Zum Hauptinhalt springen
Mülldeponie

Ein Leitfaden zur Überwachung und Quantifizierung von Methanemissionen aus dem Abfallsektor

13. Februar 2024 Arbeitsbereich: Methan

Methan ist ein Treibhausgas und ein Klimaschadstoff, der für etwa ein halbes Grad Celsius der derzeitigen Erwärmung verantwortlich ist, was seine Emissionen zu einem wichtigen Ziel für die Eindämmung des Klimawandels macht. Mit der Einführung des Global Methane Pledge durch die Vereinigten Staaten und die Europäische Union im Jahr 2021 rückten die Bemühungen zur Eindämmung von Methan ins Rampenlicht. Seit der COP26 haben 155 Länder die Zusage unterzeichnet und sich verpflichtet, die weltweiten Methanemissionen bis 2030 um 30 % zu reduzieren.  

Der größte Teil der vom Menschen verursachten Methanemissionen stammt aus drei Sektoren: Landwirtschaft, fossile Brennstoffe und Abfall. Innerhalb jedes Sektors wurden zahlreiche kostengünstige Maßnahmen zur Emissionsminderung identifiziert, und einige der größten Möglichkeiten liegen im Abfallsektor. Der Abfallsektor ist für etwa 20 % der anthropogenen Methanemissionen verantwortlich. Diese werden freigesetzt, wenn organische Abfälle - Lebensmittel- und Gartenabfälle, Papier, Pappe, Holz und Körperabfälle - in der sauerstofffreien Umgebung von Deponien, Mülldeponien und Abwasseranlagen auf der ganzen Welt abgebaut werden. 

Bis vor einigen Jahren hatte die Methanverschmutzung durch Mülldeponien und Müllkippen für die meisten Regierungen keine hohe Priorität. Glücklicherweise ändert sich dies durch die Dynamik des Global Methane Pledge sowie durch Fortschritte in der Fernerkundungstechnologie, die es uns ermöglichen, diesen unsichtbaren Schadstoff zu erkennen und die Emissionsquellen leichter zu lokalisieren. Aufbauend auf diesen Fortschritten und Beispielen aus dem Öl- und Gassektor sind wir davon überzeugt, dass diese Instrumente als Grundlage für politische Maßnahmen dienen können, die uns helfen, die Methanverschmutzung effizient zu beseitigen.  

Wie die Überwachung und Quantifizierung von Methanemissionen aus Abfällen funktioniert 

Deponieemissionen werden traditionell anhand von Zerfallsmodellen erster Ordnung (FOD) geschätzt, die zunehmend kritisiert werden, weil sie auf alten Feldstudien und fehlerhaften Annahmen beruhen. Studien zeigen, dass die Genauigkeit von FOD-Modellen mit der Verwendung standortspezifischer Daten zunimmt. Der Mangel an aktuellen Informationen auf Anlagenebene ist jedoch ein offenes Geheimnis im Abfallsektor, wo die Modellierung oft auf Standardwerten, Annahmen und jahrzehntealten Daten beruht.  

Glücklicherweise erleichtern die jüngsten Fortschritte bei der Überwachung von Methanemissionen die Erkennung und Quantifizierung von Emissionen an diesen Standorten. Von tragbaren Instrumenten, die Lecks aufspüren, bis hin zu weltraumgestützten Technologien, die ein Luftbild von verteilten Quellen liefern können, verändern diese Instrumente unser Verständnis von Methanemissionen und erweitern die verfügbaren Ansätze für die Festlegung von Zielen, die Überwachung und die Überprüfung von Emissionsreduzierungen.  

Diese Technologien erfüllen drei wesentliche Aufgaben: 

  • Verbesserung der modellierten Methanschätzungen: Durch den Vergleich von Messungen mit modellierten Schätzungen von Methanemissionen aus Deponien können wir die Emissionen dieser Anlagen besser verstehen und die den Modellen zugrunde liegenden Annahmen verfeinern, um ihre Schätzungen zu verbessern. 
  • Quantifizierung von Emissionen und Priorisierung von Standorten für Minderungsmaßnahmen: Die Messung von Emissionen kann dazu beitragen, die Verzeichnisse auf lokaler, regionaler und nationaler Ebene zu verbessern, was für die Festlegung von Methanreduktionszielen und die Verfolgung von Fortschritten entscheidend ist. Verbesserte Schätzungen auf Anlagenebene können auch dabei helfen, zu entscheiden, wie und wo die begrenzten finanziellen und kapazitären Ressourcen für Minderungsmaßnahmen eingesetzt werden sollen.  
  • Untersuchung von Endlagerstätten, um Emissionsquellen und Leckagen ausfindig zu machen: Das Wissen um die genaue Lage der Methanverschmutzungsquellen an den Endlagerstätten kann den Betreibern helfen, die geeigneten Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen zu bestimmen. So würde beispielsweise ein Leck in einem Gasabscheidungssystem einen anderen Ansatz erfordern als Emissionen, die aus dem Betrieb an der Arbeitsfläche der Anlage stammen. 

Messungen auf oder in der Nähe der Deponie    

Man würde erwarten, dass der einfachste Weg zum Verständnis von Deponieemissionen darin besteht, sie vor Ort zu messen. Im Laufe der Jahre haben Deponiebetreiber, lokale Behörden und Wissenschaftler verschiedene Techniken eingesetzt, um die Emissionen nahe der Deponieoberfläche zu verstehen. Diese Methoden werden häufig eingesetzt, um Deponieemissionen abzuschätzen, die Wirksamkeit von Emissionsmodellen zu bewerten und unerwartet hohe Emissionen (z. B. durch defekte Deponieabdeckungen oder nicht funktionierende Geräte) zu erkennen. Das einfachste Screening-Verfahren sind Begehungen mit tragbaren Gasanalysatoren, die nur einen halbquantitativen Überblick über die Emissionen liefern. Bei solchen Erhebungen trägt ein Betreiber ein tragbares Methanmessgerät bei sich, während er über die Deponieoberfläche geht (sofern dies gefahrlos möglich ist), um nach erhöhten Methankonzentrationen zu suchen, die auf ein mögliches Methanleck hinweisen würden. Diese Untersuchungen können jetzt auch mit Drohnen durchgeführt werden, die das große Deponiegebiet effizienter überwachen können, was zu mehr Methanmessungen und damit zu einer besseren Identifizierung von Emissions-Hotspots führt. Solche Messungen sind wichtig, da sie die Betreiber über Emissions-Hotspots informieren und ihnen bei der Diagnose und Behebung der festgestellten Probleme helfen können. 

Um quantitative Emissionsschätzungen zu erhalten, besteht eine typische Strategie darin, zu messen, wie viel Methan an einigen ausgewählten Stellen durch die Deponieoberfläche entweicht. Dies geschieht in der Regel mit so genannten "Oberflächenflusskammern". Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Kästen mit offener Unterseite, die auf der Deponieoberfläche aufgestellt werden; ein Methanmessgerät überwacht, wie schnell sich der Kasten mit Gas füllt, und quantifiziert so die Methanemissionsrate. Die Methanemissionen innerhalb einer Deponie schwanken jedoch sowohl von Ort zu Ort als auch mit der Zeit stark, so dass die Schätzung der Gesamtemissionen mit dieser Technik zeitaufwändig und ungenau sein kann. Mehrere andere Techniken, wie die Kombination schneller Messungen der Methankonzentration auf der Deponie mit lokalen Winddaten, können größere Deponiebereiche auf Emissionen überwachen. Aufgrund der Größe der Deponie, der eingeschränkten Zugänglichkeit und der typischerweise komplexen Topografie sind solche Techniken in der Praxis jedoch schwierig anzuwenden.  

Eine andere Möglichkeit, Methanemissionen zu quantifizieren, besteht darin, Methan fernab der Deponie zu messen, da es vom Wind fortgetragen wird. Dazu können Methanmessgeräte an Autos, Flugzeugen oder neuerdings sogar an Drohnen angebracht werden. Solche Messungen werden mit Winddaten kombiniert, um die Gesamtemissionsraten der Deponie zu berechnen. Diese Methoden können eine Schätzung der gesamten Methanemissionen liefern, geben aber kaum Aufschluss über die genaue Quelle der Emissionen. Auf diese Weise können sie zur Verbesserung von Emissionskatastern, zur Bewertung von Modellen oder zur Überwachung der Leistung eines Gasauffangsystems verwendet werden, nicht aber zur Festlegung spezifischer Minderungsmaßnahmen an bestimmten Stellen der Deponie.   

Messungen mit Fernerkundungsinstrumenten 

Eine neue Generation von kameraähnlichen Instrumenten, die in Flugzeugen und Satelliten installiert werden, verspricht, uns die Emissionen von Deponien aus der Vogelperspektive zu zeigen. Diese Fernerkundungsinstrumente, wie die Kameras offiziell genannt werden, beobachten die sonnenbeschienene Oberfläche der Deponie und suchen nach winzigen Veränderungen der Strahlungsintensität, die auf große Methankonzentrationen über der Deponie hinweisen könnten. Diese Daten werden mit Windinformationen und fortschrittlichen Algorithmen kombiniert, um sowohl Emissionen zu erkennen als auch deren Ausmaß zu quantifizieren. Diese Techniken waren den Wissenschaftlern schon lange bekannt, haben aber in letzter Zeit aufgrund verbesserter Technologien, des kostengünstigen Zugangs zum Weltraum und des weltweiten Interesses an der Methanüberwachung, insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, große Fortschritte bei der praktischen Anwendung gemacht. 

Die Entfernung zwischen den Deponien und diesen Instrumenten ist jedoch immer noch wichtig. Ein typisches Fernerkundungsinstrument, das von einem Flugzeug aus betrieben wird, kann Methanemissionen in einem Abstand von nur wenigen Metern auflösen und den Betreibern Informationen über den möglichen Standort von Methanlecks liefern. Von einem Satelliten aus gestartet, verlieren die Instrumente einen Teil ihres Auflösungsvermögens. Aber nicht alle Satelliteninstrumente sind gleich: Einige Instrumente sind darauf ausgelegt, die Methankonzentration in der Atmosphäre über großen Gebieten wie Großstädten und tropischen Feuchtgebieten zu charakterisieren, während andere Instrumente darauf ausgelegt sind, aktive, aber kleine Emissionsquellen von Anlagen auf der ganzen Welt zu erkennen. Erstere können zur Schätzung der Gesamtemissionen einer Stadt verwendet werden, während letztere zur Überwachung von Emissionen aus bestimmten Deponien eingesetzt werden können.  

Fernerkundungsinstrumente liefern bereits neue Erkenntnisse über die Emissionen von Mülldeponien. So haben Wissenschaftler im Jahr 2022 eine Kombination von Satelliteninstrumenten eingesetzt, um die Emissionen von Deponien in Buenos Aires, Delhi, Lahore und Mumbai zu überwachen. Dabei stellten sie Emissionen fest, die bis zu 29 Tonnen Methan pro Stunde und bis zum 2,6-fachen der offiziell gemeldeten Werte erreichen. Darüber hinaus stellten sie fest, dass die Emissionen von Mülldeponien bis zu 50 % der Emissionen in diesen Städten ausmachen können.  

Abb. 1: Methanemissionen aus der Mülldeponie Norte III in Buenos Aires, Argentinien. Von GHGSat-C1/C2 beobachtete Methanfahnen Quelle: Maasakkers et al., 2022.

In getrennten Studien nutzten Wissenschaftler Fernerkundungsmessungen von Flugzeugen aus, um große Emissionen von Mülldeponien in Kalifornien und Pennsylvania aufzudecken. Mithilfe von hochauflösenden Methanbildern leiteten sie die Deponiebetreiber an, Maßnahmen zur Verringerung der Emissionen zu ergreifen, und überprüften deren Wirksamkeit anhand neuer Messungen. In Pennsylvania gelang es den Deponiebetreibern, die beobachteten Emissionen um 37 % zu senken. In Kalifornien gelang es ihnen außerdem, die von der Deponie ausgehenden Geruchsbelästigungen und Beschwerden der umliegenden Gemeinden zu verringern

Aufgrund dieser vielversprechenden Ergebnisse gehen wir davon aus, dass die Fernerkundung durch Flugzeuge und Satelliten das Management von Methan-Deponien entscheidend verändern wird. Dort, wo es Vorschriften gibt, kann die Fernerkundung dazu beitragen, die Einhaltung der Vorschriften zu überwachen und im Falle von Störungen schnelle Abhilfemaßnahmen einzuleiten. In Teilen der Welt, die weniger gut erforscht und/oder weniger reguliert sind, können Fernerkundungsinstrumente schnell große Methanemissionen lokalisieren, lokale Betreiber und politische Entscheidungsträger informieren und dabei helfen, Prioritäten für Maßnahmen zur Methanminderung zu setzen. Insbesondere weltraumgestützte Instrumente können uns zum ersten Mal ein genaues globales Bild der Methanemissionen von Mülldeponien vermitteln und den Grundstein für schnelle Programme zur Eindämmung der Emissionen legen.  

Fernerkundungsinstrumente sind jedoch kein Allheilmittel, um das Datenproblem im Abfallsektor zu lösen. In den meisten Fällen sind sie besser in der Lage, Punktquellen aufzuspüren (d. h. Methanemissionen, die aus einem kleinen Bereich der Deponie stammen, wie z. B. ein Leck an einem Deponiegasbrunnen), können aber verteilte Quellen wie Methanemissionen aus einem größeren Gebiet nicht erkennen. Zweitens könnte sich ihre Wirksamkeit je nach Standort und Jahreszeit ändern, da ihre Leistung unter anderem von der Bewölkung, der Schneedecke und den vorherrschenden Windverhältnissen abhängt. Aus diesen Gründen können wir diese Instrumente nur als Komponenten eines mehrstufigen Überwachungssystems voll nutzen, das auch bodengestützte Überwachung und Modellierung mit verbesserten anlagenspezifischen Daten umfasst, um genaue Informationen über die Methanemissionen zu liefern, die den Bedürfnissen der verschiedenen an der Bewältigung des Methanemissionsproblems beteiligten Akteure entsprechen.    

Nach dem Aufspüren von Methan folgt die Eindämmung  

Studien haben gezeigt, dass bis zu 80 % der Methanemissionen aus Abfällen mit den heute verfügbaren technischen Lösungen beseitigt werden könnten. Nach Angaben des Umweltprogramms der Vereinten Nationen und der Climate and Clean Air Coalition haben bis zu 60 % der Maßnahmen zur Emissionsminderung geringe oder negative Kosten

Die Regierungen auf allen Ebenen haben bereits begonnen, Lösungen zu entwickeln. Ljubljana, die Hauptstadt Sloweniens, hat 2014 ein Null-Abfall-Konzept eingeführt und die Gesamtabfallmenge, die an die Endlagerstätten geliefert wird, um 95 % reduziert. Indore, Indiens "sauberste Stadt" mit über 3 Millionen Einwohnern, hat eine obligatorische Mülltrennung eingeführt und gleichzeitig eine tägliche Haus-zu-Haus-Sammlung mit über 600 GPS-gestützten Fahrzeugen eingeführt. 90 % der Haushalte in Indore trennen derzeit ihren Abfall. Weitere Informationen über Maßnahmen zur Abfallvermeidung und Beispiele aus der ganzen Welt finden Sie in unserem früheren Blog-Beitrag über Abfallmethan.  

Unter Clean Air Task Force haben wir zusammen mit unseren Partnern RMI die Waste Methane Assessment Platform (Waste MAP) ins Leben gerufen, um die Verfügbarkeit und Robustheit von Daten aus dem globalen Abfallsektor zu verbessern, die Transparenz von Methanemissionen zu erhöhen und bewährte Verfahren zur Emissionsreduzierung auszutauschen. Darüber hinaus arbeiten wir an der Zusammenstellung von Leitlinien für nationale Maßnahmen zur Reduzierung von Abfallmethan, um "Best-in-Class"-Maßnahmen und -Vorschriften hervorzuheben, die von Vorschriften zur Abfalltrennung bis hin zu Standards für die Abscheidung von Deponiegas reichen, und um wichtige Lücken zu ermitteln.  

Viele weitere Ressourcen sind verfügbar. Die Global Methane Initiative verfügt beispielsweise über eine Vielzahl von Ressourcen zur Reduzierung von Methanemissionen aus festen Siedlungsabfällen und zur Förderung der Biogasentwicklung. Weitere wichtige Ressourcen sind der Bericht von RMI, Carbon Mapper und IG3IS über Schlüsselstrategien zur Verringerung von Methanemissionen aus festen Siedlungsabfällen und der Methane Matters Report der Global Alliance for Incinerator Alternative.  

Politik weltweit vorantreiben 

Die Länder erkennen die Notwendigkeit, Ziele für Methanabfälle festzulegen und Fahrpläne für deren Umsetzung zu entwickeln. Im August 2023 brachte der chilenische Umweltminister zusammen mit einer Reihe von Bürgermeistern einen Gesetzentwurf ein , der die Entsorgung von organischen Abfällen auf Deponien schrittweise verbietet. Während des Gipfels der nordamerikanischen Staats- und Regierungschefs Anfang 2023 verpflichteten sich die Vereinigten Staaten, Mexiko und Kanada, die Methanemissionen aus festen Abfällen und Abwässern bis 2030 um 15 % gegenüber dem Stand von 2020 zu reduzieren. In der EU prüft die Kommission derzeit Daten über Lebensmittelabfälle, um festzustellen, ob es möglich ist, ein unionsweites Ziel für die Reduzierung von Lebensmittelabfällen bis 2030 festzulegen. Die EU ist auch auf dem besten Weg, ihre Deponierichtlinie im Jahr 2024 zu aktualisieren.   

Gleichzeitig mit der Festlegung von Zielvorgaben und der Entwicklung von Regulierungsansätzen arbeiten andere daran, erhebliche Hindernisse für die Finanzierung von Methanabfalllösungen zu überwinden. Auf der COP28 kündigte die Interamerikanische Entwicklungsbank eine zweckgebundene Finanzierung in Höhe von 372,5 Mio. USD für kürzlich genehmigte Abfallwirtschaftsprojekte in der Region an. Auf dem Kongress der International Solid Waste Association in Oman veranstaltete die Catalytic Finance Foundation einen Workshop zur Ermittlung von Hindernissen und Voraussetzungen für die Finanzierung von Abfallinfrastrukturen zur Methanreduzierung mit dem letztendlichen Ziel, einen Mischfinanzierungs-Investitionsfonds für nachhaltige Abfallwirtschaftsinfrastrukturen zu schaffen.

Gleichzeitig arbeitet CATF mit dem US-Außenministerium, der SCALE-Initiative und einem Konsortium anderer Partner zusammen, um die Entwicklung der Initiative zur Senkung des Methanausstoßes aus organischen Abfällen (LOW-Methane) zu unterstützen und den Fortschritt bei der Umsetzung der Globalen Methan-Zusage deutlich zu beschleunigen, indem ehrgeizige Verpflichtungen zur Senkung des Methanausstoßes im Abfallsektor hervorgehoben und Ressourcen zur Unterstützung dieser Verpflichtungen mobilisiert werden. Die LOW-Methane-Initiative zielt darauf ab, in Zusammenarbeit mit 40 subnationalen und nationalen Behörden bis 2030 mindestens 1 Million Tonnen Methan pro Jahr im Abfallsektor einzusparen und öffentliche und private Investitionen in Höhe von über 10 Milliarden Dollar zu mobilisieren.  

Der Beitrag des Abfallsektors zu den Methanemissionen und zum Klimawandel war nie ein Geheimnis, aber der Global Methane Pledge hat in den letzten Jahren neue Aufmerksamkeit auf dieses Thema gelenkt. Die von der Verpflichtung ausgehende Dynamik sowie Verbesserungen in der Fernerkundungstechnologie haben das Bewusstsein für die Bedeutung dieses Sektors als kritische Klimalösung weiter geschärft. Um die Transparenz und das Verständnis für die Schätzungen der Methanemissionen aus Abfällen und die vorrangigen Maßnahmen weiter zu verbessern, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Länder auf der ganzen Welt diese jüngsten Fortschritte bei der Methanerkennung nutzen, um die Emissionen zu ermitteln, politische Maßnahmen zu entwickeln und die Methanemissionen im Abfallsektor zu verringern.  

Verwandte Beiträge

Bleiben Sie auf dem Laufenden

anheuern heute , um die neuesten Inhalte, Nachrichten und Entwicklungen von CATF Experten zu erhalten.

"*" kennzeichnet Pflichtfelder