20. Oktober 2022
Integriertes Treibhausgas-Monitoringsystem (ITMS) für Klimaschutz

Treib­h­aus­ga­se bes­ser im Blick

Modellierte Methan-Abluftfahne des Nord-Stream-Lecks.
Mo­del­lier­te Me­than-Ab­luft­fah­ne des Nord-Stream-Lecks
Bild 1/2, Credit: DWD

Modellierte Methan-Abluftfahne des Nord-Stream-Lecks

Mit ICON-Art mo­del­lier­te Ab­luft­fah­ne des Me­than aus den Nord-Stream-Lecks. Auch sol­che Me­than­wol­ken kön­nen mit dem ITMS de­tek­tiert wer­den.
Braunkohlekraftwerk Jänschwalde
Braun­koh­le­kraft­werk Jänschwal­de
Bild 2/2, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Braunkohlekraftwerk Jänschwalde

Braun­koh­le­kraft­werk Jänschwal­de in der Nie­der­lau­sitz, Bran­den­burg
  • Das DLR beteiligt sich mit Know-how und Daten am neuen Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystem (ITMS) für den Klimaschutz in Deutschland.
  • Das ITMS erfasst, wo in Deutschland Treibhausgase freigesetzt und aufgenommen werden.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Klimawandel

Die Freisetzung und Aufnahme von Treibhausgasen soll zukünftig besser erfasst und überwacht werden. Das ist das Ziel des neuen Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystems (ITMS) für den Klimaschutz in Deutschland. Im Fokus stehen die drei wichtigsten langlebigen Treibhausgase Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O). Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bringt sich in das Projekt mit Know-how und Daten aus der aktuellen Atmosphärenforschung ein. Dazu zählt insbesondere die Kompetenz rund um die Methan-Mission MERLIN, die das DLR wissenschaftlich leitet.

Im Projekt ITMS wird es erstmals möglich sein, auf Beobachtungen basierend, die Quellen (Freisetzung) und Senken (Aufnahme) der Klimagase unabhängig zu ermitteln. Neue Verarbeitungsmethoden sichern außerdem eine hohe Zuverlässigkeit dieser Daten. Die gewonnen Informationen zum Stand und Entwicklung der Treibhausgasflüsse sollen frei zur Verfügung stehen. Sie bieten damit Politik und Gesellschaft eine Grundlage für faktenbasierte Entscheidungen zur Eindämmung des Klimawandels, für die Steuerung des Handels mit CO2-Zertifikaten und für den Weg zu einer klimaneutralen Wirtschaft (NetZero). 

Messdaten aus dem All, aus der Luft und am Boden

Quellen und Senken von Treibhausgasen sowie deren Herkunft an der Oberfläche unserer Erde können mit Hilfe der „inversen Modellierung“ ermittelt werden. Dieses Verfahren nutzt echte Beobachtungsdaten von atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen. Unter Zuhilfenahme eines Modells lässt sich damit auf die räumliche Verteilung sowie die Stärke der Quellen und Senken rückschließen. Zu den wichtigsten Entwicklungsschritten des neuen Monitoringsystems gehört es daher, die unterschiedlichen Datenflüsse zusammenzubringen. Das umfasst Messungen der Treibhausgaskonzentrationen vom Weltraum, von der Luft und vom Boden aus.

In der ersten vierjährigen Projektphase werden unter anderem bereits existierende Beobachtungsdaten mit der operationellen Wettervorhersage verknüpft. Ergänzend dazu bereitet das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre die Verwendung von Satellitendaten aus der kommenden MERLIN-Mission vor. Der deutsch-französische Kleinsatellit soll 2028 starten und Methan-Konzentrationen weltweit mit hoher Genauigkeit bestimmen. Methan ist nach Kohlenstoffdioxid das bedeutendste Treibhausgas bei der vom Menschen verursachten Klimaerwärmung. Die Emissionen sind jedoch nicht ausreichend erfasst. Das DLR ist wissenschaftlich federführend an MERLIN beteiligt und wird speziell auf das ITMS für Deutschland zugeschnittene Missionsdaten in das Projekt einbringen.

Die neue Generation von Erdbeobachtungssatelliten wird wichtige Beiträge leisten – für das ITMS wie auch für die Klima- und Umweltforschung weltweit. Hochaufgelöste Satellitenmessungen der atmosphärischen Konzentration erlauben es, die Emissionsstärke von lokalen CO2- und Methan- Quellen vom Weltall aus zu quantifizieren. Für die neuen Satellitensysteme wie etwa Copernicus CO2M und MERLIN konnte dies anhand von flugzeug-gestützten Messungen erfolgreich demonstriert werden. So wurde das Laserinstrument CHARM-F als flugzeug-getragener Demonstrator für MERLIN am DLR entwickelt. Es wird auf dem Forschungsflugzeug HALO eingesetzt, im Rahmen von der vom DLR geleiteten CoMet-Missionen für die Atmosphären- und Klimaforschung.

In weiteren ITMS-Projektphasen werden Änderungen der Treibhausgasemissionen verschiedener Sektoren, wie zum Beispiel der Energieerzeugung, der Landwirtschaft oder dem Verkehr in Zeiträumen von Monaten bis mehrere Jahre und Jahrzehnte bestimmt werden. Zudem wird das Wissen über einzelne Emissionsprozesse im ITMS weiterentwickelt und für das Modellsystem verfügbar gemacht. In Zusammenspiel mit Schätzungen zu Emissionen aus Verkehr und Industrie soll es zukünftig möglich sein, zwischen Emissionen aus fossilen Quellen, der Land- und Forstwirtschaft sowie natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten zu unterscheiden. So können mit dem neuen Monitoringsystem konkrete Maßnahmen zur Senkung lokaler Emissionen bewertet werden.

Das ITMS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und ist mit einem dreitägigen Kickoff-Meeting am 20. Oktober 2022 am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena gestartet. Dazu erklärt Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger: „Die Bewältigung des Klimawandels ist eine Menschheitsaufgabe, die uns nur mit Forschung und Innovationen gelingen wird. Mit dem Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland können erstmals Treibhausgasquellen und -senken direkt überwacht werden. Dadurch erhalten wir ein genaueres Lagebild für einen besseren Klimaschutz und können Klimaschutzmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit hin überprüfen.“

Über das Projekt

Im Rahmen des Integrierten Treibhausgas-Monitoringsystems (ITMS) fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Forschungsprojekte zu Kernkomponenten in den Bereichen Atmosphärische Modellierung, Beobachtungsdaten sowie Quellen und Senken. Auf diese Kernprojekte werden weitere Beiträge zum ITMS aufbauen. Zu den federführenden Partnern gehören das Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI), der Deutsche Wetterdienst (DWD), das Institut für Umweltphysik der Universität Bremen , das Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowie das Institut für Physik der Atmosphäre des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR ). Des Weiteren sind auch das Umweltbundesamt sowie das Thünen-Institut für Agrarklimaschutz beteiligt, die beide eine zentrale Rolle in der nationalen Berichterstattung spielen.

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