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Treibhausgas-Emissionen

<p>Treibhausgas-Emissionen</p><p>Das Umweltbundesamt ist in Sachen Treibhausgasemissionen die offizielle Anlaufstelle und wichtiger Ansprechpartner in Deutschland.</p><p>Die Lufthülle unseres Planeten besteht aus verschiedenen Gasen, die über vielfältige Funktionen und Prozesse zu einem komplexen chemischen System verknüpft sind. Anthropogene Emissionen bedrohen das atmosphärische Gleichgewicht vor allem in zweierlei Hinsicht: Treibhausgasemissionen führen zu einem Anstieg der globalen Temperatur. Die Klassischen Luftschadstoffe sind für ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Versauerung#alphabar">Versauerung</a>⁠ und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Eutrophierung#alphabar">Eutrophierung</a>⁠ von Ökosystemen, aber auch für eine Gefährdung der menschlichen Gesundheit verantwortlich.</p><p>Auf den folgenden Seiten geben wir eine kurze Einführung in die im Kyoto-Protokoll geregelten Treibhausgase und erläutern, wie sie entstehen und sich auf unser ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a>⁠ auswirken. Wir stellen Ihnen die wichtigsten Emissionsquellen vor und liefern aktuelle Daten zur Entwicklung der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Treibhausgas#alphabar">Treibhausgas</a>⁠-Emissionen. Außerdem zeigen wir, wie Deutschland in Sachen Emissionen im Vergleich zu anderen EU-Staaten dasteht und wie die für Deutschland verpflichtende internationale Emissionsberichterstattung funktioniert.</p>

Klimaforschungsplan KLIFOPLAN, Sektorübergreifende Klimaschutzmaßnahmen auf Basis nachhaltiger Abfallbewirtschaftung und Kreislaufwirtschaft für die EU und darüber hinaus

Die EU-Methanstrategie, das Circular Economy Package, der Green Deal, der Global Methan Pledge oder die jüngste G7 Erklärung werfen in ein neues Schlaglicht auf die Kreislaufwirtschaft. Eine klimaschutzwirksame Kreislauf- und Abfallwirtschaft wirkt sektorübergreifend in die Bereiche Industrie, Landwirtschaft und Energie hinein und ist ein Element der nachhaltigen Transformation und Dekarbonierung (u.a. durch energetische und stoffliche Verwertung) und deshalb nicht beschränkt auf für die Klimaberichterstattung relevante Bereiche (Methan-/Lachgas-Emissionen aus Deponien, Bioabfallbehandlung etc). Die kommunale und regionale Hoheit im Siedlungsabfall und das Zusammenspiel von öffentlichem und privatem Sektor benötigen gezielte und übergreifende klimaschutzorientierte Strategien, Regelungen, Markt- und strukturellen Rahmenbedingungen sowie flankierenden Förderung der nationalen Ebene in Europa, vor allem im europäischen Süden und (Süd)-Osten. Das Vorhaben soll (klimaschutz)politische sektorübergreifende Maßnahmen, Instrumente und Programme zur Treibhausgas-Minderung aufzeigen, die eine Beschleunigung der Erreichung der Klimaschutzziele und eine Ambitionssteigerungen in dieser und der nächsten Dekade ermöglichen, und dabei auch die Entwicklungschancen für die Wirtschaft ins Auge fassen. Im Wesentlichen ist der Output ein Bericht, eine kurze Broschüre und eine Hybridveranstaltung in Brüssel zu konkreten Empfehlungen für Rahmenbedingungen, Maßnahmen, grenzüberschreitende Zusammenarbeit, Anreize, Instrumente u.a., die eine Erreichung der Klimaschutzziele und eine Ambitionssteigerung durch die Verbesserung der Kreislaufwirtschaft in dieser und der nächsten Dekade ermöglichen mit einem Fokus auf regionale und andere Charakteristika der EU.

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich. Dabei hat Methan ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Diese Anlagen bieten ein sehr großes Übertragungspotenzial auf eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben, nicht nur in Deutschland. Sie können dezentral Strom und Wärme mit hohen Nutzungsgraden bereitstellen

Methanproduktion durch Mikrophytobenthos und dessen Beitrag am benthischen Methanfluss in der Küstenzone der Ostsee

Der Anstieg natürlicher Emissionen des Treibhausgases Methan haben einen bedeutenden Einfluss auf das Klima der Erde. Als Methanquelle nehmen küstennahe Gewässer eine besondere Stellung ein, da die Methankonzentration im Wasser hier wesentlich höher ist als im offenen Ozean. Trotz der Bedeutung der Küstengebiete ist bisher nur wenig bekannt über die hier zu findenden Methanemittenten und ihr jeweiliger Beitrag am atmosphärischen Methanfluss. Zudem zeigen eine Reihe aktueller Untersuchungen, dass Methan nicht nur unter anoxischen Bedingungen mikrobiell gebildet werden kann, sondern dass dies auch in einer oxischen Umgebung möglich ist. Eine solche Methanproduktion nahe der Meeresoberfläche würde den Weg zwischen Methanquelle und Atmosphäre wesentlich verkürzen und damit den Methanfluss in die Atmosphäre verstärken. Aufgrund einiger Untersuchungen, die eine Verknüpfung zwischen Primär- und Methanproduktion aufzeigen, stellen wir die Hypothese auf, dass Mikrophytobenthos (MPB)-Gemeinschaften eine wichtige, aber bisher nicht bearbeitete Stellung in der Flachwasser-Methandynamik zukommen. MPB-Gemeinschaften nehmen eine herausragende Rolle in der Primärproduktion von Küstensedimenten ein. Um die Bedeutung der MPB-assoziierten Methanproduktion besser einordnen zu können, werden wir das Potential dieser Methanquelle in Inkubationsexperimenten detailliert untersuchen. Zur Bestimmung der hierbei wichtigen Effektoren und Mikrophytobenthosarten werden wir an verschiedenen axenischen und xenischen klonalen Kulturen benthischer Diatomeen-Spezies die Primär- und Methanproduktion unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen bestimmen. Mit Hilfe einer neuen Cavity-Ring-Down-Spektroskopie basierten Methode planen wir an geschlossenen Inkubationen die Methankonzentrationsentwicklung in hoher zeitlicher Auflösung über Tag/Nacht Zyklen zu erfassen. Zusätzliche Inkubationen mit 13C-markierten Substraten werden es uns erlauben, den Weg der Methanproduktion in den Diatomeen einzugrenzen. Bisher wurde der Prozess der oxischen Methanproduktion nur in Kulturexperimenten untersucht. Ob die hier ermittelten Raten auch in die natürliche Umgebung übertragbar sind, wurde hingegen nicht geprüft. Um diese Wissenslücke zu schließen, planen wir neben den Experimenten an klonalen Kulturen auch Studien an natürlichen MPB-Gemeinschaften durchzuführen. Diese Gemeinschaften werden wir im Flachwasser vor der Insel Askö (schwedische Ostseeküste) und dem inneren Küstengewässer vor Zingst (Darßer-Zingst-Bodden, deutsche Ostseeküste) beproben, um ein möglichst breites Spektrum an Sedimenten, hydrodynamischen Bedingungen und MPB-Gemeinschaften abzudecken. Um die in unseren Experimenten ermittelten Methanproduktionsraten in die benthischen und atmosphärischen Methanflüsse besser einordnen zu können, werden wir in beiden Untersuchungsgebieten die Methanflüsse zwischen Sediment, dem Wasser und der Atmosphäre bestimmen.

Digitalisierung und interdisziplinäre Auslegungstechnologien von Turbomaschinen für die Energiewende, Teilvorhaben: 2.3b

Bei der Expansion von Dämpfen in Turbinen wird häufig in das Zwei-Phasen-Gebiet hinein expandiert, um hohe Prozesswirkungsgrade zu erreichen, so dass Kondensation einsetzt. Dieser Vorgang ist bereits von Dampfturbinen in fossil gefeuerten Kraftwerken bekannt, tritt aber auch genauso in Anlagen mit alternativen Fluiden wie CO2 oder Methan auf. Die Kondensation und die daraus resultierende tropfenbeladene Strömung führen zu zusätzlichen Verlusten bei der Expansion. Des Weiteren lagern sich Tropfen auf Oberflächen ab und bilden dort Kondensatfilme, aus denen durch Wiedereintrag und Zerstäubung größere Tropfen entstehen, welche die nachfolgenden Laufschaufeln durch Tropfenschlagerosion schädigen. Alle diese Prozesse können bislang nur unzureichend mit numerischen Strömungssimulationen abgebildet werden, da nach wie vor keine experimentellen Daten zur Validierung vorhanden sind. Im Rahmen des Vorhabens wird hierfür ein Dampfturbinenversuchsstand umfangreich mit Sensorik zur Detektion des Einsetzens der Kondensation, der Messung des dabei entstehenden Tropfenspektrums und der Untersuchung des Filmverhaltens auf Oberflächen ausgestattet. Da Druck und Temperatur im Zwei-Phasen-Gebiet gekoppelt sind, ist die Bestimmung des thermodynamischen Zustands am Austritt von Turbinen und damit die Wirkungsgradberechnung nur möglich, wenn zusätzlich der Nässeanteil im Dampf gemessen wird. Aktuell ist kein Messverfahren verfügbar, das eine solche Messung ohne Aufwand und mit hoher Genauigkeit erlaubt, so dass eine Zustandsüberwachung und Wirkungsgradbestimmung bei nass durchströmten Turbinen schwierig ist. Daher werden verschiedene Ansätze auf ihre Eignung zur stationären Messung des Nässeanteils hin untersucht. Die entwickelten Messverfahren werden anschließend für Wirkungsgradmessungen an einer optimierten Beschaufelung eingesetzt. Mit den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen sollen die verwendeten numerischen Verfahren zur Modellierung der Kondensation validiert werden.

Großtechnisch skalierbare Direct Air Capture Technologie für die Produktion von eFuels auf Basis von Luft-CO2, Teilvorhaben: Gesamtprojektkoordination und Integration der DAC100-Anlage in die e-gas Produktionsanlage am Standort Werlte

In dem beantragten Vorhaben soll eine bereits erprobte, effiziente und für die Synthese von eFuels ausgelegte DAC-Technologie des ZSW, die bislang als Demonstrator im Maßstab 1 kg/h CO2 (DAC1) validiert wurde, aufgegriffen in Kooperation mit den Projektpartnern ela und atmosfair industrialisiert und erstmalig in den Maßstab 100 kg/h CO2 (DAC100) umgesetzt werden. Die Wäscher-basierte Technologie zeichnet sich durch eine kontinuierliche Betriebsweise, Nutzung von Prozessabwärmen (Elektrolyse bzw. nachgelagerte Synthese) und insbesondere eine einfache Skalierbarkeit aus. Beim Engineering des DAC100-Prototypen sollen insbesondere auch für die Industrialisierung relevanten Aspekte wie Fertigbarkeit in Serie, Robustheit und Recyclingfähigkeit der eingesetzten Materialien berücksichtigt werden. Ziel des Vorhabens ist es, die Technologie im Maßstab DAC100 in realer Einsatzumgebung im e-gas-Anlagenkomplex in Werlte zu betrieben und durch Vermessung der Performancedaten zu validieren. Hierzu wird die Technologie zur CO2-Bereitstellung in den Produktionsstandort für regeneratives Methan und LNG des Projektpartners ela integriert und im Demonstrationsbetrieb über mehrere Tausend Stunden betrieben. Ziel des Projektes und der begleitenden Wirtschaftlichkeitsanalysen ist es, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nachzuweisen und die nächsten Skalierungsschritte in den energietechnischen relevanten Tonnen-Maßstab vorzubereiten. Es ist geplant, dass die Anlage nach Projektende im e-gas-Anlagenkomplex in Werlte weitergetrieben und regeneratives Luft-CO2 für die dortigen Syntheseprozesse bereitstellt.

Entwicklung eines innovativen Adsorptionsmittels auf Kohlenstoffbasis zur Reinigung wasserstoffhaltiger Gase als ein Baustein der Wasserstoffwirtschaft, Teilprojekt: Ingenieurtechnische Begleitung der Entwicklungen aus Anwendersicht sowie Konzepterstellung zur Verfahrensumsetzung

Bedarfsgerechte Speicherung erneuerbarer (Wind-) Energien zur Erzeugung grünen Erdgases unter CO2-Bindung mittels biologischer Methanisierung, Teilvorhaben 4: Standortbezogene Koordination bei der Umsetzung einer Pilotanlage

Sentinel-5P TROPOMI – Cloud-Top Height (CTH), Level 3 – Global

Global Cloud-Top Height (CTH) as derived from the Sentinel-5P/TROPOMI instrument. Clouds play a crucial role in the Earth's climate system and have significant effects on trace gas retrievals. The cloud-top height is retrieved from the O2-A band using the ROCINN algorithm. Daily observations are binned onto a regular latitude-longitude grid. The TROPOMI instrument aboard the SENTINEL-5P space craft is a nadir-viewing, imaging spectrometer covering wavelength bands between the ultraviolet and the shortwave infra-red. TROPOMI's purpose is to measure atmospheric properties and constituents. It is contributing to monitoring air quality and providing critical information to services and decision makers. The instrument uses passive remote sensing techniques by measuring the Top Of Atmosphere (TOA) solar radiation reflected by and radiated from the earth and its atmosphere. The four spectrometers of TROPOMI cover the ultraviolet (UV), visible (VIS), Near Infra-Red (NIR) and Short Wavelength Infra-Red (SWIR) domains of the electromagnetic spectrum, allowing operational retrieval of the following trace gas constituents: Ozone (O3), Nitrogen Dioxide (NO2), Sulfur Dioxide (SO2), Formaldehyde (HCHO), Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4). Within the INPULS project, innovative algorithms and processors for the generation of Level 3 and Level 4 products, improved data discovery and access technologies as well as server-side analytics for the users are developed.

Sentinel-5P TROPOMI – Aerosol Index (AI), Level 3 – Global

Aerosol Index (AI) as derived from TROPOMI observations. AI is an indicator for episodic aerosol plumes from dust outbreaks, volcanic ash, and biomass burning. The TROPOMI instrument onboard the Copernicus SENTINEL-5 Precursor satellite is a nadir-viewing, imaging spectrometer that provides global measurements of atmospheric properties and constituents on a daily basis. It is contributing to monitoring air quality and climate, providing critical information to services and decision makers. The instrument uses passive remote sensing techniques by measuring the top of atmosphere solar radiation reflected by and radiated from the earth and its atmosphere. The four spectrometers of TROPOMI cover the ultraviolet (UV), visible (VIS), Near Infra-Red (NIR) and Short Wavelength Infra-Red (SWIR) domains of the electromagnetic spectrum. The operational trace gas products generated at DLR on behave ESA are: Ozone (O3), Nitrogen Dioxide (NO2), Sulfur Dioxide (SO2), Formaldehyde (HCHO), Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4), together with clouds and aerosol properties. This product is created in the scope of the project INPULS. It develops (a) innovative retrieval algorithms and processors for the generation of value-added products from the atmospheric Copernicus missions Sentinel-5 Precursor, Sentinel-4, and Sentinel-5, (b) cloud-based (re)processing systems, (c) improved data discovery and access technologies as well as server-side analytics for the users, and (d) data visualization services.

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