führen.“
Genaue Inventuren
Allen weist auch darauf hin, dass die direkte Messung von Methanemissionen uns dabei helfen kann, Fehler in nationalen Treibhausgasemissionsinventaren und von Betreibern gemeldeten Emissionsschätzungen zu erkennen. Ersteres ist wichtig, um Regierungen bei der Einhaltung der Ziele zur Reduzierung der Klimaemissionen zur Rechenschaft zu ziehen und es uns zu ermöglichen, Emissions- und Klimawandelverläufe genau zu modellieren. Er kommt zu dem Schluss: „Messungsgestützte Studien wie diese tragen dazu bei, unsere Emissionsinventare so ehrlich wie möglich zu halten.“
Kampf gegen das Aufstoßen von Rindern: Messung der Methanemissionen von Kühen
Nachdem ihre erste Studie abgeschlossen ist, wollen die Forscher nun in den Golf von Mexiko zurückkehren, um eine größere Population von Offshore-Infrastrukturen zu untersuchen und so die Einschätzung der Methanverlustraten in der Region zu verbessern. Dazu gehören Tiefseeplattformen, deren Produktion sich von denen ihrer Flachwasser-Pendants unterscheidet.
„Wir freuen uns auch darauf, im Jahr 2023 die ersten beiden Carbon Mapper-Satelliten zu starten“, fügt Ayasse hinzu. Diese sollen, so erklärt sie, „eine umfassendere und widerstandsfähigere globale Überwachung der Methanemissionen aus großen Offshore-Öl- und Gasfördergebieten ermöglichen, die ansonsten weitgehend unsichtbar bleiben“.
Die Studie ist beschrieben in Environmental Research Letters.
