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19.02.2020

Natürliche Methan-Emissionen geringer als bisher angenommen

Anlass

Die natürlichen Methan-Emissionen aus geologischen Quellen waren in der Vergangenheit deutlich geringer als bisher angenommen. Zu diesem Ergebnis sind die Autoren um Benjamin Hmiel von der University of Rochester in ihrer aktuellen Studie gekommen und schließen, dass die vom Menschen verursachten Emissionen des Treibhausgases durch das Nutzen fossiler Energieträger 25 bis 40 Prozent höher ausfallen als bisher angenommen.

Methan(CH4)ist ein sehr wirksames Treibhausgas und seine Emissionen spielen eine wichtige Rolle bei der globalen Erwärmung. Diese stammen sowohl aus natürlichen Prozessen – vulkanische Aktivitäten, Sümpfe, Permafrostböden – als auch aus vom Menschen gemachten Quellen, etwa der Nutzung fossiler Energieträger, Viehzucht, Reisanbau oder Verbrennung von Biomasse. Die Konzentration des Gases in der Atmosphäre ist von vorindustriell 694 ppb (Parts per Billion, zu Deutsch „Teile pro Milliarde“) auf 1.859 ppb im Jahr 2017 angestiegen. Bisherige Erhebung gingen davon aus, dass die anthropogen verursachten Emissionen zu fast einem Drittel aus dem Gewinnung, Transport und Nutzen fossiler Energieträger stammen.

Nach fast einem Jahrzehnt Jahre mit stabiler Methan-Konzentrationen in der Atmosphäre seit Mitte der 1990er Jahre steigen diese seit 2007 wieder an und seit 2014 noch einmal besonders stark. Die Ursachen für die Pause und den darauffolgenden Anstieg sind noch nicht verstanden [a]. Der 1,5-Grad-Sonderbericht des Weltklimarates IPPC zeigt auf, dass die Methan-Emissionen bis zum Jahr 2050 um 35 Prozent geringer ausfallen müssen – im Vergleich zu den Emissionen im Jahr 2010 – wenn das 1,5-Grad-Ziel erreichbar bleiben soll.

Die Autoren dieser Studie haben nun Eisbohrkerne aus Grönland und der Antarktis untersucht. Sie bestimmten darin den Anteil des Kohlenstoff-Isotops 14-C im gefundenen Methan. Diese Variante des Elements findet sich in biogenen Quellen – also etwa in Emissionen aus Sümpfen und aus der natürlichen oder menschlichen Verbrennung von Biomasse – kommt aber nicht in fossilen Quellen vor. Bisherige Studien bezifferten die Menge des natürlichen, von geologischen Quellen emittierten Methans auf 40 bis 60 Teragramm (also 40 bis 60 Millionen Tonnen) pro Jahr. Die Analyse der Eisbohrkerne nun korrigiert diesen Wert um eine Zehnerpotenz nach unten: Die natürlichen geologische Emissionen lagen vorindustriell bei lediglich 1,6 Teragramm pro Jahr, bei einem Maximalwert von 5,4 Teragramm. Die Wissenschaftler schließen daraus, dass die durch menschliche Aktivitäten verursachten Methan-Emissionen aus fossilen Quellen um 38 bis 58 Teragramm pro Jahr und damit um 25 bis 40 Prozent unterschätzt wurden. Die Autoren verweisen abschließend darauf, dass somit beinahe die Hälfte der menschengemachten Methan-Emissionen durch die Nutzung fossiler Energieträger entstehen und nicht nur ein Drittel.

Die Studie wurde im Fachjournal „Nature“ (siehe Primärquelle) veröffentlicht.

 

Übersicht

     

  • Dr. Thomas Kleinen, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Wechselwirkung Klima-Biogeosphäre, Abteilung Land im Erdsystem, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
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  • Prof. Dr. em. Martin Heimann, ehemaliger Direktor der Abteilung Biogeochemische Systeme, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena und Research Director, Division of Atmospheric Sciences, Department of Physics, Universität Helsinki, Finnland
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  • Dr. Lena Höglund Isaksson, wissenschaftliche Mitarbeiterin beim Forschungsprogramm Luftqualität und Treibhausgase, Internationales Institut für angewandte Systemanalyse (IIASA), Laxenburg, Österreich
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  • PD Dr. Ralf Sussmann, Leiter der Arbeitsgruppe Atmospheric Variability and Trends, stellvertretender Abteilungsleiter Regionale Klimasysteme, Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), Karlsruher Institut für Technology (KIT), Garmisch-Partenkirchen
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  • Dr. Hinrich Schaefer, Leiter der Arbeitsgruppe Atmospheric Emissions, Abteilung Atmosphere, National Institute of Water & Atmospheric Research Ltd (NIWA), Wellington, Neuseeland
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  • Prof. Dr. Thomas Röckmann, Leiter der Abteilung für Physik und Chemie der Atmosphäre, Institut für Meeres- und Atmosphärenforschung, Department für Physik, Naturwissenschaftliche Fakultät, Universität Utrecht, Niederlande
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Statements

Dr. Thomas Kleinen

wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Wechselwirkung Klima-Biogeosphäre, Abteilung Land im Erdsystem, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg

„Bei Betrachtungen der globalen Methan-Bilanz [1] fällt sofort ins Auge, dass es größere Diskrepanzen in der Bilanz gibt, je nachdem, wie sie erstellt wird. Die Bottom-Up-Bilanz – also die Bilanz, zu der man kommt, wenn man alle Quellen und Senken separat betrachtet und am Ende alle Komponenten aufsummiert – zeigt deutlich größere Werte, als die Top-Down-Bilanz, also die Bilanz, die man erhält, wenn man die atmosphärische Methankonzentration als Anfangspunkt wählt und aus dieser zurückrechnet, welchen Beitrag die einzelnen Komponenten leisten müssten. Idealerweise sollten beide Herangehensweisen aber zu identischen Werten kommen. Die aktuelle Studie von Hmiel und Kollegen liefert einen entscheidenden Beitrag dazu, diese Lücke zu schließen.“

„Die Autoren der aktuellen Studie betrachten die natürlichen Methan-Emissionen aus geologischen Quellen, also Emissionen, die über Vulkane und Erdspalten aus dem Erdinneren in die Atmosphäre kommen. Diese machen – egal wessen Zahlen man glaubt – nur einen kleinen Teil der gesamten Emissionen aus, sind aber eine der größten Diskrepanzen zwischen der Top-Down- und der Bottom-Up-Bilanz. Hmiel und Kollegen untersuchen dabei das Kohlenstoffisotop 14 (C-14) in Methan, das kurz vor der industriellen Revolution im Eis Grönlands und der Antarktis eingeschlossen wurde. Dieses Kohlenstoff-Isotop ermöglicht eine Altersbestimmung, wann der Kohlenstoff, aus dem das Methan entstand, gebildet wurde, da C-14 radioaktiv zerfällt. Während aktuell gebildetes Methan immer signifikante Mengen an C-14 enthält, enthält Methan, das aus ‚alten‘ Quellen stammt, kein C-14 mehr. ‚Alte‘ Quellen sind dabei das Methan aus geologischen Quellen und Methan, das bei der Förderung fossiler Brennstoffe freigesetzt wird.“

„Auf diesem Weg konnten die Autoren den Anteil des Methans aus ‚alten‘ Quellen kurz vor der industriellen Revolution bestimmen. Sie kamen dabei auf Mengen, die deutlich geringer sind, als die aktuellen Abschätzungen der geologischen Emissionen von Methan in der Bottom-Up-Methan-Bilanz. Da wir den Anteil des ‚alten‘ Methans, der aktuell in der Atmosphäre ist, recht gut abschätzen können, bedeutet ein reduzierter Anteil geologischer Emissionen automatisch einen höheren Anteil von Emissionen aus der Förderung fossiler Brennstoffe.“

„Die Unsicherheit bei der Bestimmung von Methan-Emissionen aus geologischen Quellen im Bottom-Up-Verfahren ist sehr hoch, da es sich um sehr viele, weit verstreute Quellen handelt, von denen jede einzelne nur kleine Mengen freisetzt. Aus Einzelmessungen, die nur Stichproben darstellen können, wird dann zusammen mit einer Abschätzung der Anzahl und Lage der Quellen eine Emissionskarte erstellt, und aus dieser Emissionskarte werden im Anschluss die Gesamtemissionen bestimmt. Durch die Methodik bedingt, ist die Unsicherheit einer derartigen Abschätzung notwendigerweise recht hoch. Die Unsicherheiten in der Studie von Hmiel und Kollegen sind immer noch hoch, aber insgesamt als deutlich geringer als bisher einzuschätzen.“

„Für den Klimaschutz ist dies eine gute Nachricht. Die Emissionen von Methan, das aus menschlichen Quellen stammt, können wir Menschen reduzieren, so schwer es uns auch fallen mag. Wenn das Methan dagegen aus geologischen Quellen stammte – wie bislang angenommen – hätten wir keinen Einfluss darauf und müssten an anderer Stelle um so mehr reduzieren.“

Prof. Dr. em. Martin Heimann

ehemaliger Direktor der Abteilung Biogeochemische Systeme, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena und Research Director, Division of Atmospheric Sciences, Department of Physics, Universität Helsinki, Finnland

„Da Methan aus geologischen Quellen keinen Radiokohlenstoff enthält (also keine Kohlenstoff-Isotope, die radioaktiv zerfallen, wie etwa Kohlenstoff-14, das eine Halbwertszeit von 5.730 Jahren hat; Anm. d. Red.), lässt sich im Prinzip aus atmosphärischen Radiokohlenstoffmessungen am Methan der Anteil der fossilen Methan-Emissionen bestimmen. Da aus den vergangenen Atomwaffentests und aus der Nuklearindustrie ebenfalls Radiokohlenstoff in die Atmosphäre gelangt, funktioniert diese Methode heute nur bedingt. Den Forschern dieser Studie ist es nun gelungen, den Radiokohlenstoffgehalt des Methans aus in Eiskernen gespeicherter Atmosphärenluft aus der Zeit vor der industriellen Revolution zu bestimmen. Die Messungen zeigen überraschend geringe globale natürliche geologische Emissionen – zum Beispiel aus Vulkanismus) – weit weniger als die heute vorliegenden Abschätzungen aus Hochrechnungen von Einzelmessungen. Wenn aber die natürlichen Emissionen derart gering sind, dann bedeutet dies, dass die anthropogenen Emissionen von Methan aus Förderung und Vertrieb fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) um 20 bis 30 Prozent höher sind als bisher angenommen.“

„Aus Studien über den Abbau des Methans kennen wir zwar die globale Summe der Methan-Quellen. Die relativen Beiträge der verschiedenen Methan-Emissionsprozesse sind jedoch ziemlich unsicher. Die neue Studie zeigt eindrücklich einmal mehr, dass die in den letzten Jahren publizierten Synthesen über die globalen Methan-Emissionen zu optimistisch waren, das heißt, dass deren geschätzten Beitragswerte zu kleine Fehlerbalken aufwiesen.“

Auf die Frage, inwiefern die aktuelle Studie die bestehende Erkenntnislücke [a] bezüglich der Gründe für den massiven Anstieg der Methan-Emissionen seit 2007 schließen kann:
„Da die Methan-Radiokohlenstoffanalyse für die Messung relativ große Probenmengen benötigt, kann das benutzte Verfahren nur Durchschnittswerte über ein bis zwei Dekaden liefern. Daher liefert die Studie keine neuen Erkenntnisse über die Zunahme der Methanemissionen seit 2007.“

Auf die Frage, inwiefern die im 1,5-Grad-Sonderbericht des IPCC bis 2050 als notwendig beschriebene Verringerung der Methan-Emissionen um 35 Prozent mit den Erkenntnissen dieser Studie eine noch größere Herausforderung darstellen:
„Wenn die globalen Methan-Emissionen aus fossilen Quellen 20 bis 30 Prozent höher sind als bisher bekannt, dann bedeutet dies in erster Linie, dass das Potenzial zur Vermeidung von Methan-Emissionen im Energiesektor größer ist als bisher angenommen. Im Gegensatz zu anthropogenen biologischen Methan-Quellen – zum Beispiel aus der Landwirtschaft, Viehzucht, Deponien, Vegetationsfeuern und so weiter – lassen sich Methan-Emissionen aus dem Energiesektor – Leckagen aus Bergbau, Öl- und Gasförderung, Gaspipelines, Gas-Verteilungsnetzwerken und so weiter – einfacher durch technische Maßnahmen reduzieren.“

Dr. Lena Höglund Isaksson

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

„Ich sehe diesen Artikel als einen wichtigen Beitrag zur laufenden Arbeit, das Verständnis von Methan-Quellen zu verbessern. Diese Arbeit ähnelt ein wenig der Arbeit von Detektiven, die versuchen, die verschiedenen Puzzleteile zusammenzufügen, um ein (Kriminal-)Rätsel zu lösen. Jede neue Information ist wertvoll, da am Ende alles zusammenpassen muss, damit die in der Atmosphäre gefundene Methan-Konzentration durch die verschiedenen Quellen am Boden erklärt werden kann. Je mehr Informationen gesammelt werden und je besser die Methoden und Technologien zur Messung der Emissionen aus den einzelnen Quellen am Boden werden, desto detaillierter kann die wissenschaftliche Gemeinschaft wahrscheinlich die Zuordnung der Methan-Emissionen vornehmen. Eine gezielte Minderung von Methan kann erst dann erfolgen, wenn wir die Quellen identifiziert haben.”

„Bisher war man sich einig, dass anthropogene Quellen zu etwa 60 Prozent und natürliche Quellen zu etwa 40 Prozent zur gemessenen Methan-Konzentration in der Atmosphäre beitragen. Diese Studie stellt diese gemeinsame Schlussfolgerung in Frage, zumindest für den Beitrag der fossilen Methan-Quellen. Sie legt nahe, dass die natürlichen Quellen für fossiles Methan bisher überbewertet wurden, was zwangsläufig bedeutet, dass die anthropogenen Quellen für fossile Emissionen unterbewertet wurden. Dass die anthropogenen fossilen Emissionen in früheren Bottom-up-Inventaren unterbewertet wurden, war bereits früher in der Diskussion [2][3].“

„Was aber fehlte, war eine Erklärung, wie und warum die natürlichen fossilen Emissionen dann überbewertet worden wären. Diese Studie bietet zwei mögliche Erklärungen dafür. Erstens: Die Methode, Kohlenstoff-14 in Methan zur Unterscheidung zwischen fossilem und biogenem Methan zu verwenden, kann durch direktes 14-C-Methan aus Kernreaktoren verzerrt werden. Und zweitens: Bottom-up-Inventare von natürlichen fossilen Methan-Quellen könnten Methoden verwendet haben, die nicht robust genug waren, was zu einer Überschätzung der Emissionen führte.“

„Diese Studie legt nahe, dass die anthropogenen fossilen Emissionen erheblich höher sind – um 33 bis 55 Prozent, bei 177 ± 37 Teragramm Methan – als in den bestehenden Bottom-up-Inventaren. Das GAINS-Inventar, für das ich verantwortlich bin, schätzt zum Beispiel die anthropogenen fossilen Methan-Emissionen im Jahr 2015 auf etwa 130 Teragramm Methan [4].“

„Die Frage ist nun: Was sind die wahrscheinlichsten Verursacher höherer fossiler Emissionen? Basierend auf den GAINS-Schätzungen würde ich die folgenden drei Erklärungen vorschlagen: Zum einen könnten die Emissionen aus der schnell wachsenden unkonventionellen Gasproduktion in Nordamerika unterschätzt worden sein. Obwohl die Industrie sagt, dass sie über die Technologie zur Kontrolle der Emissionen verfügt, scheint es häufig Entlüftungsvorgänge zu geben, bei denen massive Emissionen frei werden. Darüber hinaus könnte der Anstieg der Emissionen aus dem Kohlebergbau außerhalb Chinas – zum Beispiel in Indonesien – übersehen worden sein. Und dann könnte zusätzlich auch mehr Erdölbegleitgas abgelassen worden sein, als in den bestehenden Verzeichnissen gemeldet oder angenommen wurde.“

Auf die Frage, ob es bisher möglich schien, dass die in den älteren Studien ermittelten 40 bis 60 Tg Methan aus natürlichen fossilen Quellen den tatsächlichen Betrag massiv überschätzen:
„Die Autoren schätzen 1,6 Tg (maximal 5,4 Tg) fossiles Methan aus Sickerwasser- und Schlammvulkanen statt 40 bis 60 Tg. Im Allgemeinen würde ich daraus schließen, dass Bottom-up-Schätzungen für natürliche Emissionen unsicherer sind als für anthropogene Emissionen. Ich denke, das ist nicht überraschend, da die Schätzungen große geographische Gebiete abdecken und vorzugsweise über einen langen Zeitraum gemessen werden müssen, um repräsentative Durchschnittsschätzungen pro Jahr zu erhalten. Bislang gibt es keine Technologie, die mit vertretbarem Kostenaufwand Methan-Emissionen kontinuierlich über breite räumliche und zeitliche Skalen messen kann [5]. Selbst für einen Experten für Schlammvulkane ist es wahrscheinlich immer noch sehr schwierig, zu beurteilen, wie viele aktive Schlammvulkane es zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Welt gibt, und dann zu beurteilen, wie viel Methan sie alle zusammen ausstoßen! Bei den anthropogenen Emissionen gibt es zumindest eine Menge Statistiken über menschliche Aktivitäten, die ihre Schätzungen einschränken können. So würde zum Beispiel die Schätzung von Methan aus der Gewinnung und Nutzung fossiler Brennstoffe normalerweise von Statistiken über die Öl-/Gas- und Kohleproduktion ausgehen und länderspezifische Informationen hinzufügen, die geologische und verwaltungstechnische Unterschiede bei den Faktoren widerspiegeln, die die Emissionen beeinflussen.“

Auf die Frage, inwiefern die aktuelle Studie die bestehende Erkenntnislücke [a] bezüglich der Gründe für den massiven Anstieg der Methan-Emissionen seit 2007 schließen kann:
„Die ‚Perspectives‘ von 2019 in Science [a] gibt einen guten Überblick über die Schwierigkeiten, die mit der Erklärung der Methan-Konzentration in der Atmosphäre verbunden sind. Die gemessene Konzentration ist das Ergebnis komplexer chemischer Reaktionen zwischen Emissionen und Senken, die auch das Gleichgewicht in der Prävalenz verschiedener Methan-Isotope beeinflussen. Ich denke, das neue Papier ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, das Rätsel der zunehmenden Methan-Emissionen zu lösen. Es ist jedoch noch zu früh zu sagen, ob die Autoren der aktuellen Studie mit all ihren Schlussfolgerungen über die sehr niedrigen natürlichen Emissionen von fossilem Methan richtig liegen. Wir werden sicherlich in naher Zukunft weitere Studien sehen, die diese Schlussfolgerung verifizieren werden. Es gilt zu bedenken, dass all diese Studien nur auf globaler Ebene durchgeführt werden und dass es sehr schwierig ist, eine ähnliche Analyse auf regionaler Ebene durchzuführen, da sich die Methan-Emissionen nach der Freisetzung aus einer Quelle in der globalen Atmosphäre schnell vermischen. Dieser globale Einblick muss durch regionale Bottom-up-Inventare ergänzt werden, damit die Methan-Emissionen bestimmten menschlichen Aktivitäten zugeordnet werden können, die durch gezielte Minderungsbemühungen angegangen werden können.“

Auf die Frage, inwiefern die im 1,5-Grad-Sonderbericht des IPCC bis 2050 als notwendig beschriebene Verringerung der Methan-Emissionen um 35 Prozent mit den Erkenntnissen dieser Studie eine noch größere Herausforderung darstellen:
„Ja, die Gesamtemissionen von Methan müssen von 2010 bis 2050 um mindestens 35 Prozent sinken. Aber nur gegen die anthropogenen Emissionen können wir Menschen wirklich etwas tun. In dieser Hinsicht ist es vielleicht eine positive Sache, wenn es stimmt, dass mehr Emissionen auf anthropogene Aktivitäten zurückgeführt werden sollten, wie die Autoren der neuen Studie schlussfolgern. Dies sind die Emissionen, die wir Menschen tatsächlich durch gezielte Anstrengungen kontrollieren können. Zum Beispiel durch das Dekarbonisieren der Energiesysteme und durch eine enge Kontrolle der flüchtigen Emissionen aus Gasverlusten. Daher betont diese neue Studie noch mehr, wie absolut wichtig es ist, die Nutzung fossiler Brennstoffe auslaufen zu lassen und auf erneuerbare Energiequellen umzusteigen – global und in den nächsten zehn Jahren!“

„Es darf nicht vergessen werden: Wenn die Erwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzt werden soll, dann bietet der Kohlenstoffhaushalt kein weiteres Budget für die weitere Nutzung fossiler Brennstoffe, einschließlich Erdgas. Auch in Zukunft werden bei der Nahrungsmittelproduktion weiterhin Treibhausgase – Methan und Lachgas – ausgestoßen werden. Um einen Temperaturanstieg zu vermeiden, müssen diese Emissionen durch Kohlenstoffsenken ausgeglichen werden, zum Beispiel durch die Anpflanzung von Wäldern und die Kohlenstoffbindung der Böden. Der Spielraum für Kompensationen ist jedoch begrenzt und reicht nicht aus, um die Emissionen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe auszugleichen.“

PD Dr. Ralf Sussmann

Leiter der Arbeitsgruppe Atmospheric Variability and Trends, stellvertretender Abteilungsleiter Regionale Klimasysteme, Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), Karlsruher Institut für Technology (KIT), Garmisch-Partenkirchen

„Das globale Gesamtbudget der Methan-Emissionen ist relativ genau bekannt, nicht jedoch die Zuordnung zu den verschiedenen Quellkategorien, zum Beispiel biogen (Landwirtschaft), fossil (Kohle-, Öl- und Gasförderung), anthropogen, natürlich und so weiter. Wissen über die quantitative Quellzuordnung ist jedoch Voraussetzung für die gezielte Entwicklung von Emissions-Minderungsmaßnamen.“

„Die vorliegende Studie nutzt erstmalig die Quantifizierung des Kohlenstoff-14-Isotops in Methan (14CH4) an vorindustriellen Methan-Lufteinschlüssen, um damit die Stärke der natürlichen fossilen Emissionen aus geologischen Quellen zu quantifizieren. Die 14CH4-Methode ist perfekt spezifisch, weil Kohlenstoff-14 in fossilen Methan-Quellen aufgrund der Alterung komplett zerfallen ist und diese damit einfach von biogenen, Kohlenstoff-14-haltigen Quellen zu unterscheiden sind. Die Methode ist zudem sehr genau, weil sie direkt die atmosphärischen 14CH4-Spurengas-Hintergrundkonzentrationen vermisst (‚Top-Down-Verfahren‘): Die Methode ist daher nicht auf Emissions-Stichproben an Einzel-Quellen und deren fehlerbehaftete modellbasierte Extrapolation auf die globale Skala (‚Bottom-Up-Verfahren‘) angewiesen.“

„Die Kohenstoff-14-basierte Studie zeigt nun, dass die bisherigen Bottom-Up-Schätzungen der natürlichen fossilen Methan-Emissionen um einen Faktor zehn nach unten korrigiert werden müssen. Dies bedeutet, dass die anthropogenen fossilen Methan-Emissionen deutlich höher sind als bisher angenommen.“

„Obwohl das auf den ersten Blick eine wenig erfreuliche Erkenntnis ist, bedeutet diese jedoch im positiven Sinne, Emissionsminderungsmaßnahmen im Bereich der anthropogenen fossilen Emissionen auf jeden Fall anzustreben, weil sie erfolgversprechend sind.“

Auf die Frage, ob es bisher möglich schien, dass die in den älteren Studien ermittelten 40 bis 60 Teragramm Methan aus natürlichen fossilen Quellen den tatsächlichen Betrag massiv überschätzen:
„Die Unsicherheit der älteren Studien war deutlich höher als in der neuen Studie und damit muss der gefundene Unterschied als sehr wahrscheinlich zutreffend betrachtete werden. Der Grund für die höhere Unsicherheit der früheren Studien liegt darin, dass diese auf Stichproben an Einzelquellen und deren fehlerbehaftete modellbasierte Extrapolation auf die globale Skala angewiesen waren, einem so genannten Bottom-Up-Verfahren. Demgegenüber vermisst die neue Studie direkt die atmosphärischen 14CH4-Spurengas-Hintergrundkonzentrationen (‚Top-Down-Verfahren‘) und ist damit frei von derartigen Extrapolationsfehlern.“

Dr. Hinrich Schaefer

Leiter der Arbeitsgruppe Atmospheric Emissions, Abteilung Atmosphere, National Institute of Water & Atmospheric Research Ltd (NIWA), Wellington, Neuseeland

„Die Ergebnisse wurden durch eine beeindruckende Kombination von brachialem Aufwand und analytischer Präzision ermöglicht. Für jede einzelne Messung musste das Team unter polaren Bedingungen eine Tonne Eis – also 1.000 Kilogramm – aus einem Eisschild herausarbeiten. Daraus wurde noch im Gelände so viel Luft extrahiert, wie in eine Badewanne passt. Daraus wiederum wurde ein Volumen reines Methan isoliert, das einem Wassertropfen entspricht. In dieser Probe enthält nur jedes billionste Molekül Radiokarbon Kohlenstoff-14 und das Team konnte Änderungen in diesem winzigen Gehalt mit genügend Genauigkeit messen, um daraus den Ausstoß an fossilem Methan zu berechnen.“

„Die Studie bestätigt Ergebnisse der gleichen Arbeitsgruppe zum Ende der letzten Eiszeit, sind aber aufschlussreicher für den heutigen Methan-Haushalt, weil keine Unterschiede im Klima die Befunde stören. Die Studie bestimmt direkt den natürlichen fossilen Methan-Ausstoß durch Messungen.“

Auf die Frage, ob es bisher möglich schien, dass die in den älteren Studien ermittelten 40 bis 60 Tg Methan aus natürlichen fossilen Quellen den tatsächlichen Betrag massiv überschätzen:
„Bisherige Versuche, die einzelnen Posten im Methan-Haushalt zu bestimmen, beruhten darauf, aus Konzentrationsschwankungen in der Luft die Methanquellen ‚von oben herunter‘ zu berechnen (Top-Down-Berechnungen). Dabei ist es schwer, beobachtete Schwankungen eindeutig einer Methan-Quelle zuzuschreiben. Die aktuelle Studie nutzt nun die Eleganz dieser Methode mit Radiokarbon als eindeutigem Marker für fossiles Methan. Der starke Widerspruch zu bestehenden, zwanzigfach höheren Schätzungen, deutet auf Probleme hin, wenn letztere von Punktmessungen zu globalen Werten hochgerechnet werden (Bottom-up-Verfahren). Dabei können sich kleine Fehler hochpotenzieren und zu stark verzerrten Ergebnissen führen. Der enorme Widerspruch zwischen hochgerechneten Werten und niedrigem natürlichem fossilen Methan, wie es in früheren Studien von der gleichen Arbeitsgruppe anhand von tausende Jahre alter Luft bestimmt wurde, ist ein heiß debattiertes Thema in Fachkreisen. Die neue Studie liefert hier eindeutige Ergebnisse.“

Auf die Frage, inwiefern die aktuelle Studie die bestehende Erkenntnislücke [a] bezüglich der Gründe für den massiven Anstieg der Methan-Emissionen seit 2007 schließen kann:
„Die Studie zeigt, dass die Produktion von fossilen Brennstoffen ein größerer Posten im Gesamthaushalt von Methan ist, als bisher angenommen, aber nicht, ob dieser Ausstoß in den letzten Jahren zugenommen hat. Wir können höchstens spekulieren, dass fossile Brennstoffe nun eine einfachere Erklärung für den Anstieg bieten, weil schon eine anteilmäßig kleinere Änderung in ihrem Ausstoß die Methankonzentration in die Höhe treiben kann.“

Auf die Frage, inwiefern die im 1,5-Grad-Sonderbericht des IPCC bis 2050 als notwendig beschriebene Verringerung der Methan-Emissionen um 35 Prozent mit den Erkenntnissen dieser Studie eine noch größere Herausforderung darstellen:
„Die Herausforderung ist riesig und das Ausmaß der nötigen Verringerung ändert sich nicht. Die neue Studie zeigt aber, dass wir durch die Eindämmung der Methan-Verluste bei der Produktion fossiler Brennstoffe einen stärkeren Hebel zur Verfügung haben, um Treibhausgase zu verringern als bisher angenommen. Wir müssen den Methan-Ausstoß der Industrie überprüfen und vermindern.“

„Da Methan nicht bei der Verbrennung entweicht, sondern durch Lecks in den Produktionsanlagen, kann die Industrie auch profitieren, wenn sie ihre Verluste an Erdgas – das hauptsächlich Methan besteht – verkleinert. Andererseits zeigt die Studie, dass Erdgas keine brauchbare Übergangstechnologie ist, weil die stärkere Klimawirkung des Methans die Einsparungen beim Kohlendioxid-Ausstoß – das bei der Verbrennung von Kohle statt Gas entsteht – überwiegen. Ein größerer Anteil von fossilen Brennstoffen beim menschengemachten Methan-Ausstoß bedeutet auch, dass die Verminderung von Methan-Emissionen aus der Landwirtschaft nicht ganz so kritisch ist. Das bedeutet, dass der Konflikt zwischen Bekämpfung des Klimawandels und Versorgung der Weltbevölkerung mit Reis und Milchprodukten weniger scharf ist.“

Prof. Dr. Thomas Röckmann

Leiter der Abteilung für Physik und Chemie der Atmosphäre, Institut für Meeres- und Atmosphärenforschung, Department für Physik, Naturwissenschaftliche Fakultät, Universität Utrecht, Niederlande

„Durch die Bestimmung des radioaktiven Kohlenstoffisotops 14-C können die Autoren der aktuellen Studie unterscheiden, ob Methan aus fossilem Kohlenstoff oder aus ‚modernen‘ Kohlenstoffreservoirs gebildet wurde. Das ist im Prinzip eine glasklare Methode: Fossiles Methan hat kein 14-C, modernes 14-C hat einen ‚modernen‘ 14-C-Wert. Allerdings muss noch für einige Effekte korrigiert werden, zum Beispiel für den radioaktiven Zerfall und für Produktion von 14-C im Schnee. In früheren Studien der Autoren waren diese Korrekturen groß, weil sie altes Eis untersucht hatten, aber in der neuen Studie sind die Korrekturen deutlich geringer. Sie sind noch immer die Achillesferse für die genutzte Methode, aber die Autoren haben nach heutigem Kenntnisstand die wichtigen Faktoren berücksichtigt. Die neuen Ergebnisse bestätigen frühere Ergebnisse derselben Forschungsgruppe, aber mit deutlich geringeren Fehlerbalken. Andererseits widersprechen sie Berechnungen, die aufgrund direkter Messungen der geologischen Emissionen gemacht wurden, und die von Hmiel angegebene Obergrenze ist extrem niedrig.“

„Die Publikation ist das Resultat eines faszinierenden Forschungsprojektes: Unter schwierigsten Bedingungen in der Antarktis wurden riesige Mengen an Eis gebohrt, geschmolzen und die eingeschlossene Luft extrahiert. Ungefähr eines von einer Million Luftmolekülen ist Methan, und ungefähr eines von einer Billion Methan-Moleküle enthält das 14-C-Isotop. Das heißt, es handelt sich um eine Ultra-Spurengas-Analyse. Dann müssen noch die genannten Korrekturen berücksichtigt werden. Dass man daraus Rückschlüsse über die fossilen Methan-Quellen heute ziehen kann, ist für mich eine ungemein spannende wissenschaftliche Leistung.“

Auf die Frage, ob es bisher möglich schien, dass die in den älteren Studien ermittelten 40 bis 60 Tg Methan aus natürlichen fossilen Quellen den tatsächlichen Betrag massiv überschätzen:
„Die Gesamtmenge von fossilem Methan ist durch 14-C-Messungen in der heutigen Atmosphäre relativ gut bekannt. Die Frage ist, wieviel davon durch natürliche Prozesse entweicht und wieviel durch die Produktion fossiler Brennstoffe, also menschliche Aktivität. Mehr natürliche Emissionen bedeuten weniger anthropogene und umgekehrt. Direkte Messungen an geologischen (natürlichen) Quellen haben dazu geführt, dass in den vergangenen Jahren die geschätzten Emissionen aus diesen Quellen deutlich nach oben korrigiert wurden. Die Publikation von Hmiel und Kollegen ist nun in klarem Widerspruch dazu. Aus ihren Daten folgt, dass die natürlichen Emissionen überschätzt sind. Wie kann das sein? Die globalen Schätzungen der natürlichen Emissionen beruhen auf starken Extrapolationen, und die könnten falsch sein. Kollegen, die die direkten Messungen machen, sind sehr skeptisch, aber man hat auch schon bei anderen Methan-Quellen gesehen, dass solche Extrapolationen zu großen Fehlern führen können.“

Auf die Frage, inwiefern die aktuelle Studie die bestehende Erkenntnislücke [a] bezüglich der Gründe für den massiven Anstieg der Methan-Emissionen seit 2007 schließen kann:
„Die neuen Daten von Hmiel sind weniger interessant für die Fragestellung in der ‚Perspective‘ in ‚Science‘, da es dort um Variationen auf kleineren Zeitskalen handelt – jährlichen Variationen, zum Beispiel nach 2006. Hierbei macht es relativ wenig aus, welcher Teil der fossilen Emissionen nun aus natürlichen Quellen stammt."

Auf die Frage, inwiefern die im 1,5-Grad-Sonderbericht des IPCC bis 2050 als notwendig beschriebene Verringerung der Methan-Emissionen um 35 Prozent mit den Erkenntnissen dieser Studie eine noch größere Herausforderung darstellen:
„Obwohl es wie eine größere Herausforderung klingen mag, wenn die Emissionen aus fossilen Brennstoffen noch höher sind als angenommen, ist das Gegenteil der Fall. Je größer diese anthropogenen Emissionen sind, desto höher sind auch die Möglichkeiten diese zu reduzieren! Vom Menschen verursachte Emissionen können wir viel leichter reduzieren als natürliche Emissionen, denn wir wissen präzise, wo sie stattfinden. Überall auf der Welt arbeiten momentan Wissenschaftler an Projekten, in denen wir die Methan-Emissionen messen, und das kann direkt dazu führen, sie – in Zusammenarbeit mit der Industrie – zu reduzieren.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. em. Dr. Martin Heimann: „Keine.“

PD Dr. Ralf Sussmann: „Ich habe keine Interessenkonflikte mit den Autoren der vorliegenden Studie.“

Dr. Hinrich Schaefer: „Ich habe keinen finanziellen Interessenkonflikt (etwa durch Forschungsgelder), habe aber enge professionelle Beziehungen zu den Autoren und habe an Vorläuferarbeiten der Studie mitgearbeitet.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Hmiel B et al. (2020): Preindustrial 14CH4 indicates greater anthropogenic fossil CH4 emissions. Nature. DOI: 10.1038/s41586-020-1991-8.

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Saunois M et al. (2016): The global methane budget 2000–2012. Earth Syst. Sci. Data, 8, 697–751. Doi: 10.5194/essd-8-697-2016.

[2] Schwietzke S et al. (2016): Upward revision of global fossil fuel methane emissions based on isotope database. Nature, Volume 538, 88–91. doi: 10.1038/nature19797.

[3] Höglund-Isaksson L (2017): Bottom-up simulations of methane and ethane emissions from global oil and gas systems 1980 to 2012. Environmental Research Letters, Volume 12, Number 2. doi: 10.1088/1748-9326/aa583e.

[4] Höglund-Isaksson L et al. (2017): Technical potentials and costs for reducing global anthropogenic methane emissions in the 2050 timeframe – results from the GAINS model. Environ. Res. Commun. in press. doi: 10.1088/2515-7620/ab7457.

[5] Ergänzende Erläuterung von Dr. Höglund Isaakson: „Der von der EU finanzierte Satellit TROPOMI beginnt gerade erst mit der Berichterstattung über Methan-Messungen, die über längere Zeiträume kontinuierlich gemessen wurden [6]. Dies ist ein sehr vielversprechendes Projekt, das der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine relativ kostengünstige Möglichkeit bietet, regionale Messungen von Methan über längere Zeiträume zu sammeln (anstelle von kostspieligen In-situ- und Luftkampagnen, die nur Momentaufnahmen bieten können). Es ist jedoch noch zu früh, um aus den TROPOMI-Messungen Schlussfolgerungen zu ziehen, da die Methode verfeinert und besser verstanden werden muss, bevor sie für die Zuordnung von Emissionsquellen verwendet werden kann.

[6] de Gouw JA et al. (2020): Daily Satellite Observations of Methane from Oil and Gas Production Regions in the United States. Scientific Reports volume 10, Article number: 1379. doi: 10.1038/s41598-020-57678-4.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[a] Mikaloff Fletcher SE et al. (2019): Rising methane: A new climate challenge. Science, Vol. 364, Issue 6444, pp. 932-933. doi: 10.1126/science.aax1828.

Weitere Recherchequellen

Kirschke S et al: (2013): Three decades of global methane sources and sinks. Nature Geoscience; Vol. 6, 813-823. doi: 10.1038/NGEO1955.

Webseite: Atmospheric CH4 Levels Graph. Historischer und aktueller Verlauf der atmosphärischen Methan-Konzentration.