Methanquellen und Pipeline-Lecks im Visier
Redaktion
/ Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt astronews.com
10. Oktober 2022
Aus der Luft und aus dem All haben Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler des DLR und von anderen Einrichtungen die Lecks in den Pipelines
NordStream 1 und 2 untersucht. Parallel arbeitet man an einer besseren
Überwachung von kritischer Infrastruktur aus dem All. Bei der Suche nach
Methanlecks soll künftig auch ein neuer Satellit helfen.

Zwei der vier Gaslecks in der Ostsee an der
Pipeline NordStream 1, aufgenommen vom Satelliten
Sentinal-1A am Abend des 29. September 2022.
Bild: Copernicus, ESA, DLR (beinhaltet
modifizierte Copernicus Sentinel-Daten (2022) für
Sentinel-1) [Großansicht] |
Seit der vorvergangenen Woche bestimmen die Lecks an den Erdgaspipelines
NordStream 1 und 2 die Schlagzeilen im Ostseeraum. Ersten Schätzungen zufolge
sind dabei innerhalb weniger Tage zwischen 100 und 500 Kilotonnen Methan ins
Meer geströmt. Unklar ist derzeit noch, welcher Anteil des Methans davon im
Ozean verbleibt, und wie viel Methan in die Atmosphäre entwichen ist. In
Zusammenarbeit mit dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen gelang es nun dem
Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Technischen Universität
Braunschweig und weiteren Partnern erstmals direkt vor Ort in der Luft die
Methankonzentrationen an den Lecks der Nord-Stream-Pipelines zu vermessen.
Dazu bestückte das Forschungsteam eine Hubschraubermesssonde mit Instrumenten
und flog diese am 5. Oktober 2022 über der Ostsee. Zudem werteten Forscherinnen
und Forscher des DLR Radardaten sowie optische Satellitenaufnahmen aus, die den
Gasaustritt an den bekannten Lecks bestätigen und den Verlauf ihrer Ausdehnung
andeuten. "Die kurzfristig organisierten Aktivitäten des DLR rund um die Analyse
der Lecks an den NordStream-Pipelines zeigen unsere Leistungsfähigkeit und
vielschichtigen Möglichkeiten der Erdbeobachtung", sagt DLR-Bereichsvorständin
Raumfahrt Dr. Anke Pagels-Kerp. "Mit den Flügen in der Region der Leckagen
werden wir genauer verstehen können, wie viel Methan auch jetzt noch austritt
und wie es sich lokal an den Austrittsstellen ausbreitet. Mittels der
Radarbeobachtungen aus dem All, sehen wir das Potential unsere maritime
Infrastruktur zukünftig intensiver zu überwachen, unabhängig von Bewölkung,
Wetter und Tageszeit."
In enger Kooperation mit dem Institut für Flugführung (IFF) der Technischen
Universität Braunschweig fanden insgesamt zwei Hubschrauberflüge ausgehend von
der polnischen Küste bei Kohlberg statt. Das IFF betreibt die
hubschraubergetragene Schleppsonde HELiPOD mit umfangreicher Technik für
atmosphärische Messungen, die bereits im Juni 2022 bei Messungen der
Methan-Emissionen aus Steinkohle-Schächten in Polen sowie bei der
internationalen Arktis-Driftkampagne MOSAiC im Einsatz war. Der HELiPOD wird als
Schlingenlast an einem rund 25 Meter langen Seil unter dem Hubschrauber
geflogen. Für die aktuellen Flüge war dieser zusätzlich mit einem
Methaninstrument des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre bestückt. Eine
wichtige Hilfestellung leistete das Technische Hilfswerk Braunschweig (THW) bei
der kurzfristigen logistischen Vorbereitung der Messungen. Den Hubschrauber
stellte die polnische Firma Helipoland zur Verfügung. Die Messflüge wurden zudem
durch die IMEO Initiative des UN-Umweltprogramms (UNEP) unterstützt.
"Die Methanlecks von Nord Stream 1 und 2 haben deutlich gemacht, wie wichtig
es ist, die Methanemissionen weltweit genau zu überwachen, und zwar auf allen
zeitlichen und räumlichen Skalen. UNEP ist stolz darauf, diese Messung durch das
DLR unterstützt zu haben", sagt Manfredi Caltagirone, Leiter des International
Methane Emissions Observatory (IMEO) des UN-Umweltprogramms, und fügt hinzu:
"IMEO wird weiterhin daran arbeiten, Methanemissions-Daten weltweit verfügbar zu
machen, um die Reduzierung der Methanemissionen zu beschleunigen."
Bei den Flügen konnten Messungen auf der windzugewandten Seite (im Luv)
und auf der windabgewandten Seite (im Lee) der bekannten Stellen der Lecks
durchgeführt werden. "Dabei konnten wir mit den Instrumenten im HELiPOD auf
niedrigen Höhen bis hinunter auf etwa 50 Meter über dem Meer Daten sammeln",
erklärt die Leiterin der Messkampagne Dr. Anke Roiger vom DLR-Institut für
Physik der Atmosphäre. "Die detaillierten Messungen der Methankonzentration im
Umfeld der Lecks werden uns helfen die Ausbreitung der Methanemissionen aus den
verschiedenen Lecks zu charakterisieren und somit die Schätzungen der
Emissionsraten zu prüfen. Diese direkten flugbasierten Messungen in der Luft
schließen die Beobachtungslücke zwischen den Boden- und Satellitenbeobachtungen
der letzten Tage."
Während der Flüge zeigte der HELiPOD-Missionsmonitor im Cockpit die Messungen
online an, sodass der Hubschrauber erfolgreich durch die optisch unsichtbaren
Methanwolken fliegen konnte. Erdgas besteht größtenteils aus Methan, das nach
Kohlenstoffdioxid das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas ist. Messflüge
des DLR hatten in den letzten Monaten bereits mit HALO-Flügen in Kanada und
Falcon-Flügen an der Westküste Zentralafrikas Methanquellen untersucht.
Besonderes Interesse galt dabei der Analyse von Emissionen der jeweils aktiven
Öl- und Gasindustrie, aber auch natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten und
auftauende Permafrostböden.
Die Methandetektion aus dem All ist mit heutigen passiven Satelliten
insbesondere über dem Meer noch sehr ungenau. Zukünftig wird die
deutsch-französische Satellitenmission MERLIN (Methane Remote Sensing Mission)
mittels eines am DLR entwickelten laserbasierten LIDAR-Sensors regionale und
globale Emissionen des Treibhausgases Methan deutlich präziser aus dem All
bestimmen können.
Satellitenaufnahmen aus dem Weltall, aufgenommen vom europäischen
Radarsatelliten Sentinel-1A, konnten am 29. September und 01. Oktober
2022 das fortwährende Austreten von Gas bestätigen. Die hohe austretende
Gasmenge erzeugte an der Wasseroberfläche starke Strudel, die das Radarsignal
stärker zurückstreuen als das umgebende "ruhigere" Wasser und dadurch in den
Radaraufnahmen gut sichtbar sind. Sentinel-1A umkreist die Erde in
einer Höhe von rund 700 km auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn und ist dank
seiner aktiven Radarantenne in der Lage, die Meeresoberfläche durch Wolken und
Nebel hindurch abzubilden - bei jedem Wetter, Tag und Nacht. Hinzugezogen zu den
Auswertungen wurden auch Aufnahmen des optischen Satelliten Sentinel-2
vom 30. September.
Mit den unerwarteten Lecks in den Pipelines NordStream 1 und NordStream 2
rückt das kontinuierliche Monitoring kritischer maritimer Infrastrukturen
verstärkt in den Fokus. Hier könnten vor allem wetterunabhängig beobachtende
Radarsatelliten zukünftig eine wichtige Rolle spielen. "Die notwendigen
Satelliten wie Sentinel-1A, aber auch die deutschen Satelliten TerraSAR-X und
TanDEM-X sind bereits im Orbit. Hinzu kommt bereits 2023 mit Sentinel-1C der
nächste Copernicus Radar-Satellit", erklärt Prof. Stefan Dech, Direktor am
Earth Observation Center (EOC) des DLR. "Durch Anpassung der
Beobachtungsroutinen könnten die Satelliten zukünftig verstärkt auch zur
Beobachtung maritimer Infrastrukturen genutzt werden, um beispielsweise
ungewöhnliche Schiffsbewegungen und andere Auffälligkeiten nahe solcher
Einrichtungen auf dem Meer frühzeitig zu erfassen. Hier haben wir dank der
großen Fortschritte bei der automatischen Datenauswertung und Mustererkennung
mittels künstlicher Intelligenz ein großes Potential für zukünftige
Monitoring-Systeme und Beobachtungsalgorithmen."
Ergänzt werden diese Fähigkeiten schon heute durch die Nutzung optischer
Satelliten wie beispielsweise Sentinel-2 oder auch Landsat.
Das EOC betreibt am DLR-Standort in Neustrelitz neben Funktionen des ESA
Kern-Bodensegments auch eigene Systeme, um Sentinel-Daten zu empfangen und diese
in nahe Echtzeit auszuwerten. Dabei stellt die Nutzung im Kontext der maritimen
Sicherheit einen Schwerpunkt dar: So liefern Satellitendaten längst eine
wichtige Grundlage bei der Beobachtung der Wind- und Seegangsverhältnisse sowie
bei der Erkennung von Ölverschmutzungen, Gefahrstoffverklappung oder illegaler
Fischerei.
An den Standorten in Neustrelitz und in Bremen betreibt das DLR zwei
Forschungsstellen "Maritime Sicherheit“. In Bremen entwickelte thematische
Prozessoren, etwa zur Detektion von Schiffen oder Eisbergen aus
Radarsatellitenaufnahmen, werden in die hierfür in Neustrelitz entwickelten
Systeme eingebunden und operationalisiert. Ergänzend arbeiten
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Neustrelitz an Daten optischer
Satelliten für integrierte Lösungen, die verschiedene Satelliteninstrumente und
Aufnahmen kombinieren.
Am neugegründeten DLR-Institut für den Schutz maritimer Infrastrukturen in
Bremerhaven laufen bereits erste Forschungsarbeiten, wie zukünftig Lagebilder
über und unter Wasser realisiert und geschickt genutzt werden können. Unter
Berücksichtigung der gesellschaftlichen Rahmenbedingungen werden diese
Technologien in enger Abstimmung mit Behörden und Betreibern erprobt und für die
Marktreife vorbereitet.
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