Promotionsstipendium: Dr. Imke Elpelt-Wessel

Erfassung von Emissionen an Deponieoberflächen zur Beurteilung von Stabilisierungsmaßnahmen

Die Quantifizierung von Methanemissionen aus Siedlungsabfalldeponien erfolgt bislang über Berechnungen des Methanbildungspotentials und über gefasste Methanmengen im Gasfassungssystem. Nicht jedoch mit Hilfe von Messungen, die eine Aussage über die tatsächlich emittierte Methanfracht ergeben.16 % der globalen anthropogenen Treibhausgase sind bis 2010 Methan zuzuordnen (INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE 2014). Im Jahr 2014 hatten die Methanemissionen deutschlandweit einen Anteil von 6,2 % an den insgesamt emittierten 902.000 Gg CO2-Äquivalenten. Dies entspricht 54.880 Gg CO2-Äquivalenten Methan pro Jahr (UMWELTBUNDESAMT 2016). Aus der Abfalldeponierung stammen davon 11.000 Gg CO2-Äquivalente pro Jahr (UMWELTBUNDESAMT 2013). Eine Reduktion dieser Emissionen um 500-2.500 Gg CO2-Äquivalente pro Jahr durch Belüftung ist ein erklärtes Ziel der Bundesrepublik Deutschland. Eine erfolgreiche Belüftung kann zu einer bis zu 90%igen Reduktion des Methanbildungspotentials einer einzelnen Deponie führen (BUNDESMINISTERIUM FÜR UMWELT, NATURSCHUTZ, BAU UND REAKTORSICHERHEIT 2014). Bisher ist der zentrale Punkt für die Ermittlung der Deponiegasemissionen eine Berechnung, die auf verschiedenen Annahmen, wie eingelagerte Abfallmenge, Abbaubarkeit des eingelagerten Abfalls, Methangehalt des abgesaugten Deponiegases, Alter der Ablagerung und Erfassungsgrad des verwendeten Deponiegasfassungssystems beruht. Zusätzlich wird mit Hilfe von regelmäßigen Begehungen mit dem Flammenionisationsdetektor kontrolliert, dass die messbaren Konzentrationen an Methan auf der Deponieoberfläche gering sind. Aus diesem Vorgehen lässt sich eine Emissionsprognose erstellen.Mit dem indirekten Fernmessverfahren TDLAS (Tuneable Diode Laser Absorption Spectroscopy) wird über eine Strecke eine Konzentrationsmessung mit Hilfe von Infrarot-Spektroskopie durchgeführt. Zunächst wird eine Streckenmessung im Luv der Deponie realisiert. So wird die Hintergrundkonzentration ermittelt. Sie dient bei der Auswertung als Korrektur für die im Lee der Deponie gemessene Konzentration. Die ermittelten Konzentrationen gehen mit Umgebungsdetails, wie Temperatur, Druck und Oberflächenrauigkeit, und mit Winddaten (Windrichtung, Turbulenz, etc.) in das Modellierungsprogramm ein. Dieses ermittelt über eine rückwärtsgerichtete Lagrangesche Modellierung die Quellstärke, sprich die Emission. In den nächsten drei Jahren wird an vier Deponien die Methanemission messtechnisch, mit der TDLAS-Methode und rechnerisch, mit verschiedenen Berechnungen modelliert. Parallel dazu wird eine Stabilisierungsmaßnahme installiert. Aus diesem Vorgehen wird ein dreifacher Erkenntnisgewinn erwartet:1. Überprüfung der Stabilisierungsmaßnahme, denn nur, wenn sich die gesamte Deponie im Unterdruck befindet, das heißt keine Emissionen messbar sind, kann die Stabilisierungsmaßnahme wirken.2. Messtechnische Ermittlung des Gasfassungsgrades, durch gleichzeitige Auswertung des Deponiegasfassungssystems und Vergleich mit rechnerischen Methoden.3. Überprüfung des Erfolgs nach Ende der Stabilisierungsmaßnahme.Der elementare Wissensgewinn ist, dass erstmals eine messtechnische Ermittlung des Gasfassungsgrades möglich ist und durchgeführt wird.