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Bei Diskussionen um die aktuelle Klimakrise steht meist Kohlendioxid (CO2) im Fokus. Weniger bekannt ist das Treibhausgas Methan, das zwar wesentlich seltener in der Atmosphäre vorkommt, die Klimaerhitzung pro Mengeneinheit aber 80 bis 100 Mal so stark antreibt.
Mehr als die Hälfte des durch Menschen verursachten Methans stammt aus der Erdölförderung und aus Düngung in der Landwirtschaft. Das Gas entsteht aber auch bei der natürlichen Zersetzung von Biomasse durch Mikroben, zum Beispiel in Seen. Maciej Bartosiewicz, Postdoktorand am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel, und Professor Moritz Lehmann, Leiter der Forschungsgruppe Biogeochemie, skizzieren in ihrer neusten Publikation das Potenzial und theoretische Möglichkeiten der Nutzung von Methan aus Seen und anderen Süssgewässern für die nachhaltige Energieproduktion.
Methan aus Seen und Wasserreservoirs macht weltweit rund 20 Prozent der natürlichen Methanemissionen aus. «Das würde theoretisch ausreichen, um den globalen Energiebedarf zu decken», sagt Bartosiewicz. Seen nehmen mittels Algenwachstum kontinuierlich CO2 aus der Atmosphäre auf und Mikroben setzen den durch Photosynthese fixierten Kohlenstoff bei der Verwertung von Biomasse in Methan um. Dadurch bleibt der in Methan gebundene Kohlenstoff beim Verbrennen im natürlichen Kreislauf. Fossile Energieträger könnten durch «natürliches», erneuerbares Methan teilweise substituiert werden. Schon heute wird Methangas in Gaskraftwerken für die Stromproduktion verfeuert oder in Form von flüssigem Methanol als Treibstoff genutzt.
Schweizer Seen als grosse Energiespeicher
Komplett neu ist das im Artikel beschriebene Konzept nicht: Im Lake Kivu zwischen Ruanda und der Demokratischen Republik Kongo wird seit 2016 Methan aus 260 Meter Tiefe gefördert, gereinigt und über Generatoren direkt zur Stromversorgung genutzt. «Dort kommt Methan hochkonzentriert in grossen Mengen am Seegrund vor», erklärt Bartosiewicz. «Die Methankonzentration ist rund hundert Mal höher als in gewöhnlichen Seen». Aufgrund der tiefen Konzentration schien die Methangewinnung aus herkömmlichen Seen deshalb bis vor wenigen Jahren technisch viel zu aufwendig. Doch mit neuen mikroporösen Membranen aus Polymermaterialien kann das Gas heute viel effizienter aus Wasser abgetrennt werden.
Die Forscher machen hierzu erste konkrete Vorschläge: Über sogenannte «hydrophobic gas-liquid membrane contactors» (GLMC) kann ein methanhaltiges Gasgemisch vom Wasser abgetrennt und das Methan konzentriert werden. Für die Anreicherung besonders geeignet sind Zeolith-Mineralien; hydrophobe, kristalline Substanzen, die Gase adsorbieren und wieder freigeben können.
«Die Schweiz wäre für die Methangewinnung aus Seen prädestiniert», ist Bartosiewicz überzeugt. Der Grund dafür sind die vielen Stauseen im Land. «Seit kurzem wissen wir, das auch sie grosse Mengen Methan produzieren und an die Atmosphäre abgeben.» Hinzu kommt, dass in der Schweiz mit der Professur für Heterogene Katalyse an der ETH Zürich, die ebenfalls an der Studie beteiligt war, sehr viel Know-how im Bereich der Adsorptionsprozesse mit Zeolith-Mineralien besteht.
Mögliche positive Effekte für Ökosysteme
«Mit unserem Konzept möchten wir eine breite Diskussion zum Potenzial, zur Machbarkeit und zu den Risiken einer solchen Technologie lancieren», sagt Bartosiewicz. «Bisher haben sich noch keine Studien damit befasst, wie sich eine Methanentnahme auf die Ökosysteme in Seen auswirkt. Aber nach unserem derzeitigen Verständnis sind keine unmittelbaren negativen Folgen abzusehen.»
Hingegen könnte die Entnahme von überschüssigem Kohlenstoff sogar dabei helfen, eine zu starke Algenbildung einzudämmen und die natürlichen Treibhausgasemissionen von Seen zu reduzieren. Bis zur praktischen Umsetzung der ersten theoretischen Idee sei noch viel Arbeit nötig, sagt Bartosiewicz. Doch er ist überzeugt: «Zum Erreichen unserer Klimaziele könnte das Konzept einst einen wichtigen Beitrag leisten.»
Originalpublikation
Maciej Bartosiewicz, Przemyslaw Rzepka, Moritz F. Lehmann
+ Tapping Freshwaters for Methane and Energy
Environmetal Science & Technology (2021), doi: 10.1021/acs.est.0c06210
Quelle:
Universität Basel
www.unibas.ch