Mehr Methanemissionen aus der Erdölförderung als gedacht

29.09.2022

bei der Gewinnung von Erdöl wird teilweise ungewolltes Gas verbrannt

Studie zufolge entweicht dabei deutlich mehr Methan in die Atmosphäre als offiziell erfasst wird

laut Fachleuten ließen sich diese klimaschädlichen Methanemissionen relativ leicht verhindern

Wenn bei der Förderung von Erdöl ungewolltes Gas gezielt abgebrannt wird, gelangt mehr Methan in die Atmosphäre als bislang angenommen, so eine Studie, die im Fachjournal „Science“ erschienen ist (siehe Primärquelle). Nach Angaben der Energieindustrie wird beim Abbrennen von sogenanntem Begleitgas fast das gesamte darin enthaltene Methan verbrannt und dabei in Kohlendioxid (CO₂) umgewandelt. Der Studie zufolge sind es aber nur 91 Prozent – der Rest des Methans entweicht in die Atmosphäre. Die klimaschädlichen Methanemissionen, die so entstehen, seien rund fünfmal höher als angenommen und würden bislang nicht erfasst. Die Forschenden untersuchten das „Flaring“ – das gezielte Abfackeln von Begleitgas – an verschiedenen Standorten der fossilen Energieindustrie in den USA.

Methanemissionen machen nur etwa drei Prozent der anthropogenen Treibhausgas-Emissionen aus, sind aber für 0,5 Grad der bisherigen durchschnittlichen Erderwärmung von etwa 1,1 Grad verantwortlich [I]. Grund dafür ist, dass Methan ein sehr wirksames Treibhausgas ist – auf 20 Jahre betrachtet ist es gut 80-mal potenter als Kohlendioxid (CO₂) [II]. Mit rund zehn Jahren (Angaben schwanken zwischen neun und zwölf Jahren) verbleibt es jedoch viel kürzer in der Atmosphäre als CO₂. Rund ein Drittel der menschenverursachten Methanemissionen entstehen in der Energiewirtschaft [III]. Sie stammen etwa aus leckenden Gaspipelines oder dem absichtlichen Ablassen von Erdgas in die Atmosphäre („Venting“). Verglichen mit Methanemissionen aus der Landwirtschaft könnten diese Emissionen Forschenden zufolge leicht reduziert oder verhindert werden [IV]. Auf der Klimakonferenz COP26 in 2021 schlossen sich über 100 Länder der Global Methane Pledge an und vereinbarten, ihren Methan-Ausstoß bis 2030 um mindestens 30 Prozent zu verringern.

Übersicht

Prof. Dr. Fortunat Joos, Leiter der Arbeitsgruppe Erdsystem-Modellierung: Biogeochemische Kreisläufe, Abteilung Klima und Umweltphysik (KUP), Physikalisches Institut und Oeschger Zentrum für Klimaforschung, Universität Bern, Schweiz

Prof. Dr. em. Martin Heimann, ehemal. Direktor Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena, und Gastwissenschaftler in der Abteilung Atmospheric Science, Institut für Physik, Universität Helsinki, Finnland

Dr. Lena Höglund Isaksson, Wissenschaftliche Mitarbeiterin beim Forschungsprogramm Luftqualität und Treibhausgase, Internationales Institut für angewandte Systemanalyse (IIASA), Laxenburg, Österreich

Prof. Dr. Stefan Lechtenböhmer, Abteilungsleiter Zukünftige Energie- und Industriesysteme, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH, Wuppertal

Statements

Prof. Dr. Fortunat Joos

Leiter der Arbeitsgruppe Erdsystem-Modellierung: Biogeochemische Kreisläufe, Abteilung Klima und Umweltphysik (KUP), Physikalisches Institut und Oeschger Zentrum für Klimaforschung, Universität Bern, Schweiz

„Die Förderung und Verbrennung von Öl, Gas, Benzin, Kohle ist für 90 Prozent unserer Emissionen von Kohlendioxid (CO₂), aber auch für rund ein Drittel der menschlich verursachten Emissionen von Methan (CH₄) verantwortlich. Fossile Energieträger sind damit der weitaus größte Treiber der globalen Klimaerhitzung und eine wichtige Ursache lokaler und weiträumiger Luftverschmutzung.“

„Methan ist ein Treibhausgas und Luftschadstoff. Bei der Ölförderung tritt Methan als Beiprodukt aus. Dieses wird oft abgefackelt, um Methan in Kohlendioxid umzuwandeln. Pro Molekül ist CO₂ ein weniger wirksames Treibhausgas als CH₄ (CH₄-Moleküle tragen stärker zum Treibhauseffekt bei als CO₂-Moleküle; Anm. d. Red.). Nicht alle Methanlecks werden angezündet und das Methan gelangt dann direkt in die Atmosphäre.“

„Die Studie setzt einen neuen Standard in der Abschätzung der Methanemissionen durch Abfackeln und Lecks der Ölindustrie. Die direkte Messung von Methan und Kohlendioxid in Abgasfahnen erlaubt den Autoren die Effizienz der Umwandlung von Methan zu Kohlendioxid zu berechnen. Messungen an mehr als 300 Abgasfahnen in Kombination mit Satellitendaten ergeben eine robuste Schätzung der Methanemissionen durch Abfackeln und Lecks für die USA. Bisher haben Regierungen und die Industrie typischerweise angenommen, dass nur zwei Prozent des Methans aus Lecks nicht in CO₂ umgewandelt wird. Die Studie misst nun diesen Anteil auf neun Prozent. Damit wurde diese Methanquelle bisher in den USA und vermutlich auch in anderen Ländern systematisch um den Faktor vier bis fünf unterschätzt. Die Internationale Energieagentur (IEA) hat schon eine ähnliche globale Schätzung für die Effizienz der CH₄ zu CO₂ Umwandlung angenommen [1].“

„Abfackeln und Lecks weltweit tragen rund sechs Prozent zu den Methanemissionen aus fossilen Energieträgern bei. Der Anteil an den gesamten menschlich verursachten Methanemissionen ist rund zwei Prozent. Diese Emissionen könnten ohne große Kosten stark vermindert werden, indem ein Teil des Gases eingefangen und verkauft statt abgefackelt wird und alle anderen Lecks abgefackelt werden. Der Beitrag zu den globalen CO₂-Emissionen beträgt weniger als ein Prozent.“

„Der fortlaufende Ersatz fossiler Energieträger und mittelfristig ein Verbot für die Verbrennung von Kohle, Erdgas und Öl ist die beste Strategie, um die globale Klimaerhitzung zu verlangsamen und ihre katastrophalen Folgen zu begrenzen. Zusätzliche Nutzen einer fossil-freien Zukunft sind eine verminderte Luftverschmutzung und ein Rückgang der damit verknüpften Todesfälle und Krankheiten. Eine dezentrale Energieproduktion wirkt nach der Forschung weltweit konfliktmindernd. Der Einsatz von einheimischen erneuerbaren Energien und Effizienzsteigerungen beim Energieverbrauch verringern zudem geostrategische Abhängigkeiten, die Abhängigkeit von Unrechtsregimen und Potentaten. Einheimische Energieträger stärken die nationale Versorgungssicherheit und vermindern das Risiko von Preisschocks auf dem Energiemarkt, welche die breite Bevölkerung treffen.“

Prof. Dr. em. Martin Heimann

ehemal. Direktor Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena, und Gastwissenschaftler in der Abteilung Atmospheric Science, Institut für Physik, Universität Helsinki, Finnland

„Mehrere Arbeiten in jüngster Zeit weisen darauf hin, dass die Methanemissionen aus dem Energiesektor – aus Leckagen bei der Gewinnung, der Verteilung und dem Verbrauch von fossilen Brennstoffen, insbesondere beim Erdgas – höher sind als in internationalen Datenbanken berichtet. Die Autoren weisen in ihrer Studie überzeugend auf eine mögliche Fehlerquelle hin, dass nämlich beim Abfackeln von unerwünschtem Erdgas – vor allem bei der Erdölgewinnung –, ein wesentlich höherer Anteil (circa neun Prozent) des Methans in die Atmosphäre entweicht als bisher von der Energieindustrie angenommen (circa zwei Prozent). Dieser Befund basiert auf systematischen Flugzeugmessungen an Hunderten von Flaring-Stellen in verschiedenen Erdölfeldern der USA. Die Messungen der Autoren zeigen auch, dass aus Abfackelungsbrennern, bei welchen das Feuer ausgegangen ist, beträchtliche Mengen Methan freigesetzt werden.“

„Rechnet man die Methanemissionen aus ineffizentem Flaring für die USA hoch, dann sind es etwa sieben Prozent der Gesamtemissionen aus dem Energiesektor der USA. Nimmt man eine vergleichbare Ineffizienz beim Flaring weltweit an, so schätzen die Autoren einen globalen Beitrag von etwa acht Teragramm Methan pro Jahr aus dieser Quelle. Dies entspricht ebenfalls etwa sieben Prozent der globalen Methanemissionen aus dem Energiesektor oder etwa 2,2 Prozent der globalen anthropogenen Methanemissionen. Etwa ein Zehntel davon dürfte aus absichtlichem Venting von Gas, beziehungsweise von ausgegangenen Abfackelungsbrennern stammen. Das beim Flaring durch Verbrennung entstehende CO₂ entspricht etwas weniger als ein Prozent der globalen anthropogenen CO₂-Emissionen.“„Insgesamt sind diese Emissionen nicht besonders groß, aber – da technisch eigentlich beherrschbar – ein relevanter Baustein für Strategien zur Reduktion der Emissionen von Methan und Kohlendioxid.“

Auf die Frage, inwieweit sich die Ergebnisse auf andere Länder übertragen lassen:
„Die Ineffizienz der Verbrennung von Erdgas beim Flaring hängt von vielen vor allem technischen Faktoren ab. Daher sind die Ergebnisse aus den USA streng genommen nicht weltweit übertragbar. Dennoch dürfte die Effizienz weltweit kaum besser sein. Die Internationale Energieagentur (IEA) hat bei der Berechnung ihrer Emissionsinventare bereits die Effizienz der Methanverbrennung beim Flaring auf 92 Prozent gesenkt [1], unabhängig von dieser neuen empirischen Studie.“

Auf die Fragen, wie sich die Methan- und CO₂-Emissionen, die beim Flaring und Venting von Erdgas entstehen, vermeiden oder reduzieren lassen:
„Grundsätzlich ist Erdgas, welches zum Großteil aus Methan besteht, ein wertvoller Energieträger. Es müsste daher Sinn machen, Flaring technisch zu reduzieren und das Erdgas direkt zu nutzen. Wie weit dies in abgelegenen Erdölfeldern technisch und logistisch möglich ist, ist allerdings eine finanzielle Frage.“

Dr. Lena Höglund Isaksson

Wissenschaftliche Mitarbeiterin beim Forschungsprogramm Luftqualität und Treibhausgase, Internationales Institut für angewandte Systemanalyse (IIASA), Laxenburg, Österreich

„Die Methodik der Studie ist solide. Es ist sehr gut, dass wir damit eindeutige Messdaten aus den USA bekommen. Die Öl- und Gasindustrie hat lange behauptet, sie würde 100 Prozent des Begleitgases abfackeln. Jetzt wissen wir, dass dies nicht stimmt. Frühere Studien, in denen Bottom-up-Emissionen mit Top-down-Messungen der atmosphärischen Methankonzentration verglichen wurden, haben gezeigt, dass wahrscheinlich ein großer Teil des Erdölbegleitgases als Methan entweicht, ohne abgefackelt zu werden, und somit viel höhere Methanemissionen verursacht als von der Industrie angegeben. Die aktuelle Studie leistet einen wichtigen Beitrag, indem sie bestätigt, dass Methan aus ineffizienten und nicht angezündeten Gasfackeln (,unlit flares‘) ein wichtiger Grund für die in der Erfassung fehlenden Emissionen ist.“

„Aufgrund spärlicher Daten aus direkten Messungen beruhen die vorhandenen globalen Schätzungen der Methanemissionen aus ineffizienten und nicht angezündeten Gasfackeln weitgehend auf Annahmen. Diesen zufolge könnten sie bis zu zehn Prozent der gesamten anthropogenen Methanemissionen (einschließlich Energie, Landwirtschaft und Abfallquellen) ausmachen. Beim Abfackeln des Gases werden Methan und andere Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid (CO₂) oxidiert, dessen Treibhauspotenzial pro Tonne jedoch 30-Mal geringer ist als das von Methan (bei einem Betrachtungszeitraum von 100 Jahren, betrachtet man einen Zeitraum von 20 Jahren, so ist das Treibhauspotenzial von CO₂ 80-Mal geringer [I]; Anm. d. Red.). Durch das Abfackeln wird also der größte Teil der wärmenden Wirkung des Gases beseitigt. Gleichzeitig werden beim Abfackeln große Mengen an schwarzem Kohlenstoff (Ruß) emittiert, der ebenfalls zur Erwärmung beiträgt – insbesondere in der Arktis – sowie andere Luftschadstoffe wie Stickoxide und Schwefeldioxid, die sich lokal nachteilig auf die Gesundheit und Ökosysteme auswirken. Daher besteht die bevorzugte Lösung darin, das Gas weder abzufackeln noch freizusetzen, sondern so viel wie möglich zurückzugewinnen und zu nutzen oder Öl und Gas durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen. In den nächsten Jahrzehnten müssen wir ohnehin aus der Nutzung aller fossilen Brennstoffe aussteigen, wenn wir eine katastrophale Erderwärmung vermeiden wollen. Die höheren Methanemissionen aus dieser Quelle machen deutlich, wie dringend notwendig es ist, neben Kohlendioxid- auch Methanemissionen zu bekämpfen.“

Auf die Frage, inwieweit sich die Ergebnisse auf andere Länder übertragen lassen:
„Aus Kanada und Norwegen gibt es Hinweise darauf, dass die Gasfackeln nicht ständig in Betrieb sind, sondern entweder gar nicht angezündet werden oder regelmäßig für kürzere oder längere Zeiträume abgeschaltet werden. Dies kann zum Beispiel auf ungünstige Wind- und Wetterbedingungen, Wartungsarbeiten oder darauf zurückzuführen sein, dass der Gasfluss unterbrochen wird, weil sich die Gaszusammensetzung plötzlich ändert. Es kann dann einige Zeit dauern, bis die Betreiber die Gasfackeln wieder in Betrieb nehmen können. Es gibt auch Hinweise auf unterschiedliche Betriebspraktiken in verschiedenen Ländern, was bedeuten kann, dass die Situation in anderen Teilen der Welt viel schlimmer sein könnte. Es wäre wichtig, diese Art von Messungen in anderen Öl- und Gasförderregionen durchzuführen, um gesicherte Erkenntnisse zu erhalten.“

Auf die Fragen, wie sich die Methan- und CO₂-Emissionen, die beim Flaring und Venting von Erdgas entstehen, vermeiden oder reduzieren lassen:
„Die beste Strategie wäre, die Nutzung von Öl und Gas einzustellen. Aber die zweitbeste, die für die nächsten Jahre relevant ist, wäre die Maximierung der Rückgewinnung von Begleitgas. Norwegen gewinnt etwa 99 Prozent zurück, es ist also möglich. Dadurch werden sowohl das Abfackeln als auch die Freisetzung von Methan durch nicht angezündete Gasfackeln vermieden. Außerdem braucht es eine genaue Kontrolle der unerwarteten Abschaltungen von Gasfackeln.“

Auf die Frage, ob es bereits sichtbare Initiativen zur Verbesserung der Flaring- und Venting-Praktiken als Reaktion auf den Global Methane Pledge von 2021 gibt:
„Die Weltbank führt seit mehr als zehn Jahren eine globale Initiative zur Verringerung des Flaring durch, hat diese jedoch erst kürzlich mit der Forderung verbunden, auch das Venting von Methan, etwa durch nicht angezündete Gasfackeln, zu verringern. Es besteht die Hoffnung, dass der Global Methane Pledge vom letzten Jahr neue und strenge Vorschriften für den Umgang mit Erdölbegleitgas vorantreiben wird, aber bis jetzt haben wir noch keine konkreten Maßnahmen gesehen. Man muss sich jedoch darüber im Klaren sein, dass die Öl- und Gasindustrie diese Emissionen nicht freiwillig beseitigen wird, da die Gewinnspannen für Investitionen in die Förderung von mehr Öl und Gas sehr viel höher sind als die Gewinnspannen für die Rückgewinnung dieses Gases. Es wird also nichts passieren, solange wir keine strengen Vorschriften haben.“

Prof. Dr. Stefan Lechtenböhmer

Abteilungsleiter Zukünftige Energie- und Industriesysteme, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH, Wuppertal

„Die Studie beschäftigt sich mit der Praxis der Ölindustrie – sowie in Teilen auch der Gasindustrie – an Öl- oder Gasfeldern, aber auch an Aufbereitungsanlagen vorhandenes nicht nutzbares Gas über Fackeln zu verbrennen. Diese Praxis ist gut bekannt. Bisher wurde in der Emissionsberichterstattung – laut der Autoren – davon ausgegangen, dass diese Fackeln das Gas, das überwiegend aus Methan (CH₄) besteht, zu 98 Prozent verbrennen. Das heißt, dass überwiegend Kohlendioxid (CO₂) aber kaum CH₄ emittiert wird. Durch die Verbrennung verringern sich die Treibhausgas-Emissionen etwa um den Faktor 15. Der Anteil 98 Prozent entspricht der Tier2 Methode der IPCC Good Practise Guidelines von 2019.“

„Die Studie hat vor allem anhand von Messungen aus Flugzeugen für die drei größten Ölfördergebiete der USA genauer abgeschätzt, wie hoch die Emissionen tatsächlich sind. Dabei, sowie bei Überprüfungen vom Boden aus, wurde festgestellt, dass etwa vier Prozent der Fackeln nicht brannten, das heißt, methanreiches Gas wurde unverbrannt emittiert. Die Luftmessungen legen zudem nahe, dass bei den funktionierenden Fackeln nur etwa 94 Prozent – und nicht 98 Prozent – des Gases wirklich verbrannt wurden. Zusammen ergeben beide Effekte – die schlechtere Effizienz der Fackeln und der Anteil an nicht brennenden Fackeln – eine effektive CH₄-Verbrennungsrate von etwa 92 Prozent. Das heißt, statt rund zwei Prozent wird etwa acht Prozent, also rund viermal mehr CH₄ emittiert. Hochgerechnet auf die US-amerikanische Öl- und Gasförderung kommt so eine Menge von rund 600.000 Tonnen CH₄ im Jahr – oder rund 16 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent zusammen (gerechnet mit dem Faktor 28 bezogen auf 100 Jahre).“

„Die Methodik der Studie erscheint sehr gründlich und valide und es gibt wenig Gründe, die Ergebnisse anzuzweifeln. Allerdings finden die Autoren heraus, dass ein großer Teil der von ihnen entdeckten Emissionen nur auf einen sehr kleinen Teil der Fackeln zurückzuführen sind. Sie haben hierfür keinen Erklärungsansatz und empfehlen nähere – beispielsweise bodengestützte – Untersuchungen.“

„Die Autoren geben an, dass Flaring nach ihrer Schätzung etwa vier bis zehn Prozent der CH₄-Emissionen des Öl- und Gassektors der USA ausmacht, die von der US-Regierung für 2020 mit circa neun Millionen Tonnen (beziehungsweise circa 220 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent) beziffert werden.“

„Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt auf der Basis einer ähnlichen effektiven Verbrennungsrate von 92 Prozent die globalen CH₄-Emissionen aus dem Öl- und Gassektor auf rund acht Millionen Tonnen pro Jahr [1]. Das wären gut 200 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent (oder mehr), was in der Größenordnung zwischen den Treibhausgas-Emissionen der Niederlande und Spaniens liegt.“

Auf die Frage, inwieweit sich die Ergebnisse auf andere Länder übertragen lassen:
„Das ist schwer einzuschätzen. Grundsätzlich ist die Praxis international ähnlich. Die Autoren vermuten, dass es Länder mit strengeren Regulierungen gibt, in denen die Situation besser aussieht und solche, in denen es gegebenenfalls noch schlechter aussieht.“

Auf die Fragen, wie sich die Methan- und CO₂-Emissionen, die beim Flaring und Venting von Erdgas entstehen, vermeiden oder reduzieren lassen:
„Die beste Strategie wäre, weniger Öl und Gas zu fördern. Hierdurch würde der Anfall von Flaring aber auch von anderen CH₄-Emissionen aus diesen Industrien auch zurückgehen.“

„Kurzfristig könnte aber auch eine stärkere Kontrolle der Fackeln wirksam werden. Es ist zu vermuten, dass durch bessere Betriebsführung und eine verbesserte technische Auslegung der Fackeln hier ein Betrieb nahe der bisher angenommenen Effizienz von 98 Prozent möglich ist.“

„Schließlich könnte das Gas statt abgefackelt zu werden auch aufgefangen werden und vor Ort oder über Erdgasnetze genutzt werden. Hierdurch würde anderes Erdgas eingespart werden können. Meist ist dies aber aus Kostengründen oder weil die Produktionsstätten zu weit von Verbrauchspunkten entfernt liegen nicht, beziehungsweise ist nur schwer möglich.“

Auf die Frage, ob es bereits sichtbare Initiativen zur Verbesserung der Flaring- und Venting-Praktiken als Reaktion auf den Global Methane Pledge von 2021 gibt:
„Ich vermute es, konkrete Initiativen sind mir aber nicht bekannt. Allerdings hat die EU bereits ihre entsprechenden Regulierungen angepasst und weitere Schritte angekündigt. Hierdurch sind insgesamt auch konkrete Aktionen zur CH₄-Vermeidung zu erwarten.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Fortunat Joos: „Ich habe keine Interessenkonflikte.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Plant G et al. (2022): Inefficient and unlit natural gas flares both emit large quantities of methane. Science. DOI: 10.1126/science.abq0385.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Internationle Energiagentur (2022): Flaring Emissions.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[I] Saunois M et al (2020): The Global Methane Budget 2000-2017. Earth System Science Data. DOI: 10.5194/essd-12-1561-2020.

[II] IPCC (2021): Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
Tabelle 7.15 vergleicht das Treibhauspotenzial verschiedener Treibhausgase mit dem von Kohlendioxid (CO₂), jeweils über einen Betrachtungszeitraum von 20 und 100 Jahren.

[III] International Energy Agency (2020): Methane Tracker 2020. Bericht der International Energy Agency.

[IV] Science Media Center (2021): Strategien zum Verringern von Methanemissionen. Stand: 25.11.2021.