Kamera „sieht“ Treibhausgase

Optische Spürnase: Forscher haben eine Kamera entwickelt, die das starke Treibhausgas Methan in der Umwelt aufspüren und sichtbar machen kann. Mittels Infrarotsensoren und spektrometrischen Messungen kann der Methanausstoß selbst einzelner Schornsteine oder von Stallfenstern aus mehr als hundert Metern Entfernung identifiziert und seine Menge gemessen werden, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Climate Change“ berichten.

Methan ist ein potentes Treibhausgas mit mehr als 20-Mal so hoher Treibhauswirkung wie Kohlendioxid. Es wird bei der Erdgasgewinnung und aus Feuchtgebieten freigesetzt, aber auch durch Rinder und andere Wiederkäuer sowie aus Mülldeponien. Durch den Klimawandel geben zudem Permafrostböden und der Meeresgrund immer größere Mengen Methan ab. Entsprechend wichtig ist es die Quellen dieses Gases möglichst genau zu kennen und zu überwachen. Doch das ist nicht so einfach, denn Satellitenmessungen sind oft zu grob, um die Quellen genau zu lokalisieren.

Spektraler Fingerabdruck verrät das Methan

Magnus Gålfalk von der Universität Linköping in Schweden und seine Kollegen habe deshalb eine neue Methode zum Aufspüren von Methan-Emissionen entwickelt: eine hyperspektrale Infrarotkamera. Diese nimmt eine Art Wärmebild des Gases vor einem kälteren Hintergrund auf und zeichnet in jedem Pixel des Bilds ein hochaufgelöstes Spektrum der registrierten Strahlung auf. Das macht es möglich, das Methan anhand seiner charakteristischen Spektralsignaturen zu bestimmen.

„Die Kamera ist sehr sensitiv und macht Methan selbst in Bodennähe sichtbar und messbar, und das mit erheblich höherer Auflösung als zuvor möglich“, erklärt Gålfalk. Mit ihr kann man dadurch sowohl per Helikopter als auch vom Boden aus schon kleine Methanquellen ausfindig machen. „Das gibt uns neue Möglichkeiten um Methanquellen und –senken zu überwachen und zu kartieren“, sagt Koautor David Bastviken von der Universität Linköping. „Und es wird uns dabei helfen zu verstehen, wie wir Methanemissionen besser kontrollieren können.“

Kühe im Stall: Ihr Methanausstoß lässt sich mit der neuen Kamera messen - ein offenes Stallfenster reicht. © Jupiterimages/ iStock.com

Methanfahne aus dem Kuhstallfenster

In ihren Tests richteten die Forscher die Kamera auf das offene Fenster eines Kuhstalls – und das von den Rindern ausgestoßene Methan wurde als rötliche Gasfahne sichtbar. Auch die Menge konnten die Wissenschaftler mit Hilfe ihrer Kamer ermitteln: Die 18 Kühe im Stall produzierten 43 Milligramm Methan pro Sekunde, das entspricht pro Jahr und Kuh gerechnet rund 77 Kilogramm des Gases.

Das von dem Schornstein einer Müllverbrennungsanlage ausgestoßene Methan wiesen die Wissenschaftler mit Hilfe der Kamera aus gut hundert Metern Entfernung nach und ermittelten auch dort die emittierte Menge. Selbst das aus einem Klärschlammteich aufsteigende Methan ließ sich mit Hilfe der neuen Kamera eindeutig messen, obwohl es in der Luft über dem Teich nur in minimalen Konzentrationen vorhanden war. Wie die Messungen ergaben, produziert der Klärschlamm 120 Milligramm Methan pro Stunde und Quadratmeter.

Wichtige Informationen für die Klimaforschung

Nützlich ist diese Erfindung vor allem deshalb, weil viele Methanquellen – sowohl natürliche als auch menschengemachte – bisher nicht erkannt sind. „Der Methangehalt der Atmosphäre hat sich seit dem Jahr 1750 um das Zweieinhalbfache erhöht, aber die Gründe dafür sind bisher weit weniger klar als beim CO2“, so Gålfalk und seine Kollegen. Ebenfalls rätselhaft ist bisher, warum dieses Treibhausgas nicht stetig angestiegen ist, sondern seine Konzentrationen stattdessen stark fluktuieren.

Mit ihrer neuen Kamera hoffen die Forscher, zur Klärung dieser auch für die Klimaforschung wichtigen Fragen beitragen zu können. „Dieser Ansatz bietet eine einzigartige Möglichkeit, das Wissen über dieses Treibhausgas in der Landschaft zu erhöhen und die Zuordnung von Quellen und Senken zu verbessern“, so die Forscher. (Nature Climate Change, 2015; doi: 10.1038/nclimate2877)

(Linköping Universitet, 01.12.2015 – NPO)