Treibhausgase – Identifizierung und Wiederverwendung von Methan

Treibhausgase sind von entscheidender Bedeutung dafür, unseren Planeten bewohnbar zu machen. Allerdings führt die hohe Konzentration dieser wärmespeichernden Gase nun zu einer erheblichen Erwärmung der Erdoberfläche, was zu globaler Erwärmung und Klimawandel führt.

Während Kohlendioxid das wichtigste anthropogene Treibhausgas ist, ist Methan (CH4) weitaus potenter. Dieses vergleichsweise kurzlebige Gas speichert über einen Zeitraum von zwei Jahrzehnten 80‑mal mehr Wärme als CO₂. Laut dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen hat Methan seit vorindustriellen Zeiten etwa 30 % zum Klimawandel beigetragen.

Dieses zweitgrößte Treibhausgas ist der Hauptbestandteil von Erdgas und Biogas.

Methan ist farblos, geruchlos und hochentzündlich. Natürliches Methan kommt unter der Erde vor, wobei Feuchtgebiete die größte Quelle darstellen. Es findet sich zudem unter dem Meeresboden, unter dem antarktischen Eis und in den Ozeanen. Das Gas entsteht außerdem durch Vulkane sowie durch den Zerfall von Pflanzen‑ und Tiermaterial.

Ein wichtiger Faktor für die Freisetzung von Methan in die Umwelt sind menschliche Aktivitäten, zu denen Deponien, landwirtschaftliche Tätigkeiten, Viehzucht, Gülle, Kohlebergbau sowie Öl‑ und Gasförderung gehören.

Wird Methan in die Luft freigesetzt, reagiert es auf gefährliche Weise. Es setzt nicht nur Kohlendioxid durch Oxidation frei, sondern trägt auch zur Bildung von Ozon bei. Dadurch wird die Luftqualität verringert, was zu vorzeitigen Todesfällen beim Menschen, geringeren Ernteerträgen und Gesundheitsproblemen bei Tieren führt.

Beim Menschen kann dieses potente Treibhausgas Asthma, Herz‑ und Gefäßerkrankungen sowie ein erhöhtes Schlaganfallrisiko auslösen. Eine Methanvergiftung kann zudem zu Erstickungsgefahr führen.

Hohe Methankonzentrationen können Gedächtnisverlust, verwaschene Sprache, Übelkeit, Hautrötungen, Kopfschmerzen, Erbrechen, Stimmungsschwankungen und Sehprobleme verursachen. Der Kontakt mit unter Druck freigesetztem verflüssigtem Methan kann zudem Erfrierungen hervorrufen.

Angesichts der schädlichen Wirkung von Methan liegt der Fokus zunehmend darauf, die Emissionen genauer zu quantifizieren und die Methanverschmutzung drastisch zu reduzieren, um die schlimmsten Klimaauswirkungen zu verhindern.

Methanemissionen aus Gülle weitaus größer

Farmvieh ist eine prominente Quelle von Methanemissionen aus der Landwirtschaft. Laut der aktuellen Schätzung des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) macht es 12 % bis 14,5 % aller vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen aus.

Die nationalen Treibhausgasinventare berichten jedoch, dass Emissionen, die direkt aus den Verdauungssystemen von Tieren (Enterische Fermentation) stammen, drei‑ bis neunmal höher sind als jene aus der Gülleverwaltung, also dem Lagern und Ausbringen von Gülle und Mist. Dennoch könnten die Emissionen aus diesen beiden Bereichen näher bei einem Verhältnis von 50 : 50 liegen.

Neuen Forschungen zufolge könnten die tatsächlichen Methanemissionen aus Güllelagerungen auf Milchviehhöfen bis zu fünfmal höher sein als die offiziellen Statistiken vermuten lassen.

Die Studie, durchgeführt von der University of East Anglia (UEA) und der gemeinnützigen International Fugitive Emissions Abatement Association (IFEAA), basiert auf Berechnungen von zwei Milchviehfarmen in England.

Die Forschung legt nahe, dass die derzeit von den Ländern zur jährlichen Meldung an das IPCC verwendeten „Tier‑2“-Berechnungen nicht robust genug sind, was zu einer Unterschätzung führt.

Die Messungen der Emissionen aus Güllelagerungen wurden von Forschern in den Jahren 2022‑23 analysiert. Um Methan zu erfassen, wurden luftdichte Abdeckungen über die Güllelagerungen gespannt, die zeigten, dass diese weitaus mehr CH₄ erzeugen als bisher angenommen.

Den Ergebnissen zufolge betrug die tatsächliche Emission 145 kg pro Kuh pro Jahr auf einer Farm und 198 kg pro Kuh pro Jahr auf der anderen Farm. Das entspricht dem 3,8‑‑5,2‑fachen des offiziellen Werts von 38 kg pro Kuh, der im britischen Nationalinventar angegeben wird.

Während die gängige internationale Methodik die Methanemissionen aus Güllelagerungen zu unterschätzen scheint, sagt die Forschung, dass wir heute über die Technologie verfügen, die dieses Problem in eine Geschäftschance verwandeln kann. Methan lässt sich tatsächlich leicht auffangen und dann als fossile‑Brennstoff‑Alternative nutzen, wodurch „eine zusätzliche Einnahmequelle für Bauern entsteht“.

Professor Neil Ward vom Tyndall Centre for Climate Change Research an der UEA betont das enorme Potenzial, dieses Methan in eine erneuerbare Energiequelle umzuwandeln, und weist darauf hin, dass die Nutzung von Methan als Brennstoff Landwirken helfen kann, ihre Energiekosten zu senken und energieunabhängig zu werden.

Die Erfassung und Umwandlung des emittierten Methans in Biogas könnte einem durchschnittlichen Milchviehbetrieb etwa £52.500 an Kraftstoffkosten einsparen. Insgesamt könnte diese Kosteneinsparung für den Milchviehsektor über £400 Mio. betragen.

Bestehende Technologie kann das Gas auffangen, und wenn es in den gesamten EU‑Milchviehbeständen eingesetzt wird, könnte dies die Emissionen um geschätzte 5,8 % des Budgets zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5 °C reduzieren, so die Forschung.

Die erhebliche Unterschätzung der Emissionen aus der Gülleverwaltung bedeutet, dass nicht nur die Schätzungen ungenau sind, sondern auch die Prioritäten bei Reduktionsoptionen verzerrt sein können.

„Diese Forschung stellt daher einen dringenden Aufruf zum Handeln und zu weiterer Arbeit dar, um Methanemissionen aus der Gülleverwaltung besser zu verstehen.“

– Prof. Ward

Die Studie empfiehlt daher der Regierung, die Zuschüsse für Güllelager‑Abdeckungen sowie die zugehörige Gasaufbereitung zu erhöhen und gleichzeitig Steuererleichterungen für Investitionen in die Rückgewinnung und Nutzung von Methan einzuführen sowie das Planungs‑ und Genehmigungsverfahren zu vereinfachen.

„Die Technologie zur Erfassung, Aufbereitung und Nutzung des Methans, das derzeit in die Atmosphäre entweicht und zur Anhäufung von Treibhausgasen beiträgt, existiert und sieht wirtschaftlich vielversprechend aus, insbesondere wenn ein Anreizrahmen für Kapitalinvestitionen auf Bauernhöfen, gekoppelt mit regulatorischer Unterstützung, umgesetzt werden kann.“

– Prof. Penny Atkins, CEO der IFEAA

Die Reduzierung von Methanemissionen ist laut George Eustice, Vorsitzender der IFEAA und ehemaliger Umweltminister, „entscheidend für den Weg zu Netto‑Null“. Da Methan ein potentes, aber kurzlebiges Treibhausgas ist, kann die Emissionsreduktion zudem helfen, den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 °C zu begrenzen.

Damit kam die Studie zu dem Schluss, dass der kollektive CH₄‑Beitrag aus der Gülleverwaltung von Milchviehfarmen bemerkenswert ist und dass es erhebliche Vorteile gibt, früher als später zu handeln, um Emissionen zu begrenzen.

Der CO2‑Fußabdruck von LNG ist ebenfalls deutlich höher

Eine neue Cornell‑Studie besagt zudem, dass der CO₂‑Fußabdruck von verflüssigtem Erdgas (LNG) weitaus schlechter ist – 33 % höher als bei Kohle, wenn Verarbeitung und Versand mit einbezogen werden.

Während der Gewinnung, Verarbeitung, des Transports und der Lagerung von LNG werden CH₄ und CO₂ freigesetzt, und diese Emissionen machen etwa die Hälfte des gesamten Treibhausgas‑Fußabdrucks aus.

Bei der Analyse des atmosphärischen Einflusses verschiedener Treibhausgase zeigt sich, dass der CO₂‑Fußabdruck von LNG über einen Zeitraum von zwei Jahrzehnten ein Drittel größer ist als der von Kohle. Selbst über einen Zeitraum von einem Jahrhundert liegt der Fußabdruck von LNG gleich oder übertrifft den von Kohle.

Sowohl Schiefergas als auch Erdgas sind nach Ansicht des Studienautors Robert Howarth schlecht für das Klima, aber LNG sei „schlimmer“. Während LNG aus Schiefergas hergestellt wird, erfordert der Prozess das Abkühlen auf minus 260 °F, um es in flüssiger Form zu erhalten, und anschließend den Transport mit großen Tankern, was Energie verbraucht.

Diese Transportart hat ökologische Kosten. Moderne Tanker mit Zwei‑ oder Viertaktmotoren stoßen weniger CO₂ aus als dampfbetriebene Schiffe, und sie verbrennen LNG während Lagerung und Transport, wodurch CH₄ in den Abgasen entweicht.

Bei dampfbetriebenen Tankern wird fast kein Methan in den Abgasen freigesetzt. Dies kann teilweise ihre höheren CO₂‑Emissionen ausgleichen.

Die Methanemissionen der Tanker liegen laut Studie zwischen 3,9 % und 8,1 %, abhängig vom Schiff. Beim Verflüssigungsprozess von Erdgas kommt dies auf etwa 8,8 % des Gesamtemissionspotenzials nach dem Global‑Warming‑Potential.

Laut Studie hat der Tankertyp nur geringen Einfluss auf den Treibhausgas‑Fußabdruck von LNG, da sie kraftstoffeffizienter sind und daher weniger CO₂, dafür aber mehr Methan‑Durchlässigkeit in den Abgasen aufweisen.

Wenn über den Einfluss der Schiffsgeschwindigkeit auf Emissionen gesprochen wird, stellt der Autor fest, dass langsamere Geschwindigkeiten zu deutlich höheren Effizienzen führen, wodurch sowohl CO₂‑ als auch CH₄‑Emissionen reduziert werden. Die Arbeit lautet:

„Dennoch sind die Emissionen von Tankern nur ein kleiner Teil des Gesamtemissionsvolumens von LNG.“

Es sind die vorgelagerten und mittleren Emissionen aus Schiefergas, die den größten Anteil am CO₂‑Fußabdruck von verflüssigtem Erdgas ausmachen, das die USA exportieren.

CO₂ aus der Endnutzung von verflüssigtem Erdgas trägt tatsächlich nur 34 % zum gesamten Treibhausgas‑Fußabdruck von LNG bei, während vorgelagerte und mittlere Methanemissionen für 38 % der gesamten LNG‑Emissionen verantwortlich sind. Werden die CO₂‑Emissionen aus der Energie, die zur Herstellung von LNG verwendet wird, hinzugerechnet, machen die vorgelagerten und mittleren Emissionen im Durchschnitt 47 % des gesamten GHG‑Fußabdrucks von LNG aus. Laut Howarth:

„Fast alle Methanemissionen entstehen vorgelagert, wenn man das Schiefergas fördert und verflüssigt. Das wird alles nur noch verstärkt, um das verflüssigte Erdgas auf den Markt zu bringen.“

Das bedeutet, dass verflüssigtes Erdgas „immer“ einen größeren Klima‑Fußabdruck hat als Erdgas und damit „deutlich schlechter abschneidet als Kohle“.

Laut der Forschung haben diese Erkenntnisse Auswirkungen auf die LNG‑Produktion in den USA, die derzeit der weltweit größte Exporteur ist. Während das Land den Export von LNG zunächst verbot, hob es das Verbot 2016 auf, und seitdem sind die Exporte stark gestiegen. Im Jahr 2023 machten die USA 21 % des weltweiten LNG‑Transports aus, und Präsident Biden setzte erst Anfang dieses Jahres ein Moratorium für die zunehmenden Exporte.

Fast die gesamte Zunahme der Erdgasproduktion in den USA im letzten Jahrzehnt stammt aus Schiefergas. Die Produktion von Schiefergas zusammen mit der Verflüssigung zu LNG und dem anschließenden Transport ist energieintensiv und trägt erheblich zum Treibhausgas‑Fußabdruck bei.

Während Regierungen weltweit einen raschen Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, einschließlich Erdgas, fordern, hat verflüssigtes Erdgas einen deutlich höheren CO₂‑Fußabdruck als Erdgas. Howarth sagte: „Das Ende der Nutzung von LNG sollte eine globale Priorität sein.“

Demnach ist der Umstieg von Kohle auf LNG nicht der richtige Weg, wie Howarth betont, da dafür massive Infrastrukturinvestitionen nötig wären. Er empfiehlt, finanzielle Mittel zu nutzen, um so schnell wie möglich eine fossilen‑Brennstoff‑freie Zukunft aufzubauen – ein weitaus besserer Ansatz.

Eine kraftvolle Alternative: Methangas zum Bitcoin‑Mining nutzen

Da das Bitcoin‑Mining wegen seines hohen Energieverbrauchs kritisiert wird, stellt die Umwandlung von Methangas aus tierischen Abfällen in Energie einen innovativen und proaktiven Ansatz dar, um Treibhausgasemissionen zu mindern.

Diese Kombination aus BTC‑Mining und Methan‑Abscheidung ermöglicht es, diese Emissionen in eine wertvolle Quelle für Spitzentechnologie zu verwandeln, anstatt zur globalen Erwärmung beizutragen.

Da Bitcoin‑Miner praktisch überall auf der Welt betrieben werden können, eröffnet dies Chancen selbst für die entlegensten, abgelegenen und übersehenen Deponien. Deponien sind eine Hauptquelle für Methan. In den USA sind sie die drittgrößte Quelle menschbezogener Methanemissionen.

Bitcoin‑Mining‑Unternehmen können das Methan aus Deponieabfällen auffangen und in Strom umwandeln, um ihre Mining‑Riggs zu betreiben, wodurch sämtlicher Abfall in eine wertvolle Ressource verwandelt wird.

Eine weitere Möglichkeit für Bitcoin‑Miner, diese Energie zu nutzen, besteht darin, Mining‑Operationen in der Nähe von Ölfeldern zu etablieren, wo Methan häufig verbrannt wird, weil keine Infrastruktur für dessen Nutzung besteht. Durch das Abfangen dieses Gases können Abfall und Verschmutzung weiter reduziert werden.

Ein solches Projekt bietet weitere Vorteile, darunter die direkte Monetarisierung von Methan vor Ort ohne teure Investitionen, was eine schnelle Implementierung und Einnahmenerzeugung ermöglicht. Mit minimalen Investitionen können Bitcoin‑Miner zudem auf kostengünstige erneuerbare Energiequellen zugreifen und ihre Abhängigkeit vom lokalen Stromnetz verringern, während schädliches Gas in Energie umgewandelt wird.

Auf diese Weise kann Bitcoin dazu beitragen, den Übergang zu saubereren und nachhaltigeren Energiequellen zu fördern. Gleichzeitig können Bitcoin‑Miner nachhaltig arbeiten und das Netzwerk als potenziellen ökologischen Gewinn positionieren.

Chainergy ist ein Unternehmen, das aktiv an der Umwandlung von Methangas in Energie für das Bitcoin‑Mining arbeitet. Dieser Schritt verschaffte dem Unternehmen zudem Zugang zu Strom zu wettbewerbsfähigen Preisen und festigte seine Präsenz auf dem Energiemarkt.

Crusoe Energy Systems ist ein weiteres Unternehmen, das Methan‑Abfallemissionen aus Öl‑ und Gasoperationen auffängt und zur Stromversorgung von Bitcoin‑Mining‑Rechenzentren nutzt. Im Jahr 2021 ging ExxonMobil (XOM ) eine Partnerschaft mit Crusoe ein, um überschüssiges Gas eines seiner Ölfelder zum Bitcoin‑Mining zu verwenden.

#1. Mara Digital Holdings

Dieses Bitcoin‑Mining‑Unternehmen erforscht nachhaltige und netzunabhängige Energielösungen und arbeitet dafür mit verschiedenen Energieversorgern zusammen. Eine solche Initiative beinhaltet das Experimentieren mit Methangas aus Deponien zur Stromversorgung seiner Operationen.

Im November 2023 kündigte das Unternehmen eine Partnerschaft mit Nodal Power an, das erneuerbare Energieanlagen entwickelt und betreibt, um sein BTC‑Mining‑Projekt in Utah zu starten. Dieses Pilotprojekt mit 280 kW wird vollständig mit Deponie‑Methangas betrieben und ist bereits voll funktionsfähig. Marathon‑CEO Fred Thiel sagte damals:

„Bei Marathon suchen wir ständig nach innovativen Wegen, unsere Operationen zu diversifizieren, unsere Energiekosten zu senken und die einzigartigen Aspekte des Bitcoin‑Minings zu nutzen, um die Umgebungen, in denen wir tätig sind, zu verbessern.“

Durch das Auffangen des aus Deponien emittierten CH₄ und dessen Umwandlung in Strom für die Bitcoin‑Miner des Unternehmens, bemerkte Thiel, sei Marathon „einzigartig positioniert, um dieses schädliche Gas in eine produktive Quelle sauberer, erneuerbarer Energie zu verwandeln.“

Die Unternehmensanteile (MARA: NASDAQ) werden derzeit bei $16 gehandelt, ein Rückgang von 31,93 % seit Jahresbeginn (YTD) im Vergleich zu einem Anstieg von 61,4 % des Bitcoin‑Werts im selben Zeitraum, wobei der Kurs nahe $62.300 liegt. Mit einer Marktkapitalisierung von $4,70 Mrd. hat Mara ein EPS (TTM) von 1,73, ein KGV von 9,22 und eine Eigenkapitalrendite (TTM) von 26,26 %.

Letzte Woche veröffentlichte einer der weltweit größten börsennotierten Bitcoin‑Miner unaudited Updates für September, in denen die aktivierte Hash‑Rate auf 36,9 EH/s gesteigert wurde – ein Anstieg von 5 % gegenüber dem Vormonat. Das Unternehmen plant, bis Jahresende 50 EH/s zu erreichen. Gleichzeitig stieg die BTC‑Produktion um 5 % auf 705 BTC.

„Wir sind stolz darauf, im September einen Marathon‑Wert an Bitcoin‑HODL übertroffen zu haben und verfügen derzeit über fast 27.000 BTC in unserer Bilanz.“

– CEO Fred Thiel

Mara hat zudem eine Offenlegung an das Climate Disclosure Project (CDP) eingereicht, das sein „Engagement für ökologische Transparenz und Unternehmensverantwortung“ unterstützt.

Fazit

Der Klimawandel bleibt eine drängende Herausforderung, da die globale Durchschnittstemperatur alle zehn Jahre um 0,175 °C steigt. Ein wesentlicher Verursacher dieser aktuellen Erwärmung ist Methan (CH₄), das weitaus stärker erwärmt als CO₂.

Während die Reduzierung von Methanemissionen aus der Viehzucht als schwieriges Problem gilt, kann sie, wie wir berichtet haben, einen großen und schnellen Einfluss auf die Verringerung der Erwärmung haben und gleichzeitig wirtschaftliche Chancen bieten, fossile Brennstoffe zu ersetzen. Dann gibt es die Umwandlung von Methan aus tierischen Abfällen in Energie für das BTC‑Mining, die eine weitere einzigartige und rentable Lösung darstellt, die das energieintensive Wesen des Bitcoin‑Minings adressiert und gleichzeitig den gesamten Abfall in wirtschaftlichen Wert umwandelt. Diese Bemühungen können den Weg zu einer nachhaltigen Zukunft effektiv ebnen.