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09. November 2022

Gasnetz

Methanemissionen: tiefer als gedacht

Im Rahmen eines FOGA-Projektes entwickelte der SVGW gemeinsam mit der Carbotech AG und dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) ein neues Modell zur Abschätzung der jährlich durch die Schweizer Gasindustrie emittierten Methanmengen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Emissionen bei fast allen Teilen der Gasinfrastruktur überschätzt wurden – teilweise um den Faktor 25.
Roman Huber 

Unter Treibhausgasen werden Gase zusammengefasst, die in unterschiedlicher Stärke zum Treibhauseffekt beitragen. Sie absorbieren einen Teil der von der Erdoberfläche in Richtung Weltall abgegebenen Wärmestrahlung und werfen diese in Form einer atmosphärischen Gegenstrahlung zurück auf die Erde, was zu einer zusätzlichen Erwärmung der Erdoberfläche führt.

Relevanz der Methanemissionen der Gasindustrie

Mit einem CO2-Äquivalent von 28 ist Methan eines der bedeutendsten Treibhausgase: Über einen Betrachtungszeitraum von 100 Jahren trägt ein Kilogramm Methan 28-mal stärker zum Treibhauseffekt bei als ein Kilogramm CO2. Erd- und auch Biogas bestehen zu über 90% aus Methan. Entweichen diese – beispielsweise aufgrund von Leckagen oder beim Ausblasen von Leitungen – unverbrannt in die Umwelt, so ist die Wirkung auf das Klima deutlich stärker, als wenn sie genutzt (d. h. verbrannt) worden wären.

FOGA-Projekt «Methanemissionen der Schweizer Gasindustrie»
Ausgangslage

Der Bund ist aufgrund des Übereinkommens von Paris (Pariser Klimaabkommen) gegenüber der Klimarahmenkonvention (UNFCCC) verpflichtet, ein jährlich zu aktualisierendes Treibhausgasinventar zu führen. Die Schweizer Gaswirtschaft hat mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und dem Bundesamt für Energie (BFE) vereinbart, zwecks Führung dieses Inventars jährlich Daten zu den durch die Gasindustrie innerhalb der Schweiz anfallenden Methanemissionen zu liefern.

Der SVGW schätzte diese Emissionen bisher mithilfe eines Berechnungstools ab, das im Jahr 2014 gemeinsam mit dem BAFU und Quantis SA entwickelt worden war. Basis für die Berechnungen bildeten feste Emissionsfaktoren für verschiedenste Komponenten der Gasnetzinfrastruktur (z. B. die jährlichen Gasverluste einer Druckregelanlage) sowie Daten aus der bei sämtlichen Netzbetreibern in der Schweiz einmal pro Jahr erhobenen Gasstatistik. In diesen Daten sind unter anderem Informationen über die Anzahl bestimmter Komponenten enthalten, welche die sogenannten Aktivitätsdaten (z. B. die Anzahl Druckregelanlagen) bilden. Durch Summieren sämtlicher Produkte aus Aktivitätsdaten und den zugehörigen Emissionsfaktoren können die Methanemissionen für die gesamte Schweiz abgeschätzt werden:

Gesamtemissionen = Σ Aktivitätsdaten x Emissionsfaktoren

Motivation

Mit dem FOGA-Projekt «Methanemissionen der Schweizer Gasindustrie» war ursprünglich vorgesehen, die bisher verwendete Methodik zur Abschätzung der Methanemissionen auf eine neue Basis zu stellen. Dies unter Berücksichtigung der verbesserten Datenlage der SVGW-Gasstatistik sowie von neueren Quellen und Studien, insbesondere zu den Emissionsfaktoren. Das Projekt wurde gemeinsam mit der Carbotech AG und dem BAFU durchgeführt.

Projekterweiterung

Bei der Analyse der aktuell verfügbaren Studien wurde festgestellt, dass die vorhandene Datenbasis nach wie vor mangelhaft ist. So basieren selbst in den letzten Jahren publizierte Emissionsfaktoren, insbesondere für sensitive Bereiche, häufig auf Statistiken, Messungen und Annahmen aus den 1980er-Jahren. Die Vermutung, dass die Emissionen bis anhin stark überschätzt worden waren, konnte unter anderem durch Vergleiche mit der Schadensstatistik des SVGW und durch Datenerhebungen bei SVGW-Mitgliedern bestätigt werden.

Es wurde deshalb entschieden, den Projektumfang zu erweitern und wo immer möglich neue Grundlagen für die Bildung von Emissionsfaktoren zu schaffen. Hierzu wurden auch Messkampagnen durch SVGW-Mitglieder durchgeführt, um im Vergleich zu den erwähnten Studien statistisch belastbarere Werten zu erhalten.

Ergebnisse des FOGA-Projekts

Die Datenbasis und somit auch die Verlässlichkeit der im Berechnungsmodell genutzten Grundlagendaten konnte im Vergleich zur bisherigen Methodik erheblich verbessert werden – nicht nur in Bezug auf die Emissionsfaktoren, sondern durch die in den letzten Jahren erweiterte SVGW-Gasstatistik auch bezüglich der Aktivitätsdaten. Zudem wurde aufgezeigt, dass in praktisch allen der über 100 im Modell berücksichtigten Kategorien die Emissionen bisher überschätzt worden waren – teilweise um den Faktor 25.

Das im Jahr 2022 durch die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH veröffentlichte DVGW-Forschungsprojekt ME DSO kommt für Deutschland zu vergleichbaren Ergebnissen (s. C. Große et al., A&G 11/22). Einige Resultate, darunter die Verlustraten, die in sehr aufwendigen Messungen an tatsächlichen Leckagen im Verteilnetz bestimmt worden waren, konnten für die Emissionsabschätzungen der Schweiz genutzt werden.
Das bisher durch das BAFU und die Gasindustrie verwendete, auf festen Emissionsfaktoren basierende Berechnungsmodell kann nun mit der neuen, verstärkt auf Messungen und variablen Faktoren gestützte Methodik verglichen werden. Figur 1 zeigt klar, wie stark in einigen Kategorien die Emissionen bisher überschätzt wurden. Die finalen Ergebnisse mit weiteren Details werden veröffentlicht, sobald das Projekt abgeschlossen und von allen Partnern freigegeben ist.

Methanemissionen seit 1990 stark gesunken

Dass nun tiefere Emissionen ausgewiesen werden können, ist nicht nur die Folge neuer Erkenntnisse und Messungen, sondern auch der Investitionen der Gasnetzbetreiber in die Infrastruktur: Die Gasnetze wurden ständig modernisiert, problematische Materialien wurden durch neu entwickelte ausgetauscht. So wurden beispielsweise die bruchanfälligen Graugussleitungen inzwischen fast vollständig durch Kunststoffleitungen ersetzt. Neue Prozesse und Methoden zur Netzüberwachung sowie empfindlichere Messgeräte bei der Leckageortung ermöglichen das frühe Orten und Beheben von kleinsten Leckagen im Netz. Auch bei grösseren Schäden kann dank der neuen Kommunikationsmittel schneller reagiert werden.

Obwohl die in der Schweiz abgesetzte Erdgasmenge seit 1990 gestiegen ist, haben die absoluten Methanemissionen im selben Zeitraum abgenommen. Besonders deutlich werden die Fortschritte, wenn die spezifischen Emissionen pro abgegebener Energieeinheit von der Landesgrenze bis und mit den gebäudeinternen Installationen betrachtet werden: Zwischen 1990 und 2020 konnten diese um über 80% gesenkt werden. In Figur 2 ist der Verlauf der spezifischen Methanemissionen von 1990 bis 2020 zu sehen. Gut erkennbar sind die erhöhten Emissionen in den Jahren 2010 und 2011. Diese sind auf gewollte Abblasungen aus Sicherheitsgründen (2010) respektive zwecks Verlegung der Transitgasleitung (2011) zurückzuführen, die durch Murgänge teilweise freigelegt worden war.

Weitere Senkung der Emissionen erwartet

Es ist zu erwarten, dass durch weitere, teilweise geplante, teilweise aber auch bereits umgesetzte Massnahmen die Emissionen in Zukunft weiter abnehmen werden. Zu erwähnen sind in diesem Zusammenhang Vorkehrungen, um die vor Instandhaltungsarbeiten abgeblasenen Gasmengen zu minimieren. Diese reichen von vorgängigen Druckabsenkungen in den betreffenden Leitungsstücken bis hin zum Einsatz mobiler Kompressoren. Im Hochdruckbereich kommen vermehrt automatische Überwachungssysteme zum Einsatz, dank welcher die Interventionszeiten bei Leckagen stark verkürzt werden können. Die neue Berechnungsmethodik ist bereits darauf ausgelegt, solche Fortschritte abbilden zu können.

Empfehlung für Massnahmen zur Emissionsminderung

Auch wenn sich die Methanemissionen der Gasindustrie bereits heute auf sehr tiefem Niveau bewegen, ist das Potenzial noch nicht ausgeschöpft. Die Netzbetreiber sind bestrebt, ihre Emissionen weiter zu senken. Die Ergebnisse aus dem FOGA-Projekt bieten nun eine solide Grundlage für die Analyse von Massnahmen zur Emissionsminderung. Mit einer Empfehlung plant der SVGW aufzuzeigen, durch welche Massnahmen sich die Emissionen möglichst effektiv und wirtschaftlich senken lassen.

Emission-Reports für Netzbetreiber

Mit der neu entwickelten Berechnungsmethodik bietet sich erstmals die Möglichkeit, mithilfe von Daten aus der SVGW-Gasstatistik die Methanemissionen einzelner Netze, inklusive den Anteilen aus vorgelagerten Netzen, getrennt abzuschätzen. Zukünftig bietet der SVGW seinen Mitgliedern individuelle Reports an, welche die Emissionen detailliert aufzeigen und auch Vergleiche zu Durchschnittswerten aller Netzbetreiber enthalten. Diese Reports sollen den Mitgliedern auch als Entscheidungshilfe dienen, wo Massnahmen zur Senkung der Emissionen am effektivsten umgesetzt werden können.

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