Stahlwerke aus dem Weltraum beobachten: Neue Methode zur Abschätzung von Treibhausgasemissionen
Forschende des Instituts für Umweltphysik der Universität Bremen haben eine neue satellitengestützte Methode entwickelt, mit der sich die Treibhausgasemissionen einzelner Stahlwerke quantifizieren lassen. Durch die gezielte Auswertung charakteristischer Absorptionssignaturen in aus dem Weltraum gemessenen Spektraldaten ermöglicht dieser Ansatz unabhängige Emissionsschätzungen auf Anlagenebene und bietet damit ein neues Instrument zur Verfolgung der industriellen Fortschritte bei der Eindämmung des Klimawandels.
Die herkömmliche Stahlproduktion ist für einen erheblichen Anteil der weltweiten industriellen Emissionen von Kohlenstoffdioxid (CO₂) verantwortlich und steht daher im Mittelpunkt internationaler Klimaschutzbemühungen. Auch in Deutschland werden derzeit umfangreiche Investitionen getätigt, um die Emissionen von Stahlwerken erheblich zu reduzieren, vor allem durch die Umstellung auf den Wasserstoffbetrieb. Allerdings ist es schwierig, zuverlässige und unabhängige Emissionsabschätzungen flächendeckend durchzuführen. Forschende haben nun eine satellitengestützte Methode entwickelt, die hier neue Möglichkeiten eröffnet. Anstatt CO₂ direkt zu messen, konzentriert sich der Ansatz auf Kohlenstoffmonoxid (CO), ein Nebenprodukt der konventionellen Stahlherstellung. Der Großteil der weltweiten Primärstahlproduktion erfolgt im sogenannten Linz-Donawitz-Verfahren, bei dem Sauerstoff auf kohlenstoffreiches Roheisen geblasen wird, um den Kohlenstoffgehalt mittels Oxidation zu minimieren und so hochwertigen kohlenstoffarmen Stahl zu erhalten. Bei diesem Prozess entstehen erhebliche Mengen an CO, das sich mit der neuen Generation von Satellitensensoren vom Weltraum aus effektiver nachweisen lässt als das Treibhausgas CO2 selbst.
Anhand von Daten des TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) an Bord des Satelliten Sentinel-5 Precursor führten die Forschenden daher eine systematische Langzeitanalyse aller integrierten Stahlwerke in Deutschland durch, die sich in Duisburg, Dillingen, Salzgitter, Bremen und Eisenhüttenstadt befinden. Aus diesen Satellitenbeobachtungen schätzten sie die CO-Emissionen auf Anlagenebene ab und verglichen sie mit den von den Stahlherstellern für denselben Zeitraum gemeldeten CO₂-Emissionen. Die Ergebnisse zeigen standortübergreifend eine sehr starke Korrelation zwischen den CO- und CO₂-Emissionen, so dass es gerechtfertigt ist, CO als zuverlässigen Proxy für die CO₂-Emissionen moderner konventioneller Stahlwerke zu verwenden. Nach der Kalibrierung des CO/CO₂-Emissionsverhältnisses an den deutschen Anlagen können die CO₂-Emissionen vergleichbarer Stahlwerke an anderen Standorten dann damit direkt aus satellitengestützten CO-Emissionsabschätzungen abgeleitet werden.
Bisher war man bei der Emissionsüberwachung weitgehend auf Angaben und Berechnungen der Stahlproduzenten angewiesen. Die neue satellitengestützte Methode bietet nun eine unabhängige Möglichkeit, Emissionen anhand von Beobachtungen der Zusammensetzung der Atmosphäre aus dem Weltraum abzuschätzen. Angesichts des technologischen Wandels in der Stahlindustrie könnten solche Ansätze zu wichtigen Instrumenten werden, um Fortschritte zu verfolgen, gemeldete Reduktionen zu überprüfen und eine transparente Klimapolitik zu unterstützen. Die Arbeit leistet einen Beitrag zu der vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Forschungsinitiative „Integriertes Treibhausgas-Monitoringsystem für Deutschland“ (ITMS), die darauf abzielt, atmosphärische Beobachtungen vom Boden, von Flugzeugen und Satelliten mit hochauflösenden Emissionsinventaren und Atmosphärenmodellen zur Überwachung und Dokumentation von Treibhausgasquellen zu kombinieren.
Referenz
Schneising, O., Buchwitz, M., Reuter, M., Weimer, M., Bovensmann, H., Burrows, J. P., and Bösch, H.: Towards a sector-specific CO/CO2 emission ratio: satellite-based observations of CO release from steel production in Germany, Atmos. Chem. Phys., 24, 7609–7621, https://doi.org/10.5194/acp-24-7609-2024, 2024.