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Entwicklung und Tests eines Verfahrens zur Reduzierung von Methanemissionen aus Stauseen

An der TH Köln wurde zusammen mit der DB Sediments GmbH ein Prototyp entwickelt, der das Instandhalten von Stauseen günstiger und zudem umweltfreundlicher machen soll, denn Stauseen können das Treibhausgas Methan emittieren und somit zu einer Belastung der Atmosphäre führen. Dieses entsteht bei den Abbauprozessen von organischen Stoffen, die kontinuierlich aus dem Einzugsgebiet in das Reservoir eingetragen und dort abgelagert werden. Die Ablagerungen können mit der Zeit zusätzlich zur Verlandung führen, was die Kapazitäten des Stausees einschränken kann. Heutige Methoden Stauseen wieder zu entsedimentieren sind kostspielig und belastend für die Ökologie. Der hier vorgestellte Prototyp soll eine günstige und schonende Alternative bieten. Er entfernt die Sedimente vom Gewässerboden und verhindert das Verlanden. Dabei fängt er die Methanblasen auf und reduziert damit die Belastung der Umwelt durch Treibhausgase. Der entwickelte Prototyp stellt somit das weltweit erste Verfahren seiner Art zur Reduzierung klimaschädlicher Methangasemissionen in Stauseen dar.

1 Problematik

Jedes Fließgewässer trägt Feststoffe mit sich, welche aus dem Einzugsgebiet in das Gewässer eingetragen werden. Die Strömung des Flusses transportiert die Sedimente in einem kontinuierlichen Sedimentations- und Erosionsprozess flussabwärts. Zum Teil setzen sich die Sedimente auf dem Gewässerboden ab und werden von der Strömung auch wieder erodiert. Dabei stellt sich im Laufe der Zeit ein Gleichgewicht ein, das die Morphologie eines Flusses auf natürliche Art und Weise prägt.

Das Stauen eines Fließgewässers stört dieses Gleichgewicht aus Erosion und Sedimentation. Die reduzierte Strömungsgeschwindigkeit innerhalb eines Stausees hat einen verstärkten Sedimentationsprozess zur Folge, was mit der Zeit zum Verlust von Speichervolumen führt. Die Sedimentablagerungen können mit der Zeit so groß werden, dass die Funktionalität des Stauraums eingeschränkt oder schließlich sogar komplett verloren geht. Das jährlich durch Verlandung verloren gegangene Speichervolumen übersteigt mittlerweile die Volumenzunahme durch den Neubau von Stauseen [1].

Der Sedimentmangel im Unterwasser kann zu einer Beeinträchtigung der Gewässerökologie (Veränderung des Interstitials, Nahrungsmangel etc.) und zu verstärkten Erosionsprozessen führen, die zu strukturellen Schäden am Gewässer und auch an Bauwerken führen können. Für die Instandhaltung von Stauseen und zum Schutz der Ökologie ist es unausweichlich, die Sedimentablagerungen im Stausee zu reduzieren und, soweit wie möglich, die natürliche Sedimentdurchgängigkeit wiederherzustellen.

Ein weiterer Handlungsbedarf besteht, wenn man betrachtet, dass Stauseen für Emissionen von Treibhausgasen verantwortlich sind. In Sedimentschichten, in die kein Sauerstoff eindringen kann, leben anaerobe Bakterien, die organische Stoffe in ihren Stoffwechselvorgängen zu Methan umwandeln. Ein Großteil dieses Methans entweicht über die Seeoberfläche in die Atmosphäre (Haupttransportpfad) und wird zum Klimaproblem. Der Weltklimarat (IPCC) schätzt das Treibhauspotenzial von Methan 28 Mal so hoch ein wie das von Kohlenstoffdioxid. Dieser Faktor gilt, wenn die Auswirkungen auf 100 Jahre betrachtet werden. Betrachtet man den Treibhauseffekt über 20 Jahre, steigt dieser Faktor auf einen beachtlichen Wert von 86, weil Methan eine Verweildauer in der Atmosphäre von etwa 12 Jahren aufweist. In der ersten Dekade wirkt er sogar mehr als 100 Mal stärker [2]. In Bezug auf die anhaltende Erderwärmung, sind die kürzeren Zeitspannen maßgebend. Untersuchungen haben gezeigt, dass in tropischen Gebieten die Methanproduktion der Staugewässer so hoch sein kann, dass die Klimabilanz des durch Wasserkraft gewonnenen Stroms identisch mit der eines Kohlekraftwerks ist [3]. Auch in gemäßigteren Klimazonen können die Treibhausgasemissionen erheblich sein. So wurden in einem Schweizer Stausee (Wohlensee) durchschnittliche Methanemissionen von 150 mg/m²/d gemessen. Hochgerechnet entspricht dies einer jährlichen Emission von etwa 150 t Methan, was einem CO2-Ausstoß von 25 Mio. gefahrenen Autokilometern gleichkommt [4].

Copyright:	© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle:	Wasserwirtschaft - Heft 01 (Januar 2020)
Seiten:	5
Preis:	€ 10,90
Autor:	Andril Elicin M.Sc. Yannick Dück Prof. Dr.-Ing. Christian Jokiel
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