Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Stauanlagen schr\u00e4nken den nat\u00fcrlichen Sedimenttransport in Gew\u00e4ssern ein. Im Gew\u00e4sser transportierte Sedimente lagern sich in Stauseen ab, sodass diese langfristig verlanden. So wird nicht nur die Nutzung der Stauanlagen eingeschr\u00e4nkt, es kommt vermehrt auch zur Emission von im Stauseesediment produzierten Methan in die Atmosph\u00e4re. Ziel dieses Vorhabens ist es, einen Prototyp zur Methanernte w\u00e4hrend einer Sedimentremobilisierung im Zuge einer Sedimentmanagementma\u00dfnahme zu entwickeln und zu testen. Gleichzeitig wird an einem Modellgew\u00e4sser ein langfristiges Emissionsmonitoring etabliert, mit dem ermittelt wird, wie langfristig die Methanemissionen aus einem Stausee mithilfe einer gezielten Gasernte verringert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst wurde als Modellgew\u00e4sser die Wupper-Vorsperre in H\u00fcckeswagen festgelegt. Im Anschluss wurde das Emissionsmonitoring am Gew\u00e4sser etabliert, die Bathymetrie ermittelt und Sedimentanalysen durchgef\u00fchrt. Zwei Oberfl\u00e4chensedimentproben wurden chemisch analysiert, w\u00e4hrend entnommene Sedimentkerne im Labor der Universit\u00e4t Koblenz-Landau inkubiert wurden, um die potentielle Methanproduktion zu ermitteln. Neben automatisierten und optischen Blasenfallen wurden Temperatur- und Sauerstoff-Logger sowie ein Str\u00f6mungsmessger\u00e4t im Gew\u00e4sser installiert. In der N\u00e4he des Gew\u00e4ssers wurde eine Wetterstation zur Aufzeichnung der meteorologischen Daten aufgestellt. Zeitgleich wurde der Prototyp im Labor f\u00fcr Wasser und Umwelt der TH K\u00f6ln montiert und getestet.
\nIm Sommer 2020 und 2021 sowie im Herbst 2021 wurde die Modellanlage auf der Wupper-Vorsperre errichtet und getestet. W\u00e4hrend des Tests wurden unter anderem die verlagerte Sedimentmenge, das entnommene Gasvolumen, sowie die Gaszusammensetzung aufgezeichnet. Au\u00dferdem wurden regelm\u00e4\u00dfig Proben aus dem Sediment-Wasser-F\u00f6rderstrom sowie dem Gasf\u00f6rderstrom entnommen und analysiert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die bisherigen Messungen des Emissionsmonitorings an der Wupper-Vorsperre zeigen diffusive Methanemissionen von 4 bis 50 mg CH4\/m\u00b2\/d sowie Emissionen als Gasblasen von 16 bis 54 mg CH4\/m\u00b2\/d. Am Damm wurden Emissionen von 16 bis 23 mg CH4\/m\u00b2\/d gemessen. Die Inkubationen der Sedimentkerne im Labor haben eine potentielle Methanproduktionsrate von 20 mg CH4\/l\/d in den oberen 20 cm des Sedimentes ergeben. In tieferen Sedimentschichten wurde keine nennenswerte Methanproduktion im Sediment gemessen. Die weiteren erhobenen Daten werden derzeit noch ausgewertet.
\nDer Test der Modellanlage auf der Wupper-Vorsperre verlief erfolgreich. Insgesamt konnten in 9 Betriebsstunden 960 kg Sediment mit einem Volumen von 2,15 m\u00b3 verlagert und 410 l Gas entnommen werden. Die Messungen im Zuge des Emissionsmonitorings haben einen mittleren Methangehalt im Gas von 63,4 % ergeben. Es konnten insgesamt also 266 l Methangas entnommen werden. Dies entspricht einer Masse von 167 g Methan.
\nBeim Betrieb der Modellanlage haben sich verschiedene M\u00f6glichkeiten zur Optimierung der gesamten Anlage gezeigt. Vor allem der Saugkopf bietet in Bezug auf seine Geometrie gro\u00dfes Optimierungspotenzial. Die F\u00f6rderpumpe im Saugkopf ist auf einer Seite platziert, sodass die Gewichtsverteilung im Saugkopf nicht gleichm\u00e4\u00dfig ist und er nicht horizontal ins Wasser gelassen werden kann. Durch die Positionierung der Pumpe war eine effiziente Sedimentverlagerung nur bei Befahrung des Sees in eine Richtung m\u00f6glich. Die Platzierung der Pumpe wurde deshalb optimiert. Problematisch war au\u00dferdem, dass mithilfe des Saugkopfs nicht das gesamte aus dem Sediment entweichende Gas aufgefangen werden konnten. Gr\u00f6\u00dfere Mengen Gas stiegen vor und hinter dem Saugkopf aus dem Wasser auf. Hier wurde die Saugkopf-Geometrie optimiert.
\nDurch die Optimierung des Saugkopfs konnte bei der zweiten Modellma\u00dfnahme im Sommer 2021 eine deutlich verbesserte Methanernte festgestellt werden. Bei einer Betriebszeit von ca. 24 Stunden wurden 3100 kg Sediment mit einem Volumen von 7 m\u00b3 verlagert, dabei wurden 2360 l Gas gef\u00f6rdert, was mehr als einer Verdopplung der Gasf\u00f6rderstroms entspricht. Der mittlere Methangehalt w\u00e4hrend der Modellma\u00dfnahme belief sich 55,7 %. Insgesamt konnte eine Methanmenge von 1322 l entnommen werden, was einer Masse von 850 g entspricht.
\nDie Wupper-Vorsperre ist etwa 200.000 m\u00b2 gro\u00df. Ausgehend von dieser Fl\u00e4che sowie einer f\u00fcr die Methanproduktion relevanten Sedimentschicht von 20 cm M\u00e4chtigkeit, ergibt sich ein f\u00fcr die Methanemissionen potenziell relevantes Sedimentvolumen von 40.000 m\u00b3. Wird das Erntepotential von 850 g Methangas aus 7 m\u00b3 verlagertem Sediment auf das potentiell relevante Sedimentvolumen extrapoliert, ergibt sich eine potentiell m\u00f6gliche Methanernte von 4.850 kg Methan bzw. 417.100 kg CO2-\u00c4quivalenten f\u00fcr die Wupper-Vorsperre (f\u00fcr eine Zeitspanne von 20 Jahren betrachtet).<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Offermann, M.; Backes, L.; Marcon, L (2021): Entwicklung eines Verfahrens zur Methangaselminiation aus Staur\u00e4umen (Abstract eingereicht bei der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f\u00fcr Limnologie e.V.; Tagung 27.09.21 \u0096 01.10.21)
\nB\u00fcllesbach, S. (06. April 2020): \u0084H\u00fcckeswagen als Versuchsobjekt \u0096 Wupper-Vorsperre ist jetzt ein Forschungsprojekt\u0093. RP online; https:\/\/rp-online.de\/nrw\/staedte\/hueckeswagen\/hueckeswagen-wupper-vorsperre-ist-jetzt-ein-forschungsprojekt_aid-49878177 (lokaler Zeitungsartikel)
\nInstagram und Facebook Account der TH K\u00f6ln: https:\/\/www.instagram.com\/p\/CEtOq3al7YC\/<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Test der Modellanlage auf dem Modellgew\u00e4sser verlief positiv. Es konnte gezeigt werden, dass eine Methanernte w\u00e4hrend einer Sedimentremobilisierung m\u00f6glich ist. Der Prototyp konnte die 86-fache Gasmenge ernten, die pro Tag und Quadratmeter durchschnittlich aus der Wupper-Vorsperre emittiert werden. Der eingesetzte Prototyp bietet aber noch weiters Optimierungspotenzial.
\nMit den durchgef\u00fchrten Messungen konnten keine Ver\u00e4nderungen der Gasproduktion im Sediment nach einer Verlagerung festgestellt werden. Aufgrund der Optimierung des Prototyps sind die Ergebnisse der Modellversuche schlecht vergleichbar, daher ist eine Aussage zu einer m\u00f6glichen Ver\u00e4nderung der Gasspeicherung im Sediment nicht m\u00f6glich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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