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Consideration of methane emissions in the modelling of ozone concentrations in chemical transport models

Methan ist ein besonders wirksames Treibhausgas sowie ein Vorläufer von bodennahem Ozon, einem Schadstoff, der die menschliche Gesundheit und Ökosysteme belastet. Die Methankonzentrationen sind derzeit etwa dreimal höher als in vorindustriellen Zeiten und steigen weiter an. Eine genaue Abschätzung der Folgen erfordert hochwertige Modellierungswerkzeuge und gute Emissionsdaten. Wir haben die Behandlung von Methan in einer Auswahl von repräsentativen und verbreitet benutzten Modellen untersucht. Drei Modellen im regionalen Maßstab und einem Modell im globalen Maßstab wurden ausgewählt, mit einem besonderen Fokus darauf, wie die Behandlung von Methan die Ozonproduktion beeinflusst. Die weltweiten Methanemissionen, insbesondere aus natürlichen Quellen, sind nach wie vor mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Die hier untersuchten Modelle stützen sich nur begrenzt auf Methanemissionsdaten, sondern passen die modellierten Methankonzentrationen so an, dass sie mit den Beobachtungen übereinstimmen. Aufgrund der relativ langen Lebensdauer von Ozon in der Troposphäre müssen alle Modelle Informationen über die Ozonproduktion aus Methan im globalen Maßstab enthalten. Basierend auf vorhandenen Modelldatensätzen haben wir den Beitrag von Methan zum jährlichen durchschnittlichen bodennahen Ozon in Deutschland auf 20 ÎÌg/m3 quantifiziert, wobei nur 3,2 ÎÌg/m3 davon auf die Oxidation von Methan im europäischen Raum zurückzuführen sind. Zukünftige Arbeiten sollten sich auf den Vergleich alternativer Methoden zur Quellenzuordnung von Ozon konzentrieren, einschließlich des Beitrags verschiedener Ozonvorläufer zu politisch relevanten Expositionsmetriken. Bei der Simulation von bodennahem Ozon bestehen weiterhin große Unterschiede zwischen den Modellen. Ein besseres Verständnis dieser Unterschiede ist für eine genauere Simulation von bodennahem Ozon weiterhin erforderlich. Quelle: Forschungsbericht

Einfluss von Stickstoffduengung, pH-Wert, Bodenbearbeitung und Landnutzung auf die Oxidation von Methan im Boden

Das Projekt "Einfluss von Stickstoffduengung, pH-Wert, Bodenbearbeitung und Landnutzung auf die Oxidation von Methan im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 19 Ernährungs- und Haushaltswissenschaften, Institut für Pflanzenernährung durchgeführt. Methan ist das zweitwichtigste Treibhausgas nach dem CO2 und traegt zu etwa 20 Prozent zur globalen Erwaermung bei. Aerobe Boeden sind biologische Senken fuer atmosphaerisches CH4, da es dort durch methanotrophe Bakterien oxidiert und somit abgebaut wird. Es gibt viele Hinweise dafuer, dass dieser Abbau durch die Landbewirtschaftung beeinflusst wird. Auf einem Gruenlandboden wurde ein deutlicher Langzeiteffekt der Stickstoffduengung festgestellt, wobei NH4(+) die CH4-Oxidation vollstaendig hemmte und NO3(-) keinen Einfluss ausuebte (Huetsch et al. 1994). Auch von frisch appliziertem NH4(+) ging unmittelbar ein hemmender Effekt aus (Huetsch et al. 1996). Versauerung von Ackerboeden mit neutralem pH-Wert verursachte eine starke Hemmung der CH4-Oxidation. Ziel der Untersuchungen ist die Identifikation der wichtigsten Einflussfaktoren, um durch gezielte Massnahmen den Boden als CH4-Senke zu erhalten bzw. auszubauen.

Einfluss des Fruchtfolgewechsels auf die Methanemission aus Reisfeldern in China

Das Projekt "Einfluss des Fruchtfolgewechsels auf die Methanemission aus Reisfeldern in China" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Die Reisfelder gehoeren zu den wichtigsten anthropogenen Quellen fuer die Emission des klimarelevanten Spurengases Methan in die Atmosphaere. Zuverlaessige Kalkulationen der globalen Methanemission aus diesen Oekosystemen erfordern kontinuierliche Messungen ueber die gesamte Reisanbausaison unter Beruecksichtigung der verschiedensten Anbaumethoden. Es war das Ziel dieses Forschungsvorhabens, die Datenbasis der Methanemission durch Messungen mit einer automatischen Anlage in einem Hauptreisanbaugebiet von China mit einer charakteristischen Fruchtfolge Reis/Weizen zu erweitern und die Ursachen der Emissionsveraenderungen durch Prozessstudien aufzuklaeren. Die Messungen in zwei verschieden geduengten Versuchsfeldern (organisch/anorganisch) bei Suzhou (Provinz Jiangsu) haben erstmals zu zwei vollstaendigen Datensaetzen ueber die gesamte Reisanbausaison (1995, 1996) fuer ein Gebiet mit der Fruchtfolge Reis/Weizen gefuehrt, die geringe durchschnittliche Methanemissionsraten von 1,45-11,41 mg CH4 m-2 h-1 ergaben. Vergleiche mit den Emissionsraten von Gebieten mit der Fruchtfolge Reis/Reis fuehrten zu der Schlussfolgerung, dass die verminderte Methanemission mit der Fruchtfolge Reis/Weizen im Zusammenhang steht. Die saisonale Methanbilanz von 35,5 g CH4 m-2 (1995) bzw. 5,2 g CH4 m-2 (1996) in einem organisch geduengten Reisfeld und 21,7 g CH4 m-2 (1995) bzw. 4,3 g CH4 m-2 (1996) in einem anorganisch geduengten Reisfeld zeigt sowohl erhebliche interannuelle Unterschiede als auch die Erhoehung der Methanemission nach organischer Duengung. Der wichtigste Steuerungsfaktor fuer die erheblichen zeitlichen Unterschiede der Methanemission in die Temperatur, die sowohl fuer Langzeitveraenderungen im Verlaufe der Saison als auch fuer Kurzzeitschwankungen (diurnaler Rhythmus) der Emission verantwortlich ist. Als weiterer bedeutsamer Einflussfaktor wurde die Drainage der Reisfelder erkannt, die zunaechst eine kurzzeitige Zunahme der Methanemission und danach eine andauernde Abnahme durch Methanoxydation und Hemmung der Methanbildung bewirkt.

Steuerung der Freisetzung klimarelevanter Spurengase aus Boeden einer Agrarlandschaft

Das Projekt "Steuerung der Freisetzung klimarelevanter Spurengase aus Boeden einer Agrarlandschaft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Institut für Bodenökologie durchgeführt. Boeden sind massgebliche Quellen und Senken fuer die klimawirksamen Spurengase N2O und CH4, wobei hauptsaechlich die Landwirtschaft fuer den gegenwaertigen Konzentrationsanstieg dieser beiden Gase verantwortlich gemacht wird. Mit dem Ziel, die Belastung der Atmosphaere durch N2O und CH4 zu minimieren, wird untersucht, welche Boden-, Klima- und Bewirtschaftungsfaktoren die Spurengasfluesse beeinflussen. Folgende Messkampagnen werden durchgefuehrt: Von Juli 1992 bis Juli 1994 wurden fuer 5 repraesentative Bodentypen innerhalb des Untersuchungsgebietes Scheyerns woechentlich folgende Parameter gemessen: Flussraten fuer N2O, CH4 und CO2 (Gassammelhauben, je 5 Wiederholungen), Wassergehalt (0-25 cm), Bodentemperatur (2 cm, 5 cm, 10 cm), Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen (CaCl2-Extrakt). Von April 1995 bis April 1996 wurden begleitend zu bodenzoologischen und bodenmikrobiologischen Erhebungen auf einem brachgelegten ehemaligen Acker und einer benachbarten intensiv bewirtschafteten Ackerflaeche woechentlich Messungen der Spurengasemissionen durchgefuehrt. Seit Maerz 1995 werden in vier verschiedenen landwirtschaftlichen Kulturen mit unterschiedlicher N-Duengungsintensitaet ebenfalls woechentlich die Spurengasemissionen sowie o.g. begleitende Bodenparameter erhoben (Datensaetze 08/96 nicht vollstaendig). Seit Sommer 1995 werden die Spurengasfluesse sowie diverse Klimadaten an einem ausgewaehlten Acker mit einer kontinuierlich messenden Anlage erfasst, um durch die hoehere zeitliche Aufloesung eine bessere Bilanzierung erreichen zu koennen (Datensaetze 08/96 nicht vollstaendig). Die erhobenen Daten ermoeglichen Aussagen zur raeumlichen und zeitlichen Variabilitaet der Spurengasfluesse sowie zu den Einflussfaktoren.

Zusammenhaenge zwischen Methanemission und den mikrobiologischen Prozessen des Methankreislaufes in den Feuchtgebietes Westsibiriens

Das Projekt "Zusammenhaenge zwischen Methanemission und den mikrobiologischen Prozessen des Methankreislaufes in den Feuchtgebietes Westsibiriens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Die Feuchtgebiete der Erde sind die wichtigste Quelle fuer die Emission des klimarelevanten Spurengases Methan in die Atmosphaere. Jedoch ist die Kalkulation der globalen Methanemission aus diesen Oekosystemen mit grossen Unsicherheiten behaftet, weil Emissionsmessungen in wichtigen Regionen der Erde fehlen und die Emissionswerte eine erhebliche Schwankung aufweisen. Es war das Ziel dieses Forschungsvorhabens, die Datenbasis der Methanemission durch Messungen im groessten noerdlichen Feuchtgebiet der Erde, der Tundra von Westsibirien, zu erweitern, um damit zu verbesserten globalen Kalkulationen beizutragen und durch Prozessstudien die Ursachen der raeumlichen und zeitlichen Unterschiede der Methanemission aufzuklaeren. Die Messungen der Methanemission in der subarktischen Tundra der Halbinsel Jamal in den Jahren 1995 und 1996 haben zum bisher umfangreichsten Datensatz fuer Sibirien gefuehrt (594 Messserien), mit dem die Bedeutung dieser Oekosysteme als wichtige Quelle des atmosphaerischen Methans nachgewiesen werden konnte. Die Emissionsraten erreichten im August 1995 4,24-195,3 mg CH4 m-2 d-1 und waehrend der Auftauphase des Dauerfrostbodens im Juni 1996 16,7-56,2 mg CH4 m-2 d-1. Der entscheidende Einflussfaktor fuer die raeumlichen Unterschiede der Methanemission ist der Wasserstand, der sowohl fuer die Ausdehnung anoxischer Bodenschichten als Voraussetzung fuer die Methanbildung als auch fuer die Entwicklung charakteristischer Pflanzengesellschaften verantwortlich ist. Als wichtigster Steuerungsfaktor fuer die zeitlichen Unterschiede der Methanemission wurde die Temperatur erkannt, wobei neben der direkten Wirkung auf die Methanogenese auch indirekte Einfluesse, z.B. ueber den Auftauprozess des Dauerfrostbodens, wirksam sind. Die Grundlage fuer die hohe Methanemission aus diesen Oekosystemen in die Atmosphaere sind hohe Methanbildungsraten im anoxischen Torfboden bei geringen Temperaturen.

Oekoeffizienter Duengerentwicklung zur Minimierung der N-Emissionen - Teilprojekt: Einfluss neuer Nitrifikationsinhibitoren auf die Lachgas-Emission, potentielle Denitrifikation und Methanoxidation von Boeden in Feld- und Modellversuchen

Das Projekt "Oekoeffizienter Duengerentwicklung zur Minimierung der N-Emissionen - Teilprojekt: Einfluss neuer Nitrifikationsinhibitoren auf die Lachgas-Emission, potentielle Denitrifikation und Methanoxidation von Boeden in Feld- und Modellversuchen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Angewandte Mikrobiologie, Professur für Mikrobiologie der Recycling-Prozesse durchgeführt. Im Rahmen eines Verbundprojektes wird der Einfluss neuer Nitrifikationsinhibitoren auf die Lachgas-Emission und Methanoxidation in Feld- und Modellversuchen untersucht. Dabei wird die Bedeutung wiederholter Anwendungen der gleichen Substanzen besonders geprueft.

Teilprojekt 1: Prozessanalyse Methanoxidation; Analyse Rekultivierungsschicht; Koordination

Das Projekt "Teilprojekt 1: Prozessanalyse Methanoxidation; Analyse Rekultivierungsschicht; Koordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Erdsystemwissenschaften, Institut für Bodenkunde durchgeführt. Mit dem Vorhaben soll für die abfallwirtschaftliche Praxis ein Instrument zur nachhaltigen Verringerung von Methanflüssen durch Deponie-Rekultivierungsschichten für verschiedene Anwendungsbereiche (Altdeponien, MBA-Deponien) entwickelt und damit eine größere Planungssicherheit bei Deponiebetreibern geschaffen werden. Durch die Entwicklung und Validierung einer Methode zur Bilanzierung der Methanbildung und -oxidation ganzer Deponien sollen die Voraussetzung für die Teilnahme von Deponien am Emisisonshandel geschaffen werden. Das Teilvorhaben 1 bearbeitet dabei im Schwerpunkt die bodenkundlichen und mikrobiellen Fragestellungen. In der ersten Projektphase werden durch Detailuntersuchungen die Grundlagen für die Optimierung des Aufbaus von Rekultivierungsschichten erarbeitet. Aus diesen Untersuchungen werden Entwicklungsziele abgeleitet, die in einer zweiten Projektphase mittels großmaßstäbiger Pilotanlagen in die praktische Anwendung überführt werden sollen. Zum Ende beider Phasen erfolgt ein Transfer der Ergebnisse des Gesamtvorhabens in die Fachpraxis. Für die Deponiebetreiber ergeben sich Einsparpotentiale durch verminderte Nachsorgekosten und durch die Teilnahme am Emissionshandel.

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