Analyse der Methanemissionen einer Berliner Kläranlage
Eine Fallstudie
Hintergrund
Methan ist ein starkes Treibhausgas, dessen Treibhauspotenzial etwa achtmal höher ist als das von Kohlendioxid. Die Überwachung von Methanemissionen ist für das Verständnis und die Eindämmung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung, da sie hilft, die Quellen zu ermitteln und die Auswirkungen dieser Emissionen auf die Atmosphäre zu quantifizieren. Da Methan wesentlich zum Klimawandel beiträgt, ist die Verringerung der Methanemissionen, insbesondere aus kommunalen Kläranlagen, von entscheidender Bedeutung für ein nachhaltigeres Konzept der städtischen Wasserwirtschaft.
In Zusammenarbeit mit einer Berliner Kläranlage führte DEUS-Pollutrack eine Studie zum Verständnis und zur Bewertung von Methanemissionen aus Abwasseranlagen durch. Ziel der Studie war es, Korrelationen zwischen Methanemissionen und verschiedenen meteorologischen Variablen herzustellen. Die gesammelten Daten umfassten den Zeitraum vom 15. Juni 2023 bis zum 15. November 2023 und beinhalteten meteorologische Informationen und Methanmessungen von einer Kläranlage, die süd-südöstlich vom Standort des Sensors liegt.
Arbeitsmittel und Methoden
Die Methankonzentration wird mit einem abstimmbaren Diodenlaserspektrometer (TDLS) überwacht (Axetris LGD Compact-A CH4). Es wurden lineare Korrelationsmodelle entwickelt, um die Beziehung zwischen Methankonzentrationen und meteorologischen Variablen zu analysieren. Insbesondere wurde ein trigonometrisches Modell verwendet, um den Einfluss der Windrichtung zu untersuchen. Der zeitliche Verlauf der Methankonzentration deutet auf eine mögliche positive Korrelation zwischen Temperatur und Methankonzentration hin, trotz geringfügiger Datenlücken im August und September.
Herausforderungen bei der Modellierung
Zur Validierung der Korrelation wurde ein quasi-lineares Modell untersucht, das allerdings auf nicht-negative Werte beschränkt ist (y = max (0, a*x + b)). Die Parameter dieses Modells wiesen jedoch erhebliche Unsicherheiten auf, so dass die Möglichkeit einer Temperaturunabhängigkeit besteht. Sollte die Korrelation zutreffen, könnte eine Zunahme der biologischen Reaktionen mit der Temperatur eine plausible Erklärung bieten.
Einfluss der Windrichtung
Da sich die Kläranlage in südlicher Nähe des Sensors befindet, wurde eine Abhängigkeit von der Windrichtung angenommen. Ein trigonometrisches Modell (y = a + sin (x + b)) ergab eine schwache Abhängigkeit. Es war offensichtlich, dass die Windrichtung eine Rolle spielte, wenn auch keine dominante.
Windgeschwindigkeit und andere Variablen
Die Windgeschwindigkeit zeigte nur eine schwache Korrelation mit den Methanemissionen, was die Unabhängigkeit der Temperatur widerspiegelt. Die Varianz der Modellparameter deutet auf eine mögliche Unabhängigkeit hin, was die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen unterstreicht.
Statistische Analyse
Die Messwerte wiesen signifikante statistische Schwankungen auf, visuell dargestellt als Kreis mit einer leichten Südverschiebung in der meteorologischen Windrose. Der Standort der Kläranlage stimmte mit diesem Modell überein, was auf eine Korrelation zwischen Emissionen und Windrichtung hindeutet.
Entwicklung des Luftdrucks und der relativen Luftfeuchtigkeit
Die Beobachtungen zeigten einen Abwärtstrend des Luftdrucks, der den Methanwerten entspricht. Dieser Trend deutet auf ein mögliches Hindernis für das Entweichen von Gas in dichterer Luft hin. Auch die relative Luftfeuchtigkeit wies einen schwachen Abwärtstrend auf, was auf mögliche Behinderungen der Gasfreisetzung durch höhere Luftfeuchtigkeit hindeutet.
Schlussfolgerungen
Die Fallstudie bietet Einblicke in das komplexe Zusammenspiel zwischen Methanemissionen und meteorologischen Variablen in der Berliner Abwasseranlage. Es wurden zwar einige Korrelationen festgestellt, aber Unsicherheiten und Schwankungen machen weitere Untersuchungen erforderlich, um die Modelle zu verfeinern und die Faktoren, die die Methanfreisetzung beeinflussen, besser zu verstehen. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es für ein effektives Umweltmanagement ist, bei der Bewertung von Emissionen aus Abwasseranlagen mehrere Variablen zu berücksichtigen.
Ausblick
Die Studie ist noch nicht abgeschlossen, im Februar 2024 wollen wir unsere Untersuchungen auf zwei weitere Standorte ausweiten, die mit Methansensoren ausgestattet sind. Wir werden eine von der Wissenschaftlichen Expertengruppe bei DEUS entwickelte Triangulationsmethode anwenden, um die Methanemissionen genau zu messen und zu analysieren. Auf diese Weise wollen wir die Genauigkeit unserer Ergebnisse erhöhen und ein umfassenderes Verständnis der Dynamik der Methanfreisetzung aus Kläranlagen gewinnen.
Autoren: Dr. Günter Becker, Marc Nodorft, Ehsan Tavakoli
Projektkoordination: Marc Nodorft
Kontakt: Ehsan Tavakoli
Partnerprogramm
Werden auch Sie Teil unserer Greenpartner Familie!
|
|
|
|
