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11.01.2023

Klimaschutz: Methanemissionen aus Stauseen reduzieren

Durch den Abbau der organischen Stoffe in den Sedimentschichten von Stauseen entstehen teils erhebliche Mengen des Treibhausgases Methan. Damit dieses nicht in die Atmosphäre entweicht und dem Klima schadet, haben die TH Köln, die Universität Koblenz-Landau und die D-Sediment GmbH in zwei Projekten einen Prototyp zur Methangasernte weiterentwickelt. Mithilfe des optimierten Verfahrens lässt sich nun mehr als doppelt so viel Methan aus Stauseen entnehmen wie bisher und gleichzeitig die Stauraumverlandung beheben. Dies hat der Test mit dem Prototypen an der Wupper-Vorsperre nördlich von Hückeswagen ergeben. Die Vorsperre mit ihrem Volumen von 307 000 Kubikmetern gibt jährlich so viele klimaschädliche Treibhausgase ab wie ein Pkw auf anderthalb Millionen Fahrkilometern, zudem steigt bei höheren Temperaturen Methanfreisetzung. Bei der Entwicklung des Prototyps konnte das Team auf Ergebnisse aus dem Vorgängerprojekt MELIST zurückgreifen. Dabei ist ein Hochdrucksauger entstanden, der an einer schwimmenden Plattform installiert ist - der sogenannte Saugkopf. Dieser löst die Sedimente, wodurch Methangas freigesetzt, aufgefangen und abgesaugt wird. Das Wasser-Sediment-Gas-Gemisch wird auf der Plattform getrennt und das Gas durch eine Vakuumpumpe abgesaugt. Anschließend kann das Sediment dem Fließgewässer unterhalb des Staudamms wieder zugeführt werden. Diesen Ansatz, der schon in MELIST zu guten Ergebnissen geführt hat, wurde jetzt verbessert. Dazu wurde das bestehende System um einen neuen Saugkopf, der die Sedimentverlagerung erleichtert und das Gas effektiver aufnimmt, sowie ein 3D-gedrucktes Schwimmerventil ergänzt. Das Ventil ermöglicht in Kombination mit einem Überlauf, dass sich das System selbst reguliert, wodurch der Strombedarf reduziert wird. Durch die Umbauten wurde der Prototyp jetzt deutlich effizienter. Die Forscher haben insgesamt drei Modellmaßnahmen an der Wupper-Vorsperre durchgeführt, in denen der Prototyp jeweils zwei bis drei Wochen getestet wurde. Im Rahmen dieser Untersuchungen konnte durch die Verbesserungen am Prototyp die Gasernte pro Betriebsstunde von 41 Litern auf ein Gasvolumen von 96 Liter pro Stunde gesteigert werden. In zwei weiteren aktuell laufenden Forschungsprojekten arbeitet das Team des Labors für Umwelt und Wasser der TH Köln derzeit an Lösungen zur Gasspeicherung und -verwertung sowie der Automatisierung der Plattform. Damit soll zum einen Methan als Ressource zur Stromversorgung zugänglich und zum anderen der Prototyp selbst energiesparender und damit effektiver gemacht werden.

Die Arbeitsplattform, auf der der Saugkopf zur Methangasernte sowie Sedimentverlagerung installiert ist, bei einem Test auf der Wupper-Vorsperre. (Foto: TH Köln)

Webcode: 20230111_002