Nachhaltigkeit
Beschleunigte Methanemissionen versetzen Wissenschaftler in Alarmbereitschaft, während die Erde weiter erwärmt
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Der Klimawandel wird schnell zu einer ernsthaften Sorge, da seine Auswirkungen weltweit zu sehen sind. Wie wir berichteten, hat der Klimawandel den Sommer 2024 zum heißesten jemals gemessenen Sommer weltweit und für Europa gemacht. Dies erfordert Anstrengungen, das Klima zu stabilisieren, indem Treibhausgasemissionen reduziert werden, was sowohl dem Klima als auch unserer Gesundheit zugutekommt.
Treibhausgase sind jene Gase, die Wärme in der Atmosphäre zurückhalten. Kohlendioxid (CO2) ist das hervorstechendste dieser Gase und wird freigesetzt als Ergebnis der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Öl sowie Bäumen und festem Abfall und als Ergebnis bestimmter chemischer Reaktionen wie der Zementproduktion.
Ein weiteres Beispiel für ein Treibhausgas ist Distickstoffmonoxid (N2O). Es wird bei landwirtschaftlichen und industriellen Aktivitäten während der Abwasserbehandlung und der Verbrennung fossiler Brennstoffe emittiert. Fluorierte Gase hingegen werden aus einer Vielzahl von Haushalts- und Gewerbeanwendungen freigesetzt.
Methan (CH4) hingegen wird bei der Produktion und dem Transport von Öl, Erdgas und Kohle freigesetzt. Der Großteil der CH4-Emissionen stammt jedoch tatsächlich aus menschlichen Aktivitäten oder „anthropogenen“ Quellen wie Deponien, Landnutzung, Viehzucht und anderen landwirtschaftlichen Praktiken. Natürliche Quellen wie Termiten und Feuchtgebiete sind ebenfalls für CH4-Emissionen verantwortlich.
Methan ist ein farbloses, geruchloses und brennbares Gas, das zur globalen Erwärmung und zum Klimawandel beiträgt. Als Hauptbestandteil von Erdgas, wird Methan als Brennstoff zur Erzeugung von Wärme und Licht sowie zur Herstellung organischer Chemikalien verwendet.
Nach Angaben von Rob Jackson, einem Wissenschaftler an der Stanford University, der den Global Carbon Project leitet, einer Gruppe, die jährlich Treibhausgasemissionen überwacht:
“Methan ist eine Klimabedrohung, die die Welt ignoriert. Methan ist weitaus stärker und viel schneller als Kohlendioxid gestiegen.”
Während der kollektive Fokus auf die Reduzierung von Kohlendioxid lag, weil Methan eine kürzere atmosphärische Lebensdauer als CO2 hat, erwärmt CH4 die Erdatmosphäre in den ersten zwei Jahrzehnten nach seiner Freisetzung 90‑mal effektiver als Kohlendioxid.
Tatsächlich hat eine neue Studie ergeben, dass die Rate der Methanemissionen nimmt in einem schnellen Tempo zu, was ein großes Hindernis für die Lösung des Klimawandelproblems darstellt.
Methanemissionen steigen schneller als je zuvor
Ein Perspektivartikel, der Anfang dieser Woche in Environmental Research Letters veröffentlicht wurde, zusammen mit Daten aus Earth System Science Data, zeigte, dass die Konzentrationen von Methan in der Erdatmosphäre in den letzten fünf Jahren mit Rekordgeschwindigkeit gestiegen sind.
Die Arbeiten stammen vom Global Carbon Project, einer Initiative, die weltweit Treibhausgasemissionen verfolgt.
Obwohl über 150 Länder im Rahmen des Global Methane Pledge versprochen haben, die Methanemissionen in diesem Jahrzehnt um 30 % zu reduzieren, ist das bislang kaum geschehen. Diese globale Verpflichtung wurde 2021 von der EU und den USA ins Leben gerufen.
Im Gegenteil steigen die globalen Methanemissionen – von denen jetzt zwei Drittel aus menschlichen Aktivitäten wie Landwirtschaft, Nutzung fossiler Brennstoffe, Deponien und anderem Abfall stammen – tatsächlich schneller als je zuvor.
Der Trend „kann nicht weitergehen, wenn wir ein bewohnbares Klima erhalten wollen“, schrieben die Forscher im Papier.
Die atmosphärischen Konzentrationen von CH4 sind derzeit mehr als 2,6‑mal höher als in vorindustriellen Zeiten. In der Tat sind sie jetzt die höchsten, die es in mindestens 800.000 Jahren gab.
Der Verlauf der steigenden Methan-Emissionsraten ist der extremste, den die weltweit führenden Klimawissenschaftler in Emissionsszenarien verwenden. Bei diesem Tempo würde die globale Erwärmung bis zum Ende dieses Jahrhunderts über 5 °F bzw. 3 °C liegen.
Obwohl Methan ein kurzlebiges Treibhausgas ist, wie oben erwähnt, ist es hochwirksam, was es zu einem Hauptziel macht, um die globale Erwärmung kurzfristig zu begrenzen.
Infolgedessen hat sich die politische Aufmerksamkeit auf die Reduzierung von Methanemissionen verstärkt, aber das hat bislang keine Wirkung gezeigt, da die gesamten jährlichen Methanemissionen in den letzten zwei Jahrzehnten tatsächlich um 20 % gestiegen sind. Der menschliche Beitrag liegt bei etwa 18 %, während natürliche Quellen, hauptsächlich aus Feuchtgebieten, in zwei Jahrzehnten nur um 2 % zugenommen haben.
Der Anstieg von 61 Millionen Tonnen bei den CH₄-Emissionen wurde hauptsächlich durch die Öl- und Gasproduktion sowie -nutzung verursacht, zusammen mit dem Kohlebergbau, dessen Emissionen um 33 % stiegen. Die Zersetzung von Lebensmittel- und organischen Abfällen auf Deponien verzeichnete einen Anstieg von 30 %, während die Emissionen aus der Landwirtschaft um 14 % zunahmen. Die größte mit Menschen verbundene Quelle von Methanemissionen, bemerkte Jackson, sind Kühe.
Wer führt die steigenden CH4-Emissionen an
Wenn es um Länder geht, die am meisten zu den Methanemissionen beitragen, belegt China (16 %) den ersten Platz.
Als Hauptautorin des Earth System Science Data-Papiers bemerkte Marielle Saunois von der Université Paris‑Saclay in Frankreich, dass die größten regionalen Zunahmen bei CH4-Emissionen aus China und Südostasien stammen.
Eine separate Studie von Global Energy Monitor (GEM) warnte kürzlich, dass Chinas Ausbau von Kohleminen seine Methanemissionen weiter erhöhen und die Klimaziele gefährden könnte.
Im Jahr 2023 erreichte Chinas Kohleproduktion mit 4,7 Milliarden Tonnen, etwa 50 % der globalen Produktion, einen Rekord. Jetzt plant das Land ein Projekt, um die Produktionskapazität jährlich um 1,2 Milliarden Tonnen zu erhöhen. Diese Expansion kann die Methanemissionen um 10 Millionen Tonnen steigern.
Während China weiterhin in Kohle für Energie investiert und eine Reihe von „inaktiven, aber betriebsbereiten“ Minen für dringende Bedürfnisse beibehält, sanken die Genehmigungen für Kohlekraftwerke in diesem Jahr um 83 %. Dies deutet auf eine mögliche Verschiebung der Energiepolitik des Landes hin.
China wird nun von Indien (9 %), den Vereinigten Staaten (7 %), Brasilien (6 %) und Russland (5 %) als die größten Methanemittenten der Welt gefolgt.
Laut Saunois:
“Nur die Europäische Union und möglicherweise Australien scheinen die Methanemissionen aus menschlichen Aktivitäten in den letzten zwei Jahrzehnten reduziert zu haben.”
Die nationale Wissenschaftsbehörde Australiens erklärte kürzlich, dass die globalen Methanwerte die Welt auf einen gefährlichen Pfad führen.
Der Global Methane Budget der Behörde, erstellt in Zusammenarbeit mit internationalen Forschungspartnern, darunter CSIRO, berichtete, dass menschengemachte Methanquellen um 61 Millionen metrische Tonnen pro Jahr zugenommen haben, ein Anstieg von 20 % in den letzten zwanzig Jahren.
Landwirtschaft wurde mit 40 % als größter Beitrag zum Budget gemeldet, wobei Viehzucht und Reisfelder als Hauptursachen genannt wurden. Darauf folgte der Sektor fossiler Brennstoffe mit 34 %, feste Abfälle und Abwasser mit 19 % und schließlich die Verbrennung von Biomasse und Biokraftstoffen mit 7 %.
Bessere Quantifizierung des menschlichen Einflusses auf CH4-Emissionen
Um den menschlichen Einfluss auf Methanemissionen besser zu quantifizieren, gingen die Wissenschaftler noch tiefer und stellten fest, dass im Jahr 2020, dem jüngsten Jahr mit vollständigen Daten, 65 % – oder fast 400 Millionen Tonnen – der weltweit emittierten Methanemissionen auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen waren. Abfall und Landwirtschaft zusammen machten etwa zwei Tonnen CH4 pro Tonne aus der fossilen Brennstoffindustrie aus.
Obwohl die Pandemie-Lockdowns vor etwa vier Jahren die Emission von Gasen senken sollten, war das nicht der Fall.
Während der Pandemie sammelten sich etwa 42 Millionen Tonnen CH4 in der Atmosphäre an – das Doppelte des durchschnittlichen jährlichen Anstiegs von 20,9 Millionen Tonnen, der zwischen 2010 und 2019 beobachtet wurde. Das ist auch mehr als das Sechsfache des Anstiegs im ersten Jahrzehnt der 2000er, als er 6,1 Millionen Tonnen pro Jahr betrug.
Der Lockdown reduzierte die verkehrsbedingten Emissionen von Stickstoffoxiden (NOx), was laut den Forschern half, die Anhäufung von Methan in der Atmosphäre zu verhindern.
Allerdings war der vorübergehende Rückgang der Stickstoffoxidverschmutzung nur die Hälfte des Anstiegs der atmosphärischen Methankonzentrationen im Jahr 2020.
“Wir versuchen immer noch, die vollständigen Auswirkungen der COVID-Lockdowns auf das globale Methanbudget zu verstehen. COVID hat fast alles verändert – von der Nutzung fossiler Brennstoffe bis zu den Emissionen anderer Gase, die die Lebensdauer von Methan in der Atmosphäre beeinflussen.”
– Jackson
Die neueste Studie nahm zudem eine wichtige Änderung in der Bilanzierung globaler Methanquellen und „Senken“ vor, zu denen Wälder und Böden gehören, die Methan aus der Atmosphäre entfernen und speichern.
Zuvor klassifizierten die Wissenschaftler des Global Carbon Project sämtliches Methan aus Flüssen, Seen, Teichen und Feuchtgebieten als natürlich. In ihrer neuesten Bewertung unternahmen die Wissenschaftler jedoch den ersten Versuch, die zunehmende Menge an Emissionen aus diesen Quellen, die durch menschliche Aktivitäten entstehen, zu schätzen.
Jackson bemerkte, dass Stauseen hinter Dämmen, die von Menschen gebaut werden, ebenso direkte menschliche Quellen von Methanemissionen sind wie solche aus einem Öl- und Gasfeld. Diese Stauseen emittieren schätzungsweise 30 Millionen Tonnen Methan pro Jahr, da neu untergetauchte organische Materie CH4 freisetzt, wenn sie zerfällt.
Laut Wissenschaftlern haben Menschen in den letzten Jahren ein Drittel der Methanemissionen aus Süßwasser- und Feuchtgebieten beeinflusst. Steigende Temperaturen, Landnutzung, Abwasser und Düngemittelabfluss haben diese Emissionen weiter erhöht.
Unternehmen, die das Methan-Emissionsproblem angehen
Da die Methanemissionen weltweit steigen, haben viele Unternehmen die Aufgabe übernommen, dieses Problem anzugehen. BP (British Petroleum) ist ein solches Unternehmen, das Methanerkennungstechnologien einsetzt, um CH₄-Emissionen aus seinen Öl- und Gasbetrieben im Rahmen seiner umfassenderen Netto-Null-Ziele zu reduzieren.
Ähnlich entwickelt Carbon Clean modulare Technologien, um Methan aus industriellen Prozessen zu erfassen und in wertvolle Produkte umzuwandeln, während Clarke Energy Biogaserzeugungslösungen anbietet, um Methan aus Quellen wie Deponien und Kläranlagen zu erfassen und in erneuerbare Energie umzuwandeln.
Im Technologiebereich tragen Unternehmen wie Project Canary und GHGSat wesentlich bei. Project Canary hilft Industrien, ihre Methanemissionen zu verfolgen, und GHGSat bietet hochauflösendes Satellitenmonitoring, um Methanemissionen von Industrieanlagen zu erkennen und zu messen. Diese Daten helfen den Industrien, Lecks zu identifizieren und Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.
Nun wollen wir uns ein Unternehmen ansehen, das einen innovativen Ansatz für dieses Problem verfolgt, insbesondere im Zusammenhang mit Bitcoin-Mining.
Crusoe Energy Systems
Ein Bitcoin-Miner-Startup, Crusoe Energy Systems, wurde während des Krypto-Bärmarktes 2018 gegründet, um das Problem des Abfackelns von Erdgas zu adressieren. Ein Nebenprodukt der Ölförderung, Erdgas, wird häufig verbrannt, wenn es keine wirtschaftlichen Nutzungsmöglichkeiten gibt oder wenn die Betreiber der Ölfelder es nicht transportieren können. Methan ist ein Hauptbestandteil von Erdgas, und der Verbrennungsprozess von Gas schafft es nicht, CH4 vollständig zu verbrennen.
Crusoe erfasst hier Abfall-Methanemissionen aus Öl- und Gasbetrieben und nutzt es, um modulare Rechenzentren für das Bitcoin-Mining zu betreiben. Dafür verbrennt das Unternehmen Erdgas zur Stromerzeugung, wodurch Methan vollständig verbrennt und CO2 als Nebenprodukt entsteht. Durch die Nutzung eines „Abfallprodukts“ und dessen Umwandlung in nutzbare Energie zu „den niedrigsten Kosten“ reduziert Crusoe Emissionen und ermöglicht gleichzeitig nachhaltige Bitcoin-Mining-Operationen.
Laut Crusoe-Mitbegründer und Präsident Cully Cavness:
“Es gibt weltweit eine enorme Menge an abgefackeltem Gas. Wenn man es komplett einfangen würde, könnte es etwa zwei Drittel des gesamten europäischen Stroms versorgen und die gesamte Rechenzentrumsindustrie vielfach mit Energie versorgen.”
Das „kohlenstoffnegative“ Unternehmen sammelte im April 2022 750 Millionen US‑Dollar an Finanzierung und erhielt eine Post‑Money-Bewertung von 1,75 Milliarden US‑Dollar. Crusoe verfügt über etwa 30 Standorte in allen wichtigen Ölfeldern der USA, darunter einer in Argentinien. Laut seinem Impact‑Report 2023 gab das Unternehmen an, über 200 MW an eingesetzter Kapazität in Cloud‑ und Bitcoin‑Mining‑Geschäften zu haben.
Im Jahr 2021 schloss der Erdgasriese ExxonMobil (XOM ) eine Partnerschaft mit Crusoe, um überschüssiges Gas aus seinen Ölfeldern in North Dakota zum Mining von $1,14‑Billionen‑Marktkapitalisierung BTC zu nutzen.
Letztes Jahr startete das Sustainable Bitcoin Protocol (SBP) ein Pilotprojekt mit Crusoe, um eine Methodik zu entwickeln, die bestätigt, dass die Beschaffung von Abfallgas und die Technologie von Crusoe die Treibhausgasemissionen reduzieren und zum Übergang zu sauberer Energie beitragen.
Vor ein paar Monaten unterzeichnete das in Denver ansässige Unternehmen einen mehrmilliarden‑Dollar‑Deal mit dem Technologieunternehmen Lancium, um im ersten Schritt eines größeren 1,2‑Gigawatt‑Ausbaus ein 200‑Megawatt‑Rechenzentrum zu bauen, um „den einzigartigen Bedürfnissen von KI‑Unternehmen gerecht zu werden“.
Nach dem Bitcoin-Halving im April 2024, das die Blockbelohnungen auf 3,125 BTC reduzierte, suchen Miner nach Diversifizierung, um ihre Betriebe zu finanzieren und profitabel zu sein. Viele Bitcoin-Miner, einschließlich Crusoe, haben seitdem ihren Fokus auf die aufstrebende KI‑Industrie verlagert.
Bei voller Kapazität wird das Crusoe‑Lancium‑Rechenzentrum einer der größten KI‑Rechenzentrumsstandorte der Welt sein. Die Anlage soll voraussichtlich im nächsten Jahr in Betrieb gehen.
“Rechenzentren entwickeln sich schnell weiter, um moderne KI‑Workloads zu unterstützen, was neue Ebenen von Hochdichte‑Rack‑Platz, direkte‑zu‑Chip‑Flüssigkeitskühlung und beispiellose Gesamtenergieanforderungen erfordert.”
– Crusoe’s CEO und Mitbegründer, Chase Lochmiller
Zum ersten Mal im April stammte Crusoes Umsatz hauptsächlich aus seinen KI‑Rechenzentren und übertraf damit die Bitcoin‑Einnahmen.
Fazit
Wie wir gesehen haben, steigen die globalen Methanemissionen weiterhin deutlich an, wobei der menschliche Beitrag ebenfalls einen konstanten Anstieg verzeichnet. Da dieses Treibhausgas der zweitgrößte Verursacher des Klimawandels ist und extreme Hitze- und Wetterereignisse verursacht, ist es entscheidend, entschiedene Schritte zur Reduzierung der Methanemissionen zu unternehmen.
Wir erleben bereits, wie der sich ändernde Klimawandel zu schweren Wetter- und Hitzewellen führen kann. Die Welt hat laut der neuesten Studie „die Schwelle von 1,5 °C Anstieg der globalen durchschnittlichen Oberflächentemperatur erreicht und beginnt gerade erst, die vollen Konsequenzen zu erfahren“.
Während Versuche unternommen wurden, die Methanemissionen durch Vorschriften, Dekarbonisierung und das Global Methane Pledge zu reduzieren, waren sie weitgehend ineffektiv. Es besteht ein größerer Bedarf an einem koordinierten Ansatz, der Regulierung und verbesserte industrielle Praktiken kombiniert und den Weg für neue technologische Innovationen im Energiesektor ebnet.
