Internationale Bestrebungen zur Minderung von Methanemissionen im Energiesektor

Die Minderung von Treibhausgasemissionen steht seit langem im Fokus internationaler Klimapolitik als wichtiger Bestandteil zur Erreichung oder direkter Gegenstand von Klimazielen. Als Treib­hausgas mit einer kurzen Verweilzeit in der Atmosphäre und starken Klimawirksamkeit im Vergleich zu Kohlendioxid, bietet Methan die Möglichkeit durch Maßnahmen zur Emissionsminderung kurzfristig Einfluss auf die Verringerung der globalen Erwärmung zu nehmen. Internationale Bestrebungen umfassen die Erfassung, Aufbereitung und Bereitstellung von Daten, die Unterstützung und Förderung von Maßnahmen zur Emissionsminderung sowie Zielvereinbarungen und gesetzliche Regelungen.

1  Die Bedeutung von Methan als Treibhausgas

Die Reduzierung von Methanemissionen ist längst zu einem zentralen Bestandteil der Bestrebungen zur Erreichung von Klimazielen geworden. Methan (CH₄) zählt zu den Treibhausgasen, welche Wärme in der Atmosphäre zurückhalten und somit den Treibhauseffekt verstärken. Es ist das zweithäufigste Treibhausgas nach Kohlendioxid (CO₂) (1). Die wichtigsten Faktoren in Bezug auf die Klimawirksamkeit der Treibhausgase sind, abgesehen von ihrer Konzentration, die Dauer ihres Verbleibs in der Atmosphäre sowie das Ausmaß ihres Einflusses. Der Vergleich der Auswirkungen im Hinblick auf die Erderwärmung erfolgt vorrangig anhand des Treibhaus- bzw. Erderwärmungspotentials, im Englischen Global Warming Potential (GWP). Dabei handelt es sich um den Erwärmungseffekt pro Tonne in Relation zum Effekt von einer Tonne CO₂ über einen Zeitraum von 100 Jahren (GWP100), welcher als CO₂-Äquivalent (CO₂e) angegeben wird (2).

Das Treibhauspotential (im weiteren GWP) von CH₄ beträgt basierend auf dem sechsten Sachstandsbericht (AR6) des Weltklimarats (International Panel on Climate Change – IPCC) über einen Hundertjahreszeitraum 27 bis 29,8 t CO₂e. Dabei ist im Weiteren zu beachten, dass das GWP sich in einem Zeitraum von 20 Jahren auf 79,7 bis 82,5 t CO₂e beläuft, da CH₄ zu den kurzlebigen Treibhausgasen zählt und eine verhältnismäßig kurze Verweildauer in der Atmosphäre von circa zwölf Jahren im Vergleich zu CO₂ mit einer Verweildauer von mehreren Hundert Jahren aufweist. Der GWP-Wert wurde im Lauf der Zeit mehrfach aktualisiert, um neue wissenschaftliche Erkenntnisse und Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre zu berücksichtigen. Aktuelle Werte werden jeweils in den Sachstandsberichten des IPCC veröffentlicht. Da für die Festsetzung von Zielen und die laufende vergleichbare Berichterstattung einheitlich festgelegte Werte benötigt werden, handelt es sich bei den üblicherweise verwendeten GWPs um Werte aus vorangegangenen Sachstandsberichten. So wird von der EU derzeit ein GWP von 25 für CH₄ basierend auf dem vierten Sachstandsbericht (AR4) verwendet. Ab 2024 wird für Treibhausgasinventare einheitlich der GWP des fünften Sachstandsberichtes (AR5) von 28 verwendet. (3)

Die kurze Verweildauer und das hohe GWP von CH₄ sind die Grundlage für einen bedeutenden Beitrag zur Verringerung von anthropogenen Methanemissionen zur Erreichung von Klimazielen, da diese Maßnahmen einen verhältnismäßig schnellen Weg darstellen, um Einfluss auf die Verringerung der globalen Erwärmung zu nehmen.

Die atmosphärische Konzentration von CH₄ hat sich im Verhältnis zu vorindustriellen Werten um das zweieinhalbfache erhöht. Die International Energy Agency (IEA) gibt in ihrem Global Methane Tracker 2023 eine Schätzung der weltweiten Methanemissionen auf 580 Mio. t mit steigender Tendenz an. Mit einem GWP100 von 28 entspricht dies 16,2 Mrd. t CO₂. Diese Angabe enthält sowohl natürliche als auch anthropogene Methanemissionsquellen. Anthropogene Emissionen belaufen ich auf ca. 60 % der weltweiten Emissionen (ca. 348 Mio. t bzw. 9,7 Mrd. t CO₂). Im Allgemeinen werden anthropogene Emissionsquellen hauptsächlich den Sektoren Agrar, Energie und Abfall zugeordnet mit jeweils weiteren Unterteilungen. Der Agrarsektor stellt die größte anthropogene Quelle der Methan­emissionen dar. Der Energiesektor folgt an zweiter Stelle mit beinahe 40 % der menschenbezogenen Emissionen (Bild 1) (4).

In allen betroffenen Sektoren werden kontinuierlich Maßnahmen zur Minderung von Methanemissionen erarbeitet und implementiert. Im Rahmen dieses Artikels wird der Energiesektor im Folgenden näher betrachtet.

2  Methanemissionen im Energiesektor und Ansätze zur Verminderung

Der Global Methane Tracker 2023 der IEA schätzt die Methan­emissionen des Energiesektors im Jahr 2022 auf fast 135 Mio. t. Wie in Bild 2 zu sehen ist, sind die relevantesten Industriezweige in diesem Kontext die fossilen Energien Öl, Gas und Kohle, welche jeweils einzeln betrachtet ungefähr 40 Mio. t der Emissionen des Energiesektors ausmachen. (4)

Der Energiesektor bietet ein großes Potential zur Verminderung von Methanemissionen durch die Anwendung bekannter Technologien und Standards. Ein bedeutender genereller Ansatz in diesem Bereich besteht in der Umsetzung von Reglementierungen und Verpflichtungen für das Monitoring und die Berichterstattung. Maßnahmen zur Emissionsminderung in den Sektoren können drei Arten von Emissionen zugeordnet werden: diffuse Emissionen, Emissionen durch Gasentlüftung bzw. Ablassen und Emissionen durch Abfackeln (5). Bei Ablassen und Abfackeln handelt es sich um geplante Vorgänge. Ablassen bezeichnet die Freisetzung von unverbranntem CH₄ in die Atmosphäre über darauf ausgelegte Vorrichtungen und kann beispielsweise im Rahmen von Betriebsstörungen unvermeidbar sein. Das Abfackeln bezeichnet die kontrollierte Verbrennung von CH₄ zum Zweck der Entsorgung über entsprechende Vorrichtungen und wird als Alternative zum Ablassen eingesetzt. Durch die Verbrennung wird das CH₄ idealerweise in CO₂ und Wasser umgesetzt, wobei der Verbrennungswirkungsgrad zu berücksichtigen ist. Methanemissionen sind in diesem Fall bedingt durch unvollständige Verbrennung und nicht gezündete Gasfackeln. (6)

Bei diffusen Emissionen handelt es sich um unbeabsichtigte und ungewollte Gasaustritte, die meist auf Leckagen zurückzuführen sind. In den Öl- und Gassektoren können LDAR (leak detection and repair)-Programme einen wertvollen Beitrag zur Verminderung von Leckage-bedingten Gasaustritten leisten. LDAR-Maßnahmen zielen darauf ab, Lecks frühzeitig zu erkennen, meist mittels Infrarotkameras, und Reparaturmaßnahmen einzuleiten. Sie können entlang der gesamten Versorgungskette eingesetzt und auch für kontinuierliches Monitoring über installierte Sensoren verwendet werden (Daily LDAR). (5)

Signifikante Möglichkeiten zur Reduktion von Methanemissionen im Kohlesektor bestehen in der Installation und Verbesserung von Gasabsaugsystemen. Die im Kohlebergbau auftretenden methanreichen Gasgemische werden als Grubengas bezeichnet. Vorrangig wird Gasabsaugung im untertägigen Kohlebergbau angewendet, um Kohleflöze vor der Gewinnung zu entgasen und das Risiko der Bildung explosionsfähiger Gas-Luft-Gemische zu minimieren. Idealerweise wird das abgesaugte Gas im Anschluss einer energetischen Nutzung zugeführt, sofern dies technisch und wirtschaftlich möglich ist. Der weitere Betrieb von Gasabsaugungen in ehemaligen Bergbaubereichen stellt eine entscheidende Maßnahme zur Reduzierung von Grubengasemissionen aus stillgelegten Bergwerken dar, welche über Tagesöffnungen sowie natürliche und anthropogene Wegsamkeiten weiterhin Gas emittieren können (5). Die fortgeführte Gasabsaugung nach der Schließung des letzten deutschen Steinkohlenbergwerks 2018 im Ruhrgebiet hat beispielsweise im Jahr 2022 laut Angaben der Bezirksregierung Arnsberg eine Vermeidung von Treibhausgasemissionen in Höhe von 1,9 Mio. t CO₂e (GWP100 25) durch energetische Nutzung von Grubengas verzeichnet (7). Obwohl Gasabsaugungssysteme primär im untertägigen Kohlebergbau Anwendung finden, zeigt das Beispiel der North Antelope Rochelle Mine in Wyoming eine erfolgreiche Übertragung dieser Technologie auf Tagebaue (8).

Ein weiterer Faktor in Bezug auf stillgelegte Bergwerke, aber auch inaktive Öl- und Gasbohrungsstandorte, ist der Ausbau einer gezielten Datenerfassung und -bereitstellung. Emissionen aus stillgelegten Bergwerken werden meist nicht in Kalkulationen und Szenarien berücksichtigt. Dies ist darin begründet, dass Messdaten zu entsprechenden Standorten sowie Informationen zu den stillgelegten Bergwerken oftmals nur begrenzt bzw. für eine vergleichsweise geringe Anzahl an Standorten vorliegen. Laut Schätzungen der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) belaufen sich die Emissionen aus stillgelegten Bergwerken in den USA auf über 10 % der Methanemissionen aus dem Kohlebergbau. Eine Verbesserung der Datenlage in diesem Bereich ist daher als wichtiger Beitrag zur Erfassung von Methanemissionen im Energiesektor zu sehen. (5)

3  Überblick über internationale Bestrebungen zur Minderung von Methanemissionen

Methanemissionen sind zu einem festen Bestandteil der internationalen Betrachtungen im Hinblick auf die Verminderung von Treibhausgasemissionen geworden. Darüber hinaus wurden im Lauf der letzten zehn Jahre mehrere Institutionen und Initiativen ins Leben gerufen, welche sich gezielt mit Methanemissionen befassen. Ein wichtiger Aspekt in Bezug auf internationale Bestrebungen ist, dass es keine einheitliche globale Herangehensweise für die Planung und Umsetzung von Maßnahmen gibt. Die Implementierung konkreter Maßnahmen zur Emissionsminderung erfolgt auf nationaler Ebene bzw. projektspezifisch. Maßnahmen zur Verminderung von Methanemissionen auf internationaler Ebene lassen sich in drei Kategorien einteilen:

1. Information: Datenerfassung, -aufbereitung und -bereitstellung als Informationsgrundlage.
2. Unterstützung: Hilfestellung zur Planung und Umsetzung von Maßnahmen.
3. Verpflichtung: Verbindliche Zielvereinbarungen und länder­übergreifende Regelungen.

Im Weiteren werden diese Kategorien einzeln betrachtet und anhand von Beispielen erläutert.

3.1  Datengrundlage und Informationsbereitstellung

Diese Kategorie umfasst die Beschaffung und Aufbereitung von Daten, sowie deren Bereitstellung als Informationsgrundlage für weitere Maßnahmen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei zudem die Verbesserung der zur Verfügung stehenden Daten und der Datentransparenz.

Bei der Betrachtung verschiedener Quellen wie Messkampagnen, wissenschaftlichen Studien und offizieller Berichterstattung kann es zu nennenswerten Abweichungen der Daten untereinander kommen. Zu den Ursachen für diese Abweichungen zählen hauptsächlich die Methodik zur Bestimmung der Emissionswerte, unterschiedliche Grade der Verwendung von messungsbasierten Daten für die jeweiligen Inventare, deren Aktualisierung und die Verwendung entsprechender Standards zur Berichterstattung (5, 9). Dies wird in Bild 3 in der Gegenüberstellung von Schätzungen der IEA und der an die UNFCCC gemeldeten Werte von Methan­emissionen für das Jahr 2022 dargestellt.

Die Erhöhung der Datentransparenz, der Ausbau messungsbasierter Berichterstattung und die Integration verschiedener Emissionsdaten bei der Entwicklung und Bereitstellung von Datenbeständen ist ein wichtiger Bestandteil der Unterstützung und Ermöglichung von zielgerichteten Strategien zur Emissionsminderung. Diese Faktoren sind der Fokus des 2021 durch das UN Environment Programm (UNEP) etablierte International Methane Emission Observatory (IMEO). IMEO sammelt und verarbeitet Emissionsdaten aus unterschiedlichen Quellen. Der integrierte Datenbestand dient als Informationsgrundlage für Entscheidungsträger sowie der Nachverfolgung von Fortschritten in der Emissionsminderung. Zu den Emissionsdaten zählen Berichterstattung, wissenschaftliche Studien und Satellitendaten. Die Verbesserung der messungsbasierten Berichterstattung beruht auf der Verwendung des Oil and Gas Methane Partnership 2.0 (OGMP 2.0)-Regelwerks, ein 2020 etabliertes MRV (Measurement, Reporting and Verification)-System des UNEP. (9)

Grundsätzlich lassen sich in der Methodik zur Bestimmung von Methanemissionen die Herangehensweisen bottom-up und top-down unterscheiden. Die bottom-up-Herangehensweise verwendet aktivitätsbezogene Daten, wie z. B. die Anzahl, Art und Größe von Betrieben, und spezifische Emissionsfaktoren für die jeweiligen Emissionsquellen in den Sektoren. Unterschiede bezüglich der Emissionsfaktoren, sowohl inländisch als auch im Ländervergleich, können dabei zu größeren sektorbezogenen Abweichungen der bereitgestellten Emissionswerte führen (4, 10). Darüber hinaus werden größere unvorhergesehene Emissionen wie Leckagen bei dieser Betrachtung oft nicht entsprechend berücksichtigt (4). Die top-down-Herangehensweise zur Bestimmung von Methanemissionen ist auf messungsbasierte Daten gestützt. Dabei stehen verschiedene Arten von Messdaten zur Verfügung. Zu diesen zählen erdgebundene Messungen, Eisbohrkerne, luftgestützte Messungen und Satellitendaten (10). Bei der Erstellung von Berichten und Gutachten sowie Prognosen und Szenarien, beispielsweise dem Global Methane Assesssment der Climate and Clean Air Coalition (CCAC) und UN Environment Programme (UNEP) und dem Global Methane Tracker der IEA, werden Ergebnisse beider Herangehensweisen berücksichtigt und implementiert (5, 10).

Satellitendaten sind eine verhältnismäßig neue Datenquelle zur Lokalisierung und Messung von Methanemissionen. Ein Vorteil von Satellitendaten ist die Möglichkeit der großflächigen Erfassung von Methanemissionen und der Bereitstellung globaler Messungen. Zu beachten ist jedoch, dass Wetterbedingungen und Interferenzen die Messungen beeinträchtigen können und diese nicht für alle Regionen im gleichen Maß möglich sind (5, 10). Nichtsdestotrotz stellen satellitenbasierte Messungen einen bedeutenden Beitrag zur Erfassung von Emissionen und zur Verbesserung der Genauigkeit der Datenlage dar. Im Jahr 2022 startete das Methane Alert and Response System (MARS) des IMEO. Dabei handelt es sich um ein satellitenbasiertes System zur Erkennung und Zuordnung von größeren Methangasfahnen. Ziel ist neben der Erkennung und Quellenzuordnung die Überwachung der Methangasfahnen sowie die Übermittlung der Daten zur Planung und Einleitung von entsprechenden Maßnahmen. Über die Erfahrungen und Ergebnisse der Anfangsphase soll im Rahmen der 28. UN-Klimakonferenz 2023 berichtet werden. (11)

3.2  Unterstützung und Förderung von Maßnahmen

Die Unterstützung und Förderung von Maßnahmen zur Verminderung von Methanemissionen beinhalten neben Möglichkeiten zur Finanzierung die Bereitstellung von projektrelevanten Informationen und Erfahrungen, um die Planung und Umsetzung von Maßnahmen zu verbessern. Dies umfasst z. B. Trainingsangebote, Regelwerke zur Berichtserstattung wie beispielsweise OGMP 2.0, Beratung von Projekten und Leitfäden zur Entwicklung und Umsetzung neuer Strategien (9, 12, 13). Eine eindeutige Abgrenzung zur vorrangegangenen Informationsbereitstellung im Hinblick auf Tätigkeitsfelder der Institutionen und Umfang der Maßnahmen ist dabei nicht immer gegeben, da diese oftmals nicht ausschließlich auf die Beschaffung, Aufbereitung und Bereitstellung der Emissionsdaten begrenzt sind, wie z. B. das Angebot von Schulungsreihen des IMEO für Betriebe und Aufsichtsbehörden sowie Kommunikation von bewährten Vorgehensweisen (best practices). Im Hinblick auf Initiativen mit gezieltem Fokus auf der Unterstützung von Projekten zur Methanemissionsminderung umfasst die Global Methane Initiative (GMI) beispielsweise die Unterstützung der Planung und Umsetzung von Strategien, technischer und finanzieller Machbarkeitsstudien von Projekten, Hilfestellung zur Projektanmeldung und Schulungen im Bereich der Methanrückgewinnung und Emissionsminderung (12).

Als Beispiel für Leitfäden zur Entwicklung und Umsetzung von Strategien wird an dieser Stelle kurz auf einen entsprechenden Beitrag der IEA eingegangen. „Driving down Coal Mine Methane Emissions: A Regulatory Roadmap and Toolkit” veranschaulicht Erfahrungswerte aus verschiedenen Bereichen der Kohleproduktion bezogen auf die Entwicklung und Einführung von Strategien und Regelungen zur Methanemissionsminderung. Daraus abgeleitet sind ein zehnstufiger Aktionsplan vom grundlegenden Verständnis der Situation aus rechtlicher und industriebezogener Sicht sowie Schätzungen der betreffenden Methanemissionen, über die entsprechende Ausgestaltung der Strategien und Regelungen bis zur Einführung und Umsetzung. Zudem stellt der Beitrag im Rahmen des Regulatory Toolkits eine Übersicht zu inhaltlichen Fragestellungen und Herangehensweisen im Rahmen der Ausgestaltung der Strategien und Regelungen dar. (13)

3.3  Zielvereinbarungen und Regelungen

Zu dieser Kategorie werden Festlegungen von gemeinsamen Zielen und gesetzlichen Regelungen gezählt. Die derzeit bedeutendsten rechtlich verbindlichen, internationalen Ziele zur Emissionsminderung sind im Pariser Klimaabkommen (Paris Agreement), welches 2016 in Kraft getreten ist und das Nachfolgeabkommen des Kyotoprotokolls bildet, festgelegt. In Artikel 2 des Abkommens werden die Hauptziele definiert. Der Anstieg der weltweiten Durchschnittstemperatur soll unter 2 °C zu vorindustriellen Werten gehalten werden. Weiterhin sollen Maßnahmen ergriffen werden, den Anstieg der weltweiten Durchschnittstemperatur auf 1,5 °C zu vorindus­triellen Werten zu beschränken. Die Minderung von Treibhausgasemissionen ist essentiell zur Erreichung dieser Ziele. (14)

Der Global Methane Pledge (GMP) ist eine 2021 etablierte Initi­ative, die Ziele für die Minderung von anthropogenen Methan­emissionen zur Erreichung der Klimaziele des Pariser Abkommens setzt. Die Teilnehmer verpflichten sich gemeinsam, die globalen anthropogenen Methanemissionen sektorübergreifend bis 2030 um mindestens 30 % im Vergleich zu den Emissionswerten von 2020 zu senken. (15, 16)

Im Hinblick auf gesetzliche Regelungen wird an dieser Stelle abschließend auf die geplante Verordnung des europäischen Parlaments und des Rats über die Verringerung von Methanemissionen im Energiesektor eingegangen. Das im Zuge des European Green Deal entwickelte und 2021 in Kraft getretene Europäische Klimagesetz definiert die verbindlichen Ziele der EU als netto null Treibhausgasemissionen bis 2050 sowie eine interne Reduktion der Treibhausgasemissionen um mindestens 55 % im Vergleich zu 1990 bis zum Jahr 2030 (17). Das „Fit for 55 package“ als Bestandteil des Arbeitsprogramms der Kommission (2021) beinhaltet eine große Spannbreite an Ansätzen zur Erreichung der Ziele des Klimagesetzes. Gesetzgebende Maßnahmen sind dabei insbesondere auf die Öl-, Gas- und Kohlesektoren bezogen. (18)

Die geplante EU-Verordnung sieht Vorschriften zur Messung und Berichterstattung einschließlich der Berichtsintervalle für den Öl- und Gas-Sektor sowie Kohlebergwerke vor. Ablassen und Abfackeln von CH₄ soll bis auf Ausnahmen wie Notfälle und Wartungsmaßnahmen verboten werden. Stillgelegte Kohlebergwerke sowie inaktive Bohrlöcher sollen erfasst, mit Messvorrichtungen ausgestattet und überwacht werden. Für die Öl- und Gas-Sektoren wird die Entwicklung von LDAR-Strategien mit entsprechender Berichterstattung vorgesehen. (1, 6)