Organische Bestandteile von Sedimentablagerungen in Stauseen, wie beispielsweise Blätter, werden durch Bakterien zersetzt, wodurch Methan entsteht, erklärte die Hochschule. Intensivierte Landwirtschaft oder Waldrodungen erhöhten die Biomasse in Stauseen. Das Methan löse sich im Wasser mit gelöstem Sauerstoff, um anschließend in der Atmosphäre zu CO2 zu oxidieren.
Wie signifikant der Methanausstoß durch Stauseen ist, werde derzeit von verschiedenen Forscherteams weltweit untersucht, darunter auch von Wissenschaftlern des Labors für Wasser und Umwelt (LWU) der TH Köln. „Bereits der eher kleine Stausee Olsberg an der Ruhr, mit einem Speichervolumen von 72.000 Kubikmetern, setzt in einem Jahr so viele Methanblasen frei, wie ein Pkw auf einer Million Fahrkilometern“, sagte Yannick Dück, Doktorand der TH Köln und Koordinator von Melist.
Kernstück des Prototyps ist ein Hochdrucksauger
Kernstück des im Projekt Melist unter der Leitung von Prof. Christian Jokiel entwickelten Prototyps sei ein Hochdrucksauger für Sedimentablagerungen und darin befindliche Methanblasen, der an einer schwimmenden Plattform installiert sei, hieß es weiter. Diese Plattform fahre kontinuierlich und weitestgehend automatisiert über einen Stausee. Dabei würden die Sedimente aufgewirbelt und zusammen mit dem Methangas aufgenommen. Dieses Wasser-Sediment-Gas-Gemisch werde auf der Plattform getrennt und das Gas durch eine Vakuumpumpe abgesaugt. Abschließend werde das Sediment dem Fließgewässer unterhalb des Staudamms wieder zugeführt.
Neben der Prototyp-Entwicklung beinhaltet Melist auch Feldversuche auf den nordrhein-westfälischen Stauseen Urfttalsperre und Olsberg, berichtete die TH Köln weiter. So habe das Team der TH Köln im Zeitraum von November 2016 bis März 2017 kontinuierliche Messungen der Methanemissionen durchgeführt und potentielle Einflussfaktoren und mögliche Methan-Hot Spots der Stauseen untersucht. Die Emissionsmessungen hätten ergeben, dass Änderungen des Wasserspiegels einen Einfluss auf die Freisetzung der im Sediment befindlichen Methanblasen haben. Fällt der Wasserspiegel, verringere sich der Wasserdruck, und Methanblasen könnten leichter aufsteigen.
Fallende Wasserspiegel erhöhen Methanemissionen
Das Ergebnis ist relevant für die sich abzeichnenden klimatischen Veränderungen, betonte die Hochschule. Langanhaltende Trockenperioden, wie beispielsweise im Rekord-Hitzesommer 2018, durch die der Pegel sinkt, erhöhten demnach die Methanproduktion. „Steigende Temperaturen, wie sie durch den Klimawandel zu erwarten sind, werden die Methanproduktion begünstigen“, unterstrich Dück.
In einem neu entwickelten Gefrierkernverfahren wurden laut TH Köln außerdem Sedimentproben aus unterschiedlichen Stauseetiefen in zwei Stauseen entnommen und in einem Computertomographen untersucht. Das Verfahren ermögliche die Entnahme von ungestörten, gashaltigen Sedimentproben. Bei bisherigen Verfahren würden Proben durch einen sich verringernden Wasserdruck und Temperaturänderung der Probe negativ beeinträchtigt „Die gefrorenen Sedimentkerne geben uns Rückschlüsse auf Sedimentschichtungen und die Tiefe, in denen Methanblasen zu finden sind“, sagte Dück. Das seien wichtige Informationen für die Lösung und Aufnahme von Sedimentablagerungen. Dadurch werde etwa die Frage beantwortet, wie tief man das Sediment erodieren muss, um das Gas möglichst vollständig aufzunehmen, und wie oft man den Stausee befahren muss. Auch kläre das Gefrierkernverfahren, wie viel Energie benötigt wird, um das Sediment abzutragen. „Die Ablagerungen sind in jedem Stausee unterschiedlich“, machte Dück deutlich.
Im nächsten Schritt soll die kontinuierliche Trennung von Sediment und Gas optimiert werden, kündigte die Hochschule an. Dazu sei ein Folgeprojekt geplant, an dem auch Forscher des Lehr- und Forschungszentrums Metabolon beteiligt sind. Sie werden untersuchen, ob und in welcher Form das den Stauseen entnommene Methan energetisch genutzt werden kann, erklärte die TH Köln.
