Umweltphysiker als Treibhausgasdetektive

Emissionsquellen von Treibhausgasen lassen sich aus großer Höhe mittels einer neuen Technologie genau erfassen: Das ist das Ergebnis einer Forschungsmesskampagne, die im Auftrag der europäischen Weltraumbehörde ESA unter der Leitung des Instituts für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen erfolgte. Dabei haben Sensormessungen von Flugzeugen aus erstmals gezeigt, dass sich lokale Emissionen der beiden wichtigen Treibhausgase CO₂ und Methan aus der Ferne – und wie zukünftig auch vom Weltraum aus geplant – genau bestimmen lassen. Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung eines zukünftigen satellitengestützten Sensorsystems CarbonSat, um weltweit und unabhängig Treibhausgase zu messen.

Im Sommer 2012 wurde mit zwei Flugzeugen eine intensive Messkampagne durchgeführt, um die Frage zu beantworten, ob man Änderungen des atmosphärischen CO₂, wie sie beispielsweise durch Emissionen von Kohlekraftwerken verursacht werden, so genau vermessen kann, dass man daraus zuverlässig die Emission der CO₂-Quelle bestimmen kann. Deutsche Kohlekraftwerke eignen sich sehr gut für solche Untersuchungen, da ihre Emissionen bekannt sind – was längst nicht bei allen Quellen und in allen Ländern der Erde der Fall ist. Deshalb ist ein wichtiges Ziel des CarbonSat-Projektes, die jetzt erprobte Messtechnik später auf unbekannte Quellen anzuwenden. CarbonSat wird zudem erfassen, wie viel Kohlendioxid Pflanzen aus der Atmosphäre aufnehmen. In der Kombination lässt sich dann besser erforschen, wie natürliche und von Menschen verursachte Prozesse das Klima beeinflussen oder auch vom Klima beeinflusst werden.

Im Rahmen der Messkampagne wurde mit dem in Bremen entwickelten Methane Airborne Mapper (MAMAP) die „CO₂-Wolke“ eines Kohlekraftwerkes von oben – also wie vom Satelliten – vermessen. Ein zweites Forschungsflugzeug erfasste Querschnitte durch die Wolke erfasst. Letzteres geschah mit einem sehr genauen Standardverfahren, sodass die neuartige Messtechnik von MAMAP verlässlich überprüft werden konnte. Neben CO₂-Emissionen aus Kohlekraftwerken wurden auch Methanemissionen aus Wetterschächten des aktiven Kohlebergbaus vermessen.

Die Auswertung der Daten belegt in doppelter Hinsicht die erfolgreiche Entwicklungsarbeit. Zum einen konnte nachgewiesen werden, dass sich mit spektroskopischen Fernerkundungsmethoden auch sehr kleine Konzentrationsänderungen in CO₂ und CH₄ sehr genau feststellen lassen, ebenso wie die eigentlichen Emissionsquellen. Die unabhängigen Messungen des zweiten Kontrollforschungsflugzeuges bestätigen die hohe Qualität der neuen Fernerkundungsmethode.

Nach dem Erfolg der CarbonSat-Messkampagne werden Forscher vom IUP gemeinsam mit amerikanischen Kollegen in diesem Jahr eine zweite Forschungsrunde in Kalifornien vornehmen. Neben guten Wetterbedingungen zeichnet sich Kalifornien durch eine Vielzahl interessanter „Hot Spots“ aus, zum Beispiel durch natürliche Leckagen von Erdgas aus dem Meeresboden. ESA und NASA unterstützen das Projekt. Der Bremer Umweltphysiker und Initiator Heinrich Bovensmann blickt optimistisch nach vorn: „Wir haben inzwischen so viel gelernt, dass wir die Messtechnik des Flugzeugsensors nochmals drastisch steigern können. Das Projekt ‚MAMAP Next Generation‘ steht bereits in den Startlöchern.“

U. Bremen / OD