Einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der University of East Anglia (UEA) ist ein wichtiger Durchbruch gelungen, um Veränderungen bei den Kohlendioxidemissionen fossiler Brennstoffe schneller und häufiger festzustellen.
In einer heute veröffentlichten Studie quantifizierten sie die regionalen CO2-Emissionsreduzierungen aus fossilen Brennstoffen während der Covid-19-Abschaltungen in den Jahren 2020-2021 anhand atmosphärischer Messungen von CO2 und Sauerstoff (O2) durch das Weybourne Atmospheric Observatory an der Küste von Norfolk im Vereinigten Königreich.
Bei der Schätzung wird eine neue Methode zur Trennung der CO2-Signale von Landpflanzen und fossilen Brennstoffen in der Atmosphäre verwendet. Bisher war es nicht möglich, Veränderungen bei den CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen auf regionaler Ebene mit hoher Genauigkeit und nahezu in Echtzeit zu quantifizieren.
Bestehende atmosphärische Methoden waren weitgehend erfolglos bei der Trennung des CO2 aus fossilen Brennstoffen von den großen natürlichen CO2-Schwankungen, so dass Schätzungen von Veränderungen, wie sie als Reaktion auf die Sperrungen auftreten, auf indirekte Datenquellen angewiesen sind, deren Zusammenstellung Monate oder Jahre dauern kann.
Die auf atmosphärischem O2 basierende Methode, die in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, stimmt gut mit drei weniger häufigen britischen Emissionsschätzungen überein, die während der Pandemie vom Ministerium für Wirtschaft, Energie und Industriestrategie, dem Global Carbon Budget und dem Carbon Monitor erstellt wurden, die unterschiedliche Methoden und Datenkombinationen verwendeten, beispielsweise solche, die auf dem Energieverbrauch basieren.
Entscheidend ist, dass dieser Ansatz nicht nur völlig unabhängig von den anderen Schätzungen ist, sondern auch viel schneller berechnet werden kann.
Die Forscher sind auch in der Lage, Veränderungen bei den Emissionen mit höherer Frequenz zu erkennen, wie z. B. tägliche Schätzungen, und können eindeutig zwei Perioden der Verringerung erkennen, die mit zwei Sperrzeiten im Vereinigten Königreich zusammenhängen, getrennt durch eine Periode der Emissionserholung, als die Covid-Beschränkungen im Sommer 2020 gelockert wurden.
Die Forscher der UEA, die über das einzige britische Labor für hochpräzise atmosphärische O2-Messungen verfügt, arbeiteten mit Kollegen der Universität Wageningen in den Niederlanden und dem Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Deutschland zusammen.
Die Hauptautorin der Studie, Dr. Penelope Pickers vom Zentrum für Ozean- und Atmosphärenwissenschaften der UEA, sagte: “Wenn wir Menschen unsere CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen und unsere Auswirkungen auf das Klima reduzieren wollen, müssen wir zuerst wissen, wie stark sich die Emissionen verändern.
“Unsere Studie ist ein großer Erfolg in der Atmosphärenforschung. Mehrere andere Studien, die sich ausschließlich auf CO2-Daten stützten, waren erfolglos, da die großen Emissionen von Landpflanzen die CO2-Signale aus fossilen Brennstoffen in der Atmosphäre verdecken.
“Die Verwendung von atmosphärischem O2 in Kombination mit CO2 zur Isolierung von CO2 aus fossilen Brennstoffen in der Atmosphäre hat es uns ermöglicht, diese wichtigen Signale zum ersten Mal mit einem ‘Top-down’-Ansatz zu erkennen und zu quantifizieren. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Netz kontinuierlicher Messstellen ein großes Potenzial für diese Bewertung von CO2 aus fossilen Brennstoffen auf regionaler Ebene hat.
Gegenwärtig werden die CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen offiziell nach einem Bottom-up-Ansatz gemeldet, bei dem zur Berechnung der Emissionen Emissionsfaktoren mit Energiestatistiken kombiniert werden.
Diese werden dann in nationalen Verzeichnissen der geschätzten Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre aus anthropogenen Quellen und Aktivitäten wie Wohngebäuden, Fahrzeugen und Industrieprozessen zusammengestellt.
Die Verzeichnisse können jedoch ungenau sein, insbesondere in weniger entwickelten Ländern, was die Einhaltung der Klimaziele erschwert.
Außerdem kann es Jahre dauern, bis die Bestandsaufnahmen abgeschlossen sind, und auf regionaler Ebene oder auf monatlicher oder wöchentlicher Basis sind die Unsicherheiten viel größer.
Eine alternative Methode zur Schätzung der Treibhausgasemissionen ist ein “Top-down”-Ansatz, der auf atmosphärischen Messungen und Modellierung beruht.
Das britische Emissionsinventar stützt sich bereits erfolgreich auf unabhängige Top-down-Bewertungen für einige wichtige Treibhausgase wie Methan und Distickstoffoxid.
Bei CO2, dem wichtigsten Treibhausgas für den Klimawandel, war dies jedoch bisher nicht möglich, da es schwierig ist, zwischen CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen und aus Landpflanzen in der Atmosphäre zu unterscheiden.
Dr. Pickers sagte: “Die Zeit, die für die Erstellung von Verzeichnissen benötigt wird, macht es schwierig, plötzliche Emissionsveränderungen zu charakterisieren, wie z. B. die Verringerungen im Zusammenhang mit den Sperrungen durch die Covid-Pandemie.
“Wir brauchen zuverlässige Schätzungen der CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen, und zwar schnell und in feineren Maßstäben, damit wir den Klimawandel überwachen und uns über politische Maßnahmen informieren können, um eine Erderwärmung von 2°C zu verhindern.
“Unser O2-basierter Ansatz ist kosteneffizient und liefert hochfrequente Informationen, die das Potenzial haben, schnell und in feineren räumlichen Maßstäben CO2-Schätzungen für fossile Brennstoffe zu liefern, z. B. für Landkreise, Staaten oder Städte.
Das Team nutzte 10 Jahre lang hochpräzise, stündliche Messungen von atmosphärischem O2 und CO2 vom Weybourne Atmospheric Observatory, die vom britischen National Centre for Atmospheric Science unterstützt werden. Langfristige Messungen dieser klimatisch wichtigen Gase waren entscheidend für den Erfolg der Studie.
Um ein Covid-Signal zu erkennen, mussten die Forscher zunächst die Auswirkungen des atmosphärischen Transports auf ihre O2- und CO2-Datensätze mithilfe eines maschinellen Lernmodells entfernen.
Sie trainierten das maschinelle Lernmodell mit Daten aus der Zeit vor der Pandemie, um den CO2-Gehalt aus fossilen Brennstoffen zu schätzen, den sie in Weybourne erwartet hätten, wenn die Pandemie nicht aufgetreten wäre.
Anschließend verglichen sie diese Schätzung mit dem tatsächlich in den Jahren 2020-2021 beobachteten CO2 aus fossilen Brennstoffen, was den relativen Rückgang der CO2-Emissionen ergab.
Die Studie ‘Novel quantification of regional fossil fuel CO2 reductions during COVID-19 lockdowns using atmospheric oxygen measurements’ von Penelope A. Pickers et al. wird am Freitag, 22. April 2022, in Science Advances veröffentlicht.
Datum: April 22, 2022
Quelle: Universität von East Anglia
Journal Reference:
- Penelope A. Pickers, Andrew C. Manning, Corinne Le Quéré, Grant L. Forster, Ingrid T. Luijkx, Christoph Gerbig, Leigh S. Fleming, William T. Sturges. Novel quantification of regional fossil fuel CO2 reductions during COVID-19 lockdowns using atmospheric oxygen measurements. Science Advances, 2022; 8 (16) DOI: 10.1126/sciadv.abl9250