MetHarmo

Bestimmung von Methanemissionen von Biogasanlagen

   Um nationale und internationale Klimaschutzziele erreichen zu können, müssen zuerst Emissionen aus Treibhausgasquellen quantifiziert werden. Erst wenn diese Emissionen bekannt sind, ist es möglich, deren Auswirkungen auf die Umwelt zu bestimmen und Strategien zur Reduzierung dieser Auswirkungen zu entwickeln.

Biogasanlagen emittieren Methan. Die Hauptquellen sind Leckagen, Druckentlastungsöffnungen, Gasnutzungs-vorrichtungen und offene Lagertanks. Bis heute gibt keine gemeinsame europäische Norm zur Messung der Gesamtemissionsrate von Methan aus Biogasanlagen.

Das Ziel des Projekts MetHarmo (Europäische Harmonisierung von Methoden zur Quantifizierung von Methanemissionen aus Biogasanlagen) ist die Entwicklung europaweiter harmonisierter Messmethoden und praxisorientierter Richtlinien, um Methanemissionen von Biogasanlagen zu quantifizieren. Das Projekt wird vom Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) geleitet. Zu den Projektpartnern zählen, neben der ZAMG, Universitäten und Forschungsinstitute aus Österreich, Deutschland, Schweden, Dänemark und Großbritannien.

Empfehlungen für zukünftige Technologieentwicklungen und Verbesserungen von Biogasanlagen können nur gegeben werden, wenn Emissionsraten nachprüfbar ermittelt werden können. Präzise Emissionsmessungen aus einer Biogasanlage sind aufgrund zahlreicher heterogener Emissionsquellen sehr schwierig. In den vergangenen Jahren wurde versucht sowohl einzelne Emissionsquellen als auch die Gesamtemission von Biogasanlagen mittels direkter (on-site) Messungen und Fernerkundungs-methoden zu quantifizieren. Um die Genauigkeit der verschiedenen Messmethoden bestimmen zu können, wurden im Projekt MetHarmo Vergleichs-Messkampagnen durchgeführt. Dabei wurden innovative Quantifizierungs-ansätze, beispielsweise mittels der inversen Dispersionstechnik und der dynamischen Tracermethode verwendet.

Im Rahmen von MetHarmo wurden zwei Methan-Messkampagnen an deutschen Biogasanlagen durch-geführt. Abbildung 1 zeigt den Messaufbau der Laser für die Biogasanlage in Apensen (Norddeutschland). Drei Laser wurden im Abstand von 50 m, 100 m bzw. 150 m neben der Biogasanlage aufgebaut. Ein weiterer Laser wurde für die Methan-Hintergrundmessungen verwendet.

Abb. 1: Biogasanlage in Apensen, Deutschland. Dargestellt sind die Pfade der Abwind-Lasermessungen (rote Linien), Hintergrund-Lasermessung (gelbe Linie) und die Position der Ultraschallanemometer („USA“, weiße Sterne). Quelle: Google Earth

Der ZAMG wurden von den Messteams anonymisierte Datensätze übermittelt, welche für die Ausbreitungs-rechnung mit LASAT (Lagrange Simulation und Aerosol Transport) verwendet worden sind. Mehrere Szenarien mit unterschiedlichen Quellkonfigurationen (Punkt-, Flächen- und Volumsquelle) wurden simuliert. Die Meteorologie (Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Stabilität) wurde mittels Ultraschallanemometer im Lee und Luv der Biogasanlagen gemessen. Die Messungen beider Ultraschallanemometer wurden analysiert und als Input für das Ausbreitungsmodell verwendet, um die Auswirkungen der Standortwahl zu untersuchen.

Mit LASAT wurden mit einer Einheitsemission (1 g/s) mittlere Methankonzentrationen entlang der Laser-Pfade simuliert (Abbildung 2). In Kombination mit den Laser-Methanmessungen kann durch die inverse Dispersions-technik die Emissionsrate der Biogasanlage bestimmt werden.

MetHarmo

Abb. 2: Mittlere Methan-Konzentrationen für eine Flächenquelle (links) und eine Punktquelle (rechts) berechnet mit LASAT für die Biogasanlage in Apensen.

Die Modellsimulationen dienen zur Findung eines optimalen Modell-Setups für die Emissionsberechnung. Die Ergebnisse der ZAMG werden, gemeinsam mit den Auswertungen der Projektpartner, in einer europäischen Richtlinie zur Emissionsbestimmung einer Biogasanlage zusammengefasst.