GWP von Methan: Zeithorizont 20 oder 100 Jahre? Wie die Klimawirkung von Biogas zu berechnen ist

Das GWP (Global Warming Potential) ist ein Faktor, der angibt, um das Wievielfache ein bestimmtes Gas das Klima in einem bestimmten Zeithorizont stärker erwärmt als die gleiche Masse CO₂. Für Methan beträgt das GWP₁₀₀ nach dem Fünften IPCC-Bericht (AR5, 2013) etwa 28 und das GWP₂₀ etwa 84. Der Unterschied rührt daher, dass Methan sich in der Atmosphäre innerhalb von etwa einem Jahrzehnt abbaut, während CO₂ Hunderte von Jahren fortbesteht. In der 100-Jahres-Rechnung „verdünnt“ sich die Wirkung von Methan im Zeitverlauf, in der 20-Jahres-Rechnung ist sie in vollem Umfang sichtbar.

Wie das GWP entsteht

Der GWP-Wert hängt von zwei Eigenschaften des Gases ab: der Stärke der Strahlungsabsorption (dem sogenannten Strahlungsantrieb) und der Lebensdauer in der Atmosphäre. Methan absorbiert Infrarotstrahlung je Molekül um ein Vielfaches stärker als CO₂, verschwindet aber schneller: Die Lebensdauer beträgt ca. 12 Jahre (Perturbationslebensdauer). Integriert man die Wirkung über 20 oder 100 Jahre und teilt durch das entsprechende Integral für CO₂, erhält man das jeweilige GWP.

AR5 nennt Werte sowohl unter Berücksichtigung der Klima-Kohlenstoffkreislauf-Rückkopplungen (GWP₁₀₀ ca. 34) als auch ohne sie (ca. 28). Bei der Emissionsberichterstattung werden in der Regel die Werte ohne Rückkopplungen verwendet.

Welchen Horizont man wählen sollte

Die Wahl des Horizonts ist eine Frage des Zwecks der Analyse, nicht der „Wahrheit“. Für Politiken, die auf eine Begrenzung der Erwärmung in den kommenden Jahrzehnten abzielen, sind schnelle Methanminderungen wichtig; für die langfristige Klimaneutralität ist CO₂ entscheidend. Beide Betrachtungen führen im Zusammenhang mit Biogas zum selben praktischen Schluss: Leckagen dürfen nicht zugelassen werden.

Folgen für Biogasanlagen

Biogas besteht zu etwa der Hälfte aus Methan, daher hat jede Leckage aus dem Fermenter, dem Biogasspeicher, den Sicherheitsventilen oder der Aufbereitungsanlage eine Klimadimension. Bei GWP₁₀₀ = 28 entspricht 1 Tonne ausgetretenes Methan 28 t CO₂e, bei GWP₂₀ = 84 sogar 84 t CO₂e.

Berechnungsbeispiel

Annahmen: Eine Biogasanlage erzeugt jährlich 4 Mio. m³ Biogas (55 % CH₄, also 2,2 Mio. m³ Methan), der Verlust beträgt 2 % des Methans, die Dichte von CH₄ 0,717 kg/m³. Verlust: 44.000 m³ ≈ 31,5 t CH₄. Bei GWP₁₀₀ = 28: 883 t CO₂e pro Jahr. Bei GWP₂₀ = 84: 2650 t CO₂e pro Jahr. Zum Vergleich: Die Verbrennung von 31,5 t Methan in der Fackel würde es in etwa 86 t CO₂ umwandeln (aus der Reaktion CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O; 16 g CH₄ → 44 g CO₂), also ca. 10-mal weniger im GWP₁₀₀ und 30-mal weniger im GWP₂₀ als der Verlust. Das begründet die Forderung nach einer Notfackel und nach Dichtheit.

Biogenes CO₂ und Methan

Das nach der Verbrennung von Biogas freigesetzte Kohlendioxid stammt aus Biomasse, die es zuvor aus der Atmosphäre aufgenommen hat, daher wird es in vereinfachten Bilanzen als neutral behandelt. In die Atmosphäre entweichendes Methan ist nicht neutral: Es wandelt sich nach gut einem Dutzend Jahren in CO₂ um (was ebenfalls biogen ist), erwärmt aber das Klima, bevor das geschieht. Deshalb besteht die Emissionsbilanz von Biogasanlagen hauptsächlich aus Methan und N₂O, nicht aus CO₂.

Praktische Regeln

• Geben Sie in Dokumenten stets die GWP-Version (z. B. AR4 oder AR5) und den Zeithorizont an.
• Verwenden Sie beim Vergleich von Angeboten und Projekten dieselben Faktoren.
• Achten Sie darauf, ob die Methodik (z. B. RED) GWP-Werte vorschreibt, denn dann besteht keine Wahlfreiheit.
• Erwägen Sie bei der Darstellung der Ergebnisse, beide Horizonte zu zeigen, wenn Sie die Wirkung von Leckagen behandeln.

Andere Gase in der Bilanz von Biogasanlagen

Neben Methan tritt in der Bilanz einer landwirtschaftlichen Biogasanlage Lachgas (N₂O) aus dem auf Felder ausgebrachten Gärrest auf, dessen GWP₁₀₀ nach AR5 ca. 265 beträgt. Für N₂O spielt der Zeithorizont eine geringere Rolle, da das Gas mehr als 100 Jahre in der Atmosphäre verbleibt. Aus diesem Grund muss die Emissionsbilanz einer Biogasanlage aus allen drei Gasen aufgebaut werden: CO₂, CH₄ und N₂O, jeweils unter Angabe des angenommenen GWP. Das Auslassen eines von ihnen führt zu einer Unter- oder Überschätzung des Ergebnisses, und Vergleiche mit anderen Technologien verlieren ihren Sinn.

Zusammenfassung

Das GWP ist ein Werkzeug für Vergleiche, keine physikalische Konstante. Die Werte für Methan hängen vom Horizont und von der Version des IPCC-Berichts ab, und für Biogasanlagen lautet die praktische Schlussfolgerung: auf Dichtheit, Messungen und die Begrenzung von Methanverlusten zu achten.