Projekt 37831/01

Analyse des Emissionsminderungspotenzials des modifizierten RemoGas-Verfahrens zur Methanernte während der Sedimentremobilisierung in wasserwirtschaftlichen Stauräumen

Projektdurchführung

D-Sediment GmbH
Weberstr. 10
59368 Werne

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Stauanlagen schränken den natürlichen Sedimenttransport in Gewässern ein. Im Gewässer transportierte Sedimente lagern sich in Stauseen ab, sodass diese langfristig verlanden. So wird nicht nur die Nutzung der Stauanlagen eingeschränkt, es kommt vermehrt auch zur Emission von im Stauseesediment produzierten Methan in die Atmosphäre. Ziel dieses Vorhabens ist es, eine Modellanlage zur Methangasernte während des Sedimentmanagements weiter zu entwickeln und durchgeführte Tests der Modellanlage vertieft auszuwerten, vor allem im Hinblick auf die Emissionsvermeidung durch den Einsatz der Anlage. Gleichzeitig wird an einem Modellgewässer ein langfristiges Emissionsmonitoring weitergeführt und vertieft ausgewertet, mit dem ermittelt wird, wie langfristig die Methanemissionen aus einem Stausee mithilfe einer gezielten Gasernte verringert werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein im Vorgängerprojekt (DBU AZ-34765/01) etabliertes umfangreiches Emissionsmonitoring an der Wupper-Vorsperre weitergeführt und vertieft ausgewertet. Zusätzlich wurde ein globales Modell zur Vorhersage der Treibhausgasemissionen aus Stauseen (Gres-Tool) für die Wupper-Vorsperre angewendet und die ermittelten Emissionen wurden mit denen beim Emissionsmonitoring erhobenen Messdaten verglichen. Außerdem wurden im Forschungsprojekt beim Test der entwickelten Modellanlage erhobene Messdaten bezüglich der Sedimentverlagerung und Gasernte ausgewertet. Auf Basis dieser Auswertungen wurde dann weiteres Optimierungspotenzial der Anlage abgeleitet. Zur monetären Bewertung von Treibhausgasemissionen wurden verschiedene Methoden verglichen und die Treibhausgasemissionen aus der Wupper-Vorsperre wurden mittels zwei verschiedener Ansätze bewertet.


Ergebnisse und Diskussion

Die mithilfe des Emissionsmonitorings ermittelten jährlichen Treibhausgasemissionen aus der Wupper Vorsperre liegen bei circa 2.810 kg CH4 bzw. 224.800 kg CO2-Äquivalenten. Die mithilfe eines globalen Modells ermittelten Treibhausgasemissionen aus dem Modellgewässer waren deutlich geringer. Die Tests der Modellanlage am Gewässer haben gezeigt, dass eine Gasernte während einer Sedimentremobilisierung erfolgreich möglich ist. Inwieweit die Treibhausgasemissionen aus dem Stausee durch die Gasernte langfristig vermieden werden, konnte aus den bisher erhobenen Daten nicht zuverlässig ermittelt werden. Bis zum wirtschaftlichen Einsatz der Modellanlage sind weitere Optimierungen durchzuführen, vor allem ist die Anlage zu automatisieren. Durch die Stromversorgung der Modellanlage entstehen beim Betrieb CO2-Emissionen. Die Gasernte selbst erfolgt energielos und ist damit emissionsfrei. Durch die Gasernte während des Betriebs der Modellanlage konnte so viel Gas aufgefangen werden, dass potenziell bis zu 36 % der durch den Einsatz der Anlage entstehenden CO2-Emissionen durch die Minderung der Methanemissionen aus dem Stausee kompensiert werden könnten. Die monetäre Bewertung der Methanemissionen aus dem Modellgewässer hat ergeben, dass durch die CH4 Emissionen aus der Wupper-Vorsperre jährlich Umweltschäden in Höhe von ca. 30.300 bis 43.800 € (je nach Berechnungsansatz) entstehen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

45. Dresdner Wasserbaukolloquium 2022: Schreiber, Felix; Offermann, Mara; Backes, Laura; Marcon, Lediane; Lorke, Andreas; Jokiel, Christian; Detering, Michael: Methangaselimination bei der Stauraumbewirtschaftung als Beitrag zum Klimaschutz. In: Stamm, Jürgen; Graw, Kai Uwe (Hrsg.): Nachhaltigkeit im Wasserbau - Umwelt, Transport, Energie: 45. Dresdner Wasserbaukolloquium 2022. Dresden: Selbstverlag der Technischen Universität Dresden, 2022 (Dresdner wasserbauliche Mitteilungen, Heft Nr. 68), S. 199–207
36. Congress of the International Society of Limnology (SIL): Marcon, Lediane; Schwarz, Michael; Schreiber, Felix; Offermann, Mara; Backes, Laura; Hilgert, Stephan; Sotiri, Klajdi; Detering, Michael; Jokiel, Christian; Lorke, Andreas: The effect of sediment gas storage on methane ebullition dynamics in freshwater reservoir
WDR Lokalzeit Beitrag vom 29.06.2022: Bericht über den Betrieb der Modellanlage im Rahmen eines Feldtests und Methanemissionen aus Stauseen allgemein. Abrufbar auf der Webseite des LWU: https://www.th-koeln.de/bauingenieurwesen-und-umwelttechnik/events-im-bereich-wasserbau-und-wasserwirtschaft_28686.php
In Vorbereitung:
Fachartikel vorgesehen zur Veröffentlichung in der Zeitschrift „WasserWirtschaft“
Fachartikel zu dem durchgeführten Emissionsmonitoring mit dem Arbeitstitel „The role of sediment gas storage in the methane budget of a shallow freshwater reservoir“ in Vorbereitung



Fazit

Eine Gasernte während des Sedimentmanagements ist erfolgreich möglich und bietet eine Möglichkeit, das im Sediment entstehende Methangas an der Emission in die Atmosphäre zu hindern. Bevor die Anlage allerdings wirtschaftlich eingesetzt werden kann, ist sie zu automatisieren und zu optimieren. Um die langfristige Emissionsvermeidung durch den Einsatz der Modellanlage quantifizieren zu können, sind ein großflächiger Einsatz der Anlage und ein begleitendes Monitoring notwendig. Fokus zukünftiger Projekte sollte neben der Weiterentwicklung der Modellanlage die weitere Nutzung und Verwertung des geernteten Gases sein. Das in Stauseen produzierte Methan sollte perspektivisch als Ressource angesehen werden, die insbesondere im Zuge eines Sedimentmanagements erschlossen werden kann.