Das Forschungsprojekt „Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur Methangaselimination aus wasserwirtschaftlichen Stauräumen bei der Umlagerung von Sedimenten“ wurde in einer Kooperation der D-Sediment GmbH, der Technischen Hochschule Köln und Universität Landau durchgeführt. Im Rahmen des Projekts wurde ein Prototyp zur Methanernte während einer Sedimentremobilisierung von den Projektbeteiligten entwickelt. Bei mehreren Feldversuchen wurde der Prototyp an einem Modellgewässer erprobt. Neben der Prototypentwicklung bestand eine weitere Hauptaufgabe im  Aufbau  eines  kontinuierlichen  Emissionsmonitorings.  Durch  Monitoring  können Grundlagendaten zu den Methanemissionen aus dem Modellgewässer erhoben und analysiert werden. Aus den kontinuierlich und während der Modellmaßnahme erhobenen Daten wird das Emissionsvermeidungspotential der technischen Anlage ermittelt.
Als Modellgewässer dient die Wupper-Vorsperre in Hückeswagen. Für das dort etablierte Emissionsmonitoring wurden unter anderem automatisierte und optische Blasenfallen, Temperatur- und Sauerstofflogger und ein Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) ausgebracht.    Während    regelmäßigen    Feldkampagnen    wurde    außerdem    die Gaszusammensetzung im Sediment, der im Wasser gelöste Methangehalt, der diffusive Austausch an der Oberfläche sowie weitere Wasserqualitätsparameter untersucht. Weiterhin wurden regelmäßig Sedimentproben entnommen, die in den Laboren der Uni Landau und TH Köln analysiert wurden.
Der Prototyp zur Methangasernte und Sedimentremobilisierung wurde zunächst im Labor für Wasser und Umwelt (LWU) der TH Köln erprobt und anschließend auf der Wupper-Vorsperre eingesetzt. Die erste Modellmaßnahme wurde im Sommer 2020 erfolgreich durchgeführt –Sediment wurde verlagert und das entweichende Gas gleichzeitig aufgefangen. Dabei hat sich aber auch Optimierungsbedarf vor allem beim Saugkopf gezeigt. Ein nicht unerheblicher Teil des entweichenden Gases konnte aufgrund der Saugkopf-Geometrie nicht aufgefangen werden. Zur Wffizienzsteigerung des Verfahrens wurde die Saugkopf-Geometrie sowie die Anordnung der Pumpe verbessert. Der optimierte Saugkopf wurde bei einer zweiten Modellmaßnahme, Anfang Sommer 2021, getestet. Der optimierte Saugkopf hat zu einer verbesserten Leistung der Methanernte und Sedimentremobilisierung geführt. Der Gasförderstrom konnte mehr als verdoppelt werden. Bei den Feldversuchen im Sommer 2021 wurden während circa 24 Betriebsstunden 3.100 kg verlagert. Dabei wurden 2.300 l Gas geerntet. Dies entspricht einer Masse von 850 g Methan bzw. 73,1 kg CO2-Äquivalenten. Bezogen auf die befahrene Fläche von 90m² und Betriebszeit von 24 Stunden, entspricht die Ausbeute dem 86-fachen der Gasmenge, die pro Quadratmeter und Tag durchschnittlich aus der Wupper-Vorsperre emittiert wird. Insgesamt konnte die Methanproduktion von 37 Tagen pro Quadratmeter während der zweiten Modellmaßnahme geerntet werden.

Project PIs: A. Lorke (co-PI) 

Key publications:

• Marcon, L., Schwarz, M., Backes, L., Offermann, M., Schreiber, F., Hilgert, S., Sotiri, K., Jokiel, C., & Lorke, A. (2023). Linking Sediment Gas Storage to the Methane Dynamics in a Shallow Freshwater Reservoir. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 128(10), e2022JG007365. https://doi.org/10.1029/2022JG007365
• Schwarz, M., Marcon, L., & Lorke, A. (2023). Quantifying bubble-mediated transport by ebullition from aquatic sediments [Perspective]. Frontiers in Earth Science, 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1113349 

PhD thesis: Marcon, Lediane: Investigation of spatial and temporal dynamics of ebullition in impoundments. Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau. 2023. https://doi.org/10.26204/KLUEDO/7460