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06.08.2020

Weltweite Methan-Emissionen auf Rekordniveau

Anlass

Die globalen Methan-Emissionen sind in den letzten Jahren auf ein Rekordhoch gestiegen. Im Jahr 2017 wurden neun Prozent mehr Methan in die Atmosphäre emittiert als durchschnittlich in den Jahren des Vergleichszeitraums von 2000 bis 2006. Die jährlichen Zuwachsraten der atmosphärischen Methankonzentration stimmen so mit Klimaszenarien überein, in denen sich die Erde bis zum Ende des Jahrhunderts um drei bis vier Grad erwärmt. Zu diesem Ergebnis kommt ein großes internationales Team, das die neuesten verfügbaren Daten für die zweite Version des Global Methane Budgets analysiert hat. Die in jüngerer Zeit immer wieder diskutierten Methan-Emissionen aus auftauendem Permafrostboden hinterlassen noch kein sichtbares Signal.

Methan (CH4) ist ein hochwirksames Treibhausgas. Seine Emissionen spielen eine wichtige Rolle bei der globalen Erwärmung. Diese stammen sowohl aus natürlichen Prozessen – vulkanische Aktivitäten, Sümpfe, Permafrostböden – als auch zu etwa 60 Prozent 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 1.875 ppb im Jahr 2019 angestiegen [a]. Nach fast einem Jahrzehnt mit stabilen Methan-Konzentrationen in der Atmosphäre seit Mitte der 1990er Jahre steigen diese seit 2007 wieder an und seit 2014 noch einmal besonders stark; aktuell mit acht bis zwölf ppb pro Jahr. Die Ursachen für die Pause und den darauffolgenden Anstieg sind noch nicht verstanden [b]. 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.
Vier Jahre nach der ersten Veröffentlichung des Global Methane Budgets ist Mitte Juli die aktualisierte Version des Assessments erschienen (siehe Primärquelle). Den größten Beitrag zu den ansteigenden Methan-Emissionen leisten Regionen in tropischen Breiten wie Brasilien, Südasien und Südostasien, gefolgt von Regionen in nördlich-mittleren Breiten wie den USA und China. Europa ist die einzige Region weltweit, in der die Methan-Emissionen rückläufig sind. Der globale Anstieg geht vor allem auf die Nutzung fossiler Brennstoffe zurück, sowie auf Emissionen aus der Landwirtschaft und den Abfallsektor.

Das Globale Methane Budget ist unter dem Dach des Projektes Global Carbon Budget [c] erarbeitet worden, das mit seiner jährlichen Ermittlung der CO2-Emissionen sowie seinen Assessments für die Treibhausgase Methan (CH4) und Lachgas (N2O) die globalen Entwicklungen der drei relevantesten Treibhausgase untersucht.

Übersicht

     

  • Prof. Dr. André Butz, Arbeitsgruppe für Atmosphärenphysik, Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg
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  • Prof. Dr. Torsten Sachs, Leiter der Arbeitsgruppe Earth-Atmosphere Interactions (TEAM), Potsdam und Junior-Professor für Atmosphärenphysik, Technische Universität Braunschweig, Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Potsdam
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  • Dr. Christina Schädel, Assistenzprofessorin im Center for Ecosystem Science and Society und Wissenschaftskoordinatorin des Permafrost Carbon Network, Northern Arizona University, Flagstaff, Arizona, USA
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  • Prof. Dr. em. Martin Heimann, ehemal. Direktor Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena
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  • Dr. Anke Roiger, Leiterin der Forschungsgruppe Treibhausgase, Abteilung Atmosphärische Spurenstoffe, Institut für Physik der Atmosphären, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Oberpfaffenhofen
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Statements

Prof. Dr. André Butz

Arbeitsgruppe für Atmosphärenphysik, Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg

„Die beiden neuen Publikationen (siehe Primärquelle; Anm. d. Red.) setzen Vorgängerstudien dahingehend fort, dass der Zeitraum der Budgetierung bis ins Jahr 2017 erfolgt und die verwendeten Methoden verfeinert werden, indem neueste Studien und Datensätze hinzugezogen werden. Die Arbeit von Jackson et al. legt sich recht eindeutig fest, dass die Zunahme der Emissionen bis 2017 – im Vergleich zum Zeitraum 2000 bis 2006 – auf Landwirtschaft, Abfall/Abwasser und Förderung/Prozessierung/Transport fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist. In der Literatur werden auch andere Beiträge diskutiert [1], so unter anderen auch aus der Variabilität der Hydroxylradikal-Senke [2] und der Feuchtgebietsquellen [3], allerdings stimmen Zeiträume zwischen einzelnen Studien nicht immer genau überein.“

Auf die Frage nach den großen Unterschieden der ermittelten Emissionen im Top-down- und im Bottom-up-Ansatz:
„Die Unterschiede zwischen den Emissionen aus dem Top-down und Bottom-up-Ansatz sind bekannt und beispielsweise auch im letzten IPCC-Bericht thematisiert. Das globale Budget wird besser von der Top-down-Schätzung repräsentiert, da diese auf Messungen der Methankonzentration in der Atmosphäre beruht. Die Konzentration und ihre Variabilität in der Hintergrund-Atmosphäre repräsentieren den Nettoeffekt aller Quellen und Senken integral und sind damit ein sehr gutes Maß für das globale Budget und globale Trends. Bei der Bottom-up-Methode müssen viele Einzelprozesse aufsummiert werden, sodass insbesondere bei den natürlichen Methan-Quellen Probleme durch Doppelzählung sowie Heterogenität und Komplexität der Prozesse auftreten.“

Auf die Frage, inwiefern der Mensch die Methan-Konzentration durch Stärkung sogenannter Senken beeinflussen kann – wie es beim CO2 etwa durch Aufforstung möglich ist – wenn doch 90 Prozent der Methan-Senke auf die atmosphärische Reaktion mit Hydroxyl-Radikalen (OH) zurückzuführen ist:
„Bei Methan geht es um die Reduktion der Emissionen. Im Vergleich zu Kohlendioxid sind aber beispielsweise die Methan-Emissionen aus der Gas- und Ölförderung zugänglicher als viele der Kohlendioxid-Emissionsquellen, deren Reduktion oft weitreichende soziale und ökonomische Abhängigkeiten hat. Bei der Gas- und Ölförderung könnten Leckagen mit überschaubarem Aufwand durch Monitoring vermieden werden, zumal oft der Großteil der Emissionen aus einzelnen großen Lecks stammt.“

Auf die Frage, inwiefern das in den Daten (noch) nicht sichtbare Signal aus auftauenden Permafrostböden künftig verstärkt auftreten wird:
„Die auftauenden Permafrostböden haben das Potenzial für substantielle Methan-Emissionen. Die Autoren schreiben, dass in den globalen und kontinentalen Budgets das Signal nicht von den generellen Emissionen der Feuchtgebiete unterscheidbar ist. Die Unterscheidung ist prinzipiell schwierig, da der Großteil der Methan-Emissionen aus Permafrostgebieten ja genau aus der Aktivierung der für Feuchtgebiete typischen mikrobiellen Prozesse stammt. Aber auch die Zahl der Messungen in Permafrostgebieten ist wegen der Unzugänglichkeit hoher Breiten recht gering. Selbst Satellitenmessungen sind dort schwierig, da diese oft die Absorption von Sonnenlicht nutzen und die Sonne typischerweise recht tief steht. Es wäre sinnvoll, alle Arten von Messungen dort zu verdichten, lange Messzeitreihen fortzusetzen [zum Beispiel 4] und intensive Messkampagnen durchzuführen [zum Beispiel 5].“

Auf die Frage, inwiefern wir in Europa die globale Entwicklung weiter beeinflussen können, wenn doch die Emissionen hier bereits sinken:
„Die berichteten Emissionen sind nur die territorialen Emissionen. Emissionen, die durch das europäische Konsumverhalten beispielsweise durch den Einkauf von fossilen Brennstoffen aus Russland oder dem mittleren Osten und Rindfleisch aus Südamerika verursacht werden, sind Europa nicht angerechnet. Insofern ist die Entwicklung hin zu leicht rückläufigen Methan-Emissionen in Europa sicher gut, aber erfasst nicht vollständig die globalen Beiträge der Europäer. Ein geändertes Konsumverhalten – beispielsweise hin zu weniger Fleisch – kann sowohl territorial als auch global wirken. Zudem gibt es auch in Europa noch viel Potenzial, direkte Methan-Emissionen beispielsweise bei der Kohle-, Gas- und Ölförderung in Osteuropa zu mindern.“

Prof. Dr. Torsten Sachs

Leiter der Arbeitsgruppe Earth-Atmosphere Interactions (TEAM), Potsdam und Junior-Professor für Atmosphärenphysik, Technische Universität Braunschweig, Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), Potsdam

„Das Global Methane Budget ist als ‚lebendes Dokument‘ konzipiert und wird in regelmäßigen Abständen aktualisiert – mit Ergebnissen neuer Studien und auch neuen Daten. Wie viel Methan in der Atmosphäre vorhanden ist, ist relativ gut messbar – wie es sich auf Quellen und Senken aufteilt und diese sich wiederum auf Regionen der Welt, ist das große Problem. Im aktuellen Budget wurden einige Quellen – zum Beispiel die natürlichen Feuchtgebiete – aufgrund neuerer Daten zu deren Ausdehnung deutlich nach unten revidiert – um 35 Teragramm pro Jahr (ein Teragramm entspricht einer Million Tonnen; Anm. d. Red.), während dafür andere Quellen wie Süßwasser-Ökosysteme – also Flüsse, Bäche, Seen – durch neue Studien nach oben korrigiert werden mussten.“

„Ebenfalls neu scheint die Einbindung von Satellitendaten bei den Top-down-Ansätzen zu sein, die aber erhebliche Probleme bei der Zuordnung von Quellen und Senken auf der regionalen Skala hatten und zum Teil im Widerspruch zu den anderen Ansätzen standen.“

„Die erheblichen Unterschiede zwischen Top-down- und Bottom-up-Ansätzen begleiten uns schon lange und waren daher zu erwarten. Ich gehe davon aus, dass die Top-down-Ansätze die Realität etwas besser beschreiben und die Bottom-up-Ansätze zur Überschätzung neigen – dies allerdings auf Grundlage meiner Erfahrung mit Messungen und deren Extrapolation. In der aktuellen Erhebung wurden primär Modelle und Datenbanken genutzt. Zu letzteren kann ich wenig sagen, von den meisten Modellen wissen wir aber, dass diese in ihren Schätzungen auch noch nicht konvergieren.“

„Bottom-up-Ansätze aus Messungen neigen erfahrungsgemäß ebenfalls zur Überschätzung. Das dürfte zum einen daran liegen, dass die lokale Messung auf einem ‚Mosaiksteinchen‘ in der Landschaft natürlich oft nicht repräsentativ für die gesamte Landschaft ist. Und je kleinräumiger diese Messungen sind, desto sicherer muss man sein, wirklich alle unterschiedlichen Mosaiksteinchen erwischt zu haben – was enorm viele Messungen erfordern würde. Je integrierender die Messung über eine größere Fläche ist, desto mehr kleinräumige Variabilität decke ich mit dem aufgenommenen Signal ab. Ein gutes Beispiel dafür, wie Methan-Emissionen nach unten revidiert müssen, wenn man größerskalig Daten erfassen kann, ist unsere im Juni 2020 erschienene Studie [6] zu Methan-Emissionen aus Seen, die unter anderem Satellitendaten und Flugzeugmessungen nutzte und im Vergleich zu früheren Publikationen basierend auf der Vermessung und Hochrechnung von Methan-Blasen im Eis zu drastisch geringeren Emissionen kam.“

„Wichtig für künftige Versionen des Methan-Budgets ist die Einbindung weltweit durchgeführter und einheitlich verarbeiteter Messungen wie sie im Fall von CO2 durch FLUXNET zur Verfügung gestellt werden [7]. An einem ‚FLUXNET-Methan‘ wird aktuell in einer globalen Initiative gearbeitet und der erste einheitliche Datensatz von 83 Messstationen wird in wenigen Monaten verfügbar sein. Damit können künftig die Modellschätzungen gegen direkte Messungen der Emissionen auf globaler Skala verglichen werden beziehungsweise Emissionskarten, die mit maschinellen Lernverfahren aus den Messungen generiert werden, als ‚prior‘ für die inverse Modellierung in den Top-down-Ansätzen genutzt werden.“

Auf die Frage, inwiefern der Mensch die Methan-Konzentration durch Stärkung sogenannter Senken beeinflussen kann – wie es beim CO2 etwa durch Aufforstung möglich ist – wenn doch 90 Prozent der Methan-Senke auf die atmosphärische Reaktion mit Hydroxyl-Radikalen (OH) zurückzuführen ist:
„Die Methan-Senken sind meines Erachtens nicht sinnvoll zu beeinflussen. Aber gerade beim Methan, das zu 60 Prozent aus anthropogenen Quellen stammt, wäre es – ausreichenden politischen und gesellschaftlichen Willen vorausgesetzt – vergleichsweise leicht, die Emissionen – also die Quellen – zu reduzieren. Mehr als die Hälfte der menschengemachten Methan-Emissionen stammen zum Beispiel aus Landwirtschaft, Müll und Abwasser. Diese könnten beispielsweise durch die Reduzierung von Massentierhaltung, eine trockene statt flüssige Lagerung/Entsorgung von Gülle, Reisanbau ohne Flutung der Felder oder mit zumindest periodischer Trockenlegung, die Reduzierung organischen Abfalls auf Mülldeponien und ähnlichen Maßnahmen sehr wirksam reduziert werden.“

Auf die Frage, inwiefern das in den Daten (noch) nicht sichtbare Signal aus auftauenden Permafrostböden künftig verstärkt auftreten wird:
„Ich halte es nach wie vor für schwer abschätzbar, welche Emissionen wir künftig aus dem Permafrost zu erwarten haben, und aus meiner eigenen Erfahrung in den Permafrost-Gebieten für eher unwahrscheinlich, dass wir eine überraschende Dynamik hin zu einer schnellen oder massiven Freisetzung von Methan sehen werden. Die bisherigen Daten – auch unsere eigenen aus Sibirien und Alaska – zeigen noch keinen Anstieg von Methan-Emissionen und überwiegend langsame Prozesse, wenn man von lokaler Thermokarstentwicklung (Reliefe, die durch Auftauen von eisreichen Permafrostböden entstehen; Anm. d. Red.) und Küstenerosion mal absieht. Man muss hier aber auch sagen, dass nach wie vor viel zu wenige Messungen – insbesondere standardisierte Langzeitbeobachtungen (Monitoring) – zur Verfügung stehen. Solche in diesen schwer zugänglichen und nur mit großen Aufwand zu untersuchenden Gegenden mit meist nur 3-jährigen Finanzierungszyklen kontinuierlich aufrecht zu erhalten, ist unglaublich schwer.“

„Die zweite Schwierigkeit ist das enge Zusammenwirken vieler verschiedener Prozesse – es funktioniert eben nicht einfach nur so, dass Erwärmung sofort zum Auftauen und Auftauen direkt zu Methan-Emissionen führt. Zur Methan-Bildung werden neben dem organischen Ausgangsmaterial auch anaerobe Bedingungen benötigt, also zum Beispiel sehr nasse Böden. Führt die Erwärmung aber zum Beispiel eher zu einer Drainage und Austrocknung der Landschaft, bildet sich kein Methan. Auch die Art der Vegetation spielt eine wichtige Rolle, vor allem beim Transport von Methan in die Atmosphäre, und auch diese ändert sich bei Erwärmung unter Umständen. Es gibt sowohl selbstverstärkende als auch hemmende Kreisläufe – positive und negative Feedbacks. Hier ist nach wie vor viel Forschungsbedarf und wenn ein erheblicher Teil der kurzen Projektlaufzeiten für die zahlreichen logistischen Herausforderungen aufgebracht werden muss, um überhaupt im Untersuchungsgebiet arbeiten zu können, kann man keine schnellen Antworten erwarten.“

Auf die Frage, inwiefern wir in Europa die globale Entwicklung weiter beeinflussen können, wenn doch die Emissionen hier bereits sinken:
„Inwiefern politische Einflussnahme auf andere Regionen aussichtsreich ist, kann ich nicht beurteilen – aber es kann nicht schaden, Vorbild zu sein und anderen zu zeigen, was man erreichen kann. Ein Wechsel von fossilen hin zu mehr regenerativen Energiequellen würde natürlich die Emissionen aus dem Energiesektor vermindern. Wenn man zeigt, dass auch ohne Kohlestrom die Lichter nicht gleich ausgehen, lassen sich andere vielleicht einfacher überzeugen. Allerdings muss man – wenn Kohle durch Gas ersetzt wird – auch dafür Sorge tragen, dass die Gas-Infrastruktur möglichst geringe Leckage-Raten aufweist, sonst ist das sauberer verbrennende Gas am Ende nicht mehr sauberer. Aktuelle Studien zeigen, dass mit entsprechenden Auflagen deutliche Reduzierungen in den Leckage-Raten zum Beispiel im Zuge des Fracking-Booms in den USA erzielt werden konnten, wo anfangs noch deutlich mehr Gas in die Atmosphäre entwichen ist. Die großen zentralasiatischen Gasfelder in Turkmenistan zum Beispiel hätten da hingegen durchaus noch Optimierungspotenzial. Auch die Vermeidung beziehungsweise Verminderung von Methan-Emissionen durch die Reduzierung organischen Abfalls auf Deponien, sowie effektive Deponie-Abdichtungen verbunden mit Gas-Sammelsystemen minimieren Emissionen und sind in Europa erfolgreich umgesetzt worden.“

„Individuelle Verbraucherentscheidungen können insbesondere im Landwirtschaftssektor helfen. Die Rechnung ist einfach: Je weniger Fleisch nachgefragt wird, desto weniger Rinder produzieren Methan. Und je weniger Rinder, desto weniger Gülle – noch eine Methan-Reduzierung. Allerdings reicht es sicher nicht, wenn sich diese Erkenntnis allein in Europa durchsetzt, wenn derweil alle anderen immer mehr Fleisch konsumieren.“

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 Emissionen sind in den letzten Jahren stark angestiegen und selbst dieser Anstieg hat sich noch beschleunigt. Nach den oben angesprochenen zwischenzeitlichen Erfolgen bei der Reduzierung von Emissionen in der US-Gasindustrie hat die Trump-Regierung zuletzt viele Auflagen wieder abgeschafft, die unter anderem auch das Abfackeln oder Entgasen von Methan in der Öl- und Gasindustrie begrenzt haben und generell Leckagen in der Infrastruktur minimieren sollten. Beim aktuellen Preisniveau gehen außerdem zahlreiche Produktionsfirmen in die Insolvenz und hinterlassen ihre aufgegebenen Bohrungen. Erste Untersuchungen zeigen, dass viele davon undicht sind und Gas emittieren. Das stimmt also erst einmal nicht sehr optimistisch. Andererseits hat Methan mit nur etwa neun Jahren eine sehr viel geringere Verweilzeit in der Atmosphäre als CO2 – Verringerungen der Emissionen würden also relativ schnell einen Effekt erzielen. Erreichbar ist das Ziel also meines Erachtens – sofern der politische und gesellschaftliche Wille da ist.“

Dr. Christina Schädel

Assistenzprofessorin im Center for Ecosystem Science and Society und Wissenschaftskoordinatorin des Permafrost Carbon Network, Northern Arizona University, Flagstaff, Arizona, USA

„Das kürzlich publizierte globale Methan-Budget ist ein wichtiger Beitrag zur wissenschaftlichen Literatur, das nicht nur für Wissenschaftler brauchbar und interessant ist, sondern auch für die Allgemeinheit und Entscheidungsträger. Das neue Budget enthält eine Aktualisierung der Quellen und Senken von Methan-Emissionen auf der ganzen Welt. Es ist wichtig, die Treibhausgas-Emissionen regelmäßig zu aktualisieren, um beurteilen zu können, wo Änderungen auftreten, wo Emissionen steigen und sinken und wo neue Hotspots auftreten.“

„Das neue Methan-Budget liefert keinen Hinweis darauf, dass Methan-Emissionen von Permafrostböden – also von Dauerfrostböden, die über mindestens zwei Jahre Temperaturen unter null Grad Celsius aufweisen – in der Arktis angestiegen sind im Zeitraum 2008 im 2017 im Vergleich zu 2000 bis 2009. Generell sind das positive Nachrichten, die jedoch mit Vorsicht genossen werden müssen, da es mit Methan-Messungen in der Arktis mehrere Probleme gibt (Bottom-up-Ansatz).“

„Es gibt mehrere Probleme, die dazu beitragen können, dass die momentan zur Verfügung stehenden Daten über Methan-Emissionen aus dem Permafrost nicht das gesamte Bild zeigen. Zum einen sind Methan-Messungen äußerst spärlich und schlecht über das gesamte Permafrost-Gebiet verteilt. Wenn die Abdeckung der Messungen ungleichmäßig verteilt ist, wird nicht das gesamte Bild erfasst und es werden möglicherweise Methan-Hotspots übersehen oder überbewertet [8].“

„Des Weiteren können Methan-Emissionen von Jahr zu Jahr um den Faktor zwei bis vier variieren. Ohne eine gute Abdeckung der Messungen ist es schwierig abzuschätzen, woher die Emissionen kommen [9]. Drittens gibt es nur sehr wenige Langzeitaufzeichnungen, was Vergleiche mit früheren Jahrzehnten sehr schwierig macht. Und darüber hinaus gibt es nur sehr wenige Messungen, die das ganze Jahr abdecken. Es ist mittlerweile bekannt, dass Methan-Emissionen im Winter bis zu 46 Prozent der jährlichen Emissionen ausmachen können [10]. Mikroben sind auch in der kalten Jahreszeit aktiv und ganzjährige flächendeckendere Messungen sind dringend nötig.“

„Zudem werden abrupte Auftaumechanismen selten in Modellen berücksichtigt. Sie könnten aber eine wichtige Rolle für Methan-Emissionen in der Arktis spielen [11][12]. Unter abrupten Auftaumechanismen versteht man das abrupte Einstürzen des Permafrostbodens, wenn warme Temperaturen eisreichen Permafrost zum Auftauen bringen.“

„Last but not least: Wir wissen relativ wenig darüber, welche Gebiete in der Arktis beim Auftauen des Permafrostes feuchter werden und welche Teile der Landschaft austrocknen. Dies hat enorme Konsequenzen für das Verhältnis von Kohlendioxid- und Methan-Emissionen. Bei trockenen Bodenverhältnissen dominiert der Ausstoß von Kohlendioxid, bei feuchten Bodenverhältnissen steigt der Methan-Anteil [13][14]. Daher ist es möglich, dass derzeit Methan-Emissionen in trockeneren Gegenden gemessen werden und trotzdem die Kohlendioxid-Emissionen dominieren.“

„Die beschriebenen Probleme haben Konsequenzen für die Abschätzungen des jüngsten Methan-Haushaltes. Daher sind sie mit Vorsicht zu genießen. Es wird sich längerfristig zeigen, ob und wie stark Methan-Emissionen aus Permafrostböden ansteigen werden, denn es besteht wenig Zweifel daran, dass bei weiterhin ansteigenden Temperaturen immer mehr Permafrost auftauen wird, was unweigerlich zu zusätzlichen Treibhausgas-Emissionen führt.“

„Berichte wie das globale Methan-Budget geben auch einen Einblick darin, wo wissenschaftliche Lücken bestehen. Es ist wichtig, sich zu überlegen, wie Datenerhebung und Messungen verbessert werden können, um diese Lücken zu schließen. Ein verbessertes Netzwerk mit standardisierten Messungen und Protokollen kann zu einem gewissen Grad Abhilfe schaffen. Des Weiteren sind regelmäßige Messungen über das ganze Jahr dringend notwendig, denn Mikroben sind auch in der kalten Jahreszeit aktiv.“

Prof. Dr. em. Martin Heimann

ehemal. Direktor Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena

„Im neu vorgestellten Global Methane Budget findet sich eine konsistente Fortschreibung der bereits in 2016 vorgestellten Daten über die globalen Quellen und Senken des atmosphärischen Methans. Nach wie vor gilt, dass der sehr gut beobachtete atmosphärische Anstieg des Methans einer kleinen Imbalance zwischen den globalen Emissionen und der globalen Senken entspricht. Da die globalen Methan-Senken durch mehrere unabhängige Methoden recht gut ermittelt werden können, impliziert dies, dass die Quellen in ihrer globalen Summe gut bekannt sind.“

„Unsicherheiten bestehen jedoch nach wie vor in der Aufteilung dieser globalen Summe auf die einzelnen Beiträge der verschiedenen anthropogenen und natürlichen Methan-Quellen. Um dies zu tun, benutzt man das sogenannte Top-down-Verfahren, bei welchem atmosphärische Konzentrationsmessungen des Methans und seiner isotopischen Zusammensetzung an weltweit verteilten Stationen benutzt werden, um die räumliche Verteilung und Art der Quellen zu bestimmen. Alternativ kann man mit dem Bottom-up-Verfahren aus einzelnen Emissionsmessungen – zum Beispiel an Rindern – mit Hilfe von globalen Statistiken der Rinderzucht die globalen Emissionen hochrechnen. Naturgemäß sind diese Hochrechnungen unsicher, daher sind die Bottom-up-Werte im Allgemeinen mit größeren Unsicherheiten versehen. Insgesamt ist es jedoch erstaunlich, dass für einige der Quellenkategorien beide Verfahren zu ähnlichen Werten kommen. Die größten Unterschiede bestehen bei den Emissionen aus Gewässern – Seen, Tümpeln, Fließgewässern. Es kann sein, dass mit der Bottom-up-Methode diese Emissionen partiell bereits bei den Emissionen aus Feuchtgebieten – zum Beispiel Mooren – gezählt und daher doppelt erfasst werden.“

„Obwohl durch eine Vielzahl von Studien gestützt, ist das Global Methane Budget 2020 wohl noch nicht das letzte Wort zum Methan-Kreislauf. Mehrere in jüngster Zeit publizierte Studien sind noch nicht berücksichtigt worden. Zum Beispiel wurde aus Eiskernmessungen gezeigt, dass vorindustriell die Methan-Emissionen aus geologischen Quellen viel kleiner sind als hier angenommen [15 ][d]. Die angegebenen Mutungsgrenzen der verschiedenen Methan-Quellen – vor allem bei den Bottom-up-Werten – sind als optimistisch anzusehen.“

„Die berichteten geringen Methan-Emissionen aus den Arktischen Permafrost-Regionen decken sich mit unseren eigenen Messungen und Analysen. Trotz der jüngst berichteten Hitzewellen in der Arktis dauert es lange, bis die Wärme im Boden in die Tiefe dringt. Zudem ist nicht allein die Temperatur relevant, sondern zum Beispiel auch der Wassergehalt des Bodens: Wenn er austrocknet, wird kein Methan gebildet.“

„Etwa 60 Prozent der globalen Methan-Emissionen sind anthropogen. Die wichtigsten Beiträge stammen aus Leckagen bei der Förderung, Verarbeitung und Verteilung von fossilen Energieträgern – also Kohle, Öl und Erdgas –, sowie aus der Landwirtschaft; vor allem aus dem Reisanbau und der Viehzucht. Neben den Kohlendioxid-Emissionen muss auch der Anstieg des Methans gestoppt werden, um bis zum Jahr 2100 die globale Erwärmung auf weniger als zwei Grad zu beschränken. Da Methan im Vergleich zu CO2 eine wesentlich kleinere atmosphärische Lebensdauer hat – etwa 10 Jahre –, würden Methan-Emissionsreduktionen relativ schnell greifen. Technisch ließen sich die Leckagen aus der fossilen Energiewirtschaft relativ einfach reduzieren; insbesondere beim Erdgas durch Modernisierung der Infrastruktur. Ein Rückgang der Emissionen aus der Landwirtschaft könnte durch eine moderate Reduktion des Fleischkonsums erreicht werden. Da dabei der Bedarf an Weideland reduziert wird, würde dies die Abholzung der Wälder vor allem in den Tropen verringern und sich damit auch auf die globalen CO2-Bilanz positiv auswirken.“

Dr. Anke Roiger

Leiterin der Forschungsgruppe Treibhausgase, Abteilung Atmosphärische Spurenstoffe, Institut für Physik der Atmosphären, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Oberpfaffenhofen

„Bei der Veröffentlichung zum globalen Methan-Budget handelt es sich um eine Art Übersichtsarbeit, für welche die Ergebnisse der zahlreichen, jeweils meist sehr stark fokussierten Einzelstudien rund um Quellen und Senken des Methans, systematisch gesichtet und synthetisiert werden. Diese Art des Assessments ist äußerst wichtig, um den aktuellen Stand des Wissens über das globale Methan-Budget zusammenzufassen und somit bewerten zu können. Besonders bedeutend ist dabei, dass das systematische Vergleichen aller Ergebnisse dazu führt, dass die größten Fortschritte, aber auch die bestehenden Unsicherheiten rund um das Wissen über das globale Methan-Budget herausgearbeitet werden können. Dies ist eine wichtige Grundlage, um zukünftig notwendige wissenschaftliche Studien und methodische Entwicklungen vorschlagen zu können.“

Auf die Frage nach den großen Unterschieden der ermittelten Emissionen im Top-down- und im Bottom-up-Ansatz:
„Die Unterschiede zwischen dem Top-down- und dem Bottom-up-Ansatz sind nicht sehr unerwartet und zeigen nur auf, dass es noch zu viele Unsicherheiten gibt, die für beide Methoden in den nächsten Jahren deutlich verbessert werden sollten. Die Reduzierung der Unsicherheit zwischen beiden Methoden von nur fünf Prozent wird aber selbst von den Autoren als gering betrachtet. Die größte Unsicherheit liegt derzeit bei den natürlichen Quellen – also etwa Feuchtgebieten und Binnengewässern.“

Auf die Frage, inwiefern der Mensch die Methan-Konzentration durch Stärkung sogenannter Senken beeinflussen kann – wie es beim CO2 etwa durch Aufforstung möglich ist – wenn doch 90 Prozent der Methan-Senke auf die atmosphärische Reaktion mit Hydroxyl-Radikalen (OH) zurückzuführen ist:
„Eine direkte und gezielte Einflussnahme des Menschen auf die Hauptsenke des Methans ist schlichtweg nicht möglich, vor allem, weil das Hydroxyl-Radikal (OH) selbst das Produkt äußerst komplexer chemischer Reaktionen ist. Fakt ist deshalb, dass wir unser Handeln auf die Minimierung der Ursachen des atmosphärischen Methan-Anstiegs konzentrieren müssen und hierbei primär auf die Reduktion der anthropogenen, also vom Menschen verursachten Emissionen – wie zum Beispiel der Förderung und Verteilung fossiler Brennstoffe, der Landwirtschaft und der Abfallindustrie.“

„Dies birgt allerdings einiges an Potenzial: Die sogenannten ‚low hanging fruits‘ und somit ersten Adressaten sind dabei die Minimierung von Leckagen bei der Förderung, dem Transport und der Verteilung fossiler Brennstoffe, welche Methan direkt und in großen Mengen an die Atmosphäre freisetzen. Ebenso gibt es technische Lösungen auch für die Drainage und Nutzung von Methan als Brennstoff, welches aus Sicherheitsgründen aus Kohleschächten ventiliert wird, oder für die Steigerung der Effizienz der Methangas-Erfassung in Abfalldeponien. Dabei ist zu erwähnen, dass die Reduzierung der Methan-Emissionen in vielen Bereichen technisch einfacher ist als die Verringerung der CO2-Emissionen und die aufgeführten Anstrengungen sicherlich auch eine höhere soziale Akzeptanz haben als viele CO2-Maßnahmen, die oftmals am Ende auch den Individualverbraucher einschränken – wie zum Beispiel ein verändertes Reise- und Ernährungsverhalten.“

Auf die Frage, inwiefern wir in Europa die globale Entwicklung weiter beeinflussen können, wenn doch die Emissionen hier bereits sinken:
„Inwieweit Europa durch politische Einflussnahme da eine Vorreiterrolle spielen kann, vermag ich nicht zu beurteilen. Sicher ist aber, dass die Politik die notwendigen Maßnahmen einleiten muss, um die anthropogenen Methan-Emissionen nachhaltig zu senken. Der individuelle Verbraucher kann – unabhängig von den oben aufgeführten Maßnahmen der Industrie – am direktesten zu einer Reduzierung der Methan-Emissionen beitragen, in dem er oder sie auf (Rind)fleisch verzichtet, da ein großer Teil der anthropogenen Methan-Emissionen beim Verdauungsprozess im Magen von Wiederkäuern entstehen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. André Butz: "Keine."

Prof. Dr. em. Martin Heimann: "Keine."

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquellen

Saunois M et al (2020): The Global Methane Budget 2000-2017. Earth Syst. Sci. Data, 12, 1561–1623. doi: 10.5194/essd-12-1561-2020

Jackson RB et al. (2020): Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources. Environ. Res. Lett. 15. doi: 10.1088/1748-9326/ab9ed2

Global Carbon Project (2020): Methane Budget 2020. Webseite des Global Carbon Projects

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Turner AJ et al. (2019): Interpreting contemporary trends in atmospheric methane. PNAS; Vol. 116 (8), 2805-2813. doi: 10.1073/pnas.1814297116.

[2] Rigby M et al. (2017): Role of atmospheric oxidation in recent methane growth. PNAS; Vol. 114 (21), 5373-5377. doi: 10.1073/pnas.1616426114.

[3] Nisbet EG et al. (2016): Rising atmospheric methane: 2007–2014 growth and isotopic shift. Global Biogeochem. Cycles, 30, 1356–1370. doi: 10.1002/2016GB005406.

[4] Jeong SJ et al. (2018): Accelerating rates of Arctic carbon cycling revealed by long-term atmospheric CO2 measurements. Science Advances; Vol. 4 (7). doi: 10.1126/sciadv.aao1167.

[5] Miller CR et al. (2019): An overview of ABoVE airborne campaign data acquisitions and science opportunities. Environmental Research Letters, 14. doi: 10.1088/1748-9326/abod44.

[6] Engram M et al. (2020): Remote sensing northern lake methane ebullition. Nature Climate Change, 10, 511-517. doi: 10.1038/s41558-020-0762-8.

[7] Pastorell G et al. (2020): The FLUXNET2015 dataset and the ONEFlux processing pipeline for eddy covariance data. Scientific Data, 7, 225. doi: 10.1038/s41597-020-0534-3

[8] Miller SM et al. (2018): Understanding High-Latitude Methane in a Warming Climate. Eos, 99. doi: 10.1029/2018EO091947.

[9] Christensen TR (2014): Understand Arctic methane variability. Nature, Vol. 509, 279-281. doi: 10.1038/509279a.

[10] Taylor MA et al. (2018): Methane Efflux Measured by Eddy Covariance in Alaskan Upland Tundra Undergoing Permafrost Degradation. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 123(9), 2695–2710. doi: 10.1029/2018JG004444.

[11] Turetsky MR et al. (2020): Carbon release through abrupt permafrost thaw. Nature Geoscience, 13(2), 138–143. doi: 10.1038/s41561-019-0526-0.

[12] Turetsky MR et al. (2019): Permafrost collapse is accelerating carbon release. Nature, 569 (7754), 32. doi: 10.1038/d41586-019-01313-4.

[13] Schädel C et al. (2016): Potential carbon emissions dominated by carbon dioxide from thawed permafrost soils. Nature Climate Change, 6(10), 950–953. doi: 10.1038/nclimate3054.

[14] Schuur EAG et al. (2015): Climate change and the permafrost carbon feedback. Nature, 520(7546), 171–179. doi: 10.1038/nature14338.

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

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[a] Dlugokencky E: Trends in Atmospheric Methane: Global CH4 Monthly Means. Webseite des Global Monitoring Laboratory der NOAA.

[b] 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.

[c] Webseite des Global Carbon Projects.

[d] SMC (2020): Natürliche Methan-Emissionen geringer als bisher angenommen. Research in Context.

Weitere Recherchequellen

NASA (2020): Sources of Methane. Visualisierung auf der Webseite der NASA.

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.

SMC (2017): Höhere Methan-Emissionen aus der Landwirtschaft. Research in Context.

SMC (2019): Moore wandeln sich von Treibhausgassenken zu Treibhausgasquellen. Research in Context.