Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Öl- und Gasfelder fördern ungewöhnliches Winter-Ozon

02.10.2014

Fracking und andere technische Fortschritte in der Öl- und Gaserschließung haben es in verschiedenen Gebieten der USA möglich gemacht, bislang nicht oder nicht rentabel nutzbare Öl- und Gasvorkommen zu erschließen. Ein internationales Forscherteam hat ein vermehrtes und ungewöhnliches Auftreten von Ozon-Grenzwertüberschreitungen in diesen Gebieten im Winter unter die Lupe genommen.

Das Streben nach Energie-Unabhängigkeit und die neuen technischen Möglichkeiten haben einen rasanten Anstieg der Öl- und Erdgasproduktion in den USA bewirkt. In manchen Produktionsgebieten scheint diese Entwicklung allerdings mit einer Verschlechterung der Luftqualität einherzugehen.


Im Feldlabor werden die Daten der Uintah Basin Winter Ozone Study im Jahr 2013 analysiert.

Foto: Steven Brown, NOAA ESRL

„Ozon ist eine spezielle Form molekularen Sauerstoffs, die sehr reaktionsfreudig ist und oxidierend wirkt. Während Ozon in hohen Luftschichten als bekannte Ozonschicht einen unersetzlichen Schutzmantel gegen schädliche UV-Strahlung darstellt, ist dasselbe Molekül in Bodennähe, in zu hoher Konzentration, als Luftschadstoff zu sehen“, erklärt Martin Graus vom Institut für Meteorologie und Geophysik an der Universität Innsbruck, der seine Expertise in die Studie miteingebracht hat.

Bodennahes Ozon wird nicht direkt emittiert, sondern entsteht photochemisch in der Luft aus Stickoxiden und einer Vielzahl flüchtiger organischer Verbindungen, kurz VOC (volatile organic compounds) genannt. Wesentliche Faktoren, die diesen Vorgang beeinflussen, sind die Sonneneinstrahlung, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit.

Wie Graus erklärt, sei das Ozon, das im Sommer als Hauptbestandteil von Smog bekannt ist, bereits gut untersucht und würde von den Behörden routinemäßig überwacht. Ungewöhnlich ist allerdings das Entstehen von überhöhtem Ozon im Winter, das von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Öl- und Gasfeldern im Westen der USA gemessen wurde.

„Ozonbelastung im Winter ist eine überraschende Erscheinung, weil normalerweise hohe Sonnenintensität, wie sie im Sommer herrscht, nötig ist, um die ozonbildenden chemischen Reaktionen in Gang zu setzen“, erklärt Peter Edwards von der University of York, England. Er ist einer der Hauptautoren der Studie. Aufgrund dieses Phänomens wurden Untersuchungen im Uintah-Becken in Utah durchgeführt.

Winter-Ozon im Fokus

Unter der Leitung von James Roberts von NOAA ESRL (National Oceanic and Atmospheric Administration), einer US-Regierungsabteilung, die in Boulder eine Forschungseinrichtung der Atmosphärenwissenschaften betreibt, und unter Mitwirkung von zahlreichen US Forschungseinrichtungen, dem Staat Utah und der Industrie wurde die Studie durchgeführt.

Dr. Martin Graus war damals Angehöriger des CIRES-Instituts der University of Colorado Boulder und Teil des Forscherteams und erklärt den aufwändigen experimentellen Ansatz: „Die Aufgabe bestand darin, in den Wintermonaten von 2012 bis 2014 die wesentlichen Ozon-Vorläuferstoffe und chemischen Zwischenprodukte in dieser entlegenen Gegend mit einer Vielzahl von komplexen wissenschaftlichen Messgeräten zu identifizieren und quantitative Zeitreihen zu erstellen.“

Prozessbedingt und aufgrund von Lecks ist die Emission von VOCs in den Öl- und Gasfeldern sehr hoch. Zusätzlich werden Stickoxide von LKWs, Dieselaggregaten, Kompressoren, Förderpumpen und anderem technischem Gerät emittiert. Eine durchgängige Schneedecke im Uintah-Becken im Winter bedingt die Ausbildung einer sehr starken und niedrigen Inversionsschicht, die die Verdünnung und den Abtransport der Emissionen unterbindet und so zu einer Akkumulation der Ozon-Vorläuferstoffe führt.

„Unter bestimmten Winterbedingungen kann dies zu extrem hoher Ozonbelastung führen”, so Edwards. Weiters erhöht die reflektierende Schneeoberfläche die für die Photochemie zur Verfügung stehende Lichtintensität. „Die hoch detaillierten chemischen Zeitreihen dienen neben meteorologischen Daten als Eingabeparameter für ein atmosphärenchemisches Model, das mehr als zehntausend Reaktionen berücksichtigt. Aufgrund der breiten Abdeckung der chemischen Eingabeparameter reproduziert das Modell die tatsächlich gemessenen Ozonkonzentrationen und lässt so stichhaltige Schlüsse auf die involvierten Mechanismen zu“, so Graus.

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Entstehung von Ozon im Winter gänzlich von den Vorgängen im Sommer abweicht. „Unter den winterlichen Bedingungen bilden sich aus den hoch konzentrierten VOCs im Uintah-Becken ausreichend Carbonyle, die dann die Ozonproduktion in Gang setzen“, erklärt Steven Brown von NOAA in Boulder. Somit können auch bei niedrigem Sonnenstand und trockener Luft die in der Inversionsschicht angesammelten VOCs bei moderaten Stickoxid-Konzentrationen zu drastischen Ozon-Grenzwertüberschreitungen führen.

Der Modellansatz, bei dem Edwards, Brown und Roberts federführend waren, erlaubt, vorab verschiedene Emissionsszenarien dahingehend zu testen, mit welcher Ozonbelastung zu rechnen ist. Dieses wissenschaftliche Verständnis soll die Basis bilden, zu entscheiden, welche Maßnahmen von der Regierung und der Industrie getroffen werden können, um das bodennahe Ozon im Winter zu reduzieren.

Joost de Gouw, Mitautor und VOC Experte bei CIRES und den NOAA-Laboratorien kommentiert: „Staatliche und regionale Luftreinhaltungsbehörden, die sich mit solchen Ozonepisoden konfrontiert sehen, können unsere Ergebnisse heranziehen, um entsprechende Maßnahmen zu entwickeln, und die Resultate können der Industrie helfen, die Luftgütestandards in diesen Gebieten einzuhalten.“

Publikation: Winter Photochemistry Underlying High Ozone in an Oil and Gas Producing Region. Peter M. Edwards, Steven S. Brown, et.al. Nature Advance Online Publication, am 01.10.2014
DOI: 10.1038/nature13767

Rückfragehinweis

Dr. Martin Graus
Institut für Meteorologie und Geophysik
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 5494
E-Mail: martin.graus@uibk.ac.at

Dr. Carsten Warneke
Chemical Sciences Division
NOAA Earth System Research Laboratories & CIRES – Colorado University in Boulder
Telefon: +1 303 497 3601
E-Mail: carsten.warneke@noaa.gov

Daniela Pümpel MA
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 32020
E-Mail: daniela.puempel@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1038/nature13767 - Winter Photochemistry Underlying High Ozone in an Oil and Gas Producing Region. Peter M. Edwards, Steven S. Brown, et.al. Nature Advance Online Publication, am 01.10.2014
http://www.uibk.ac.at/meteo - Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Innsbruck

Daniela Pümpel | Universität Innsbruck

Weitere Berichte zu: Boulder Geophysik Inversionsschicht Meteorologie NOAA Nature Ozon Ozonbelastung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Weniger Sauerstoff in allen Meeren
16.02.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Wie viel Biomasse wächst in der Savanne?
16.02.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

Physikerinnen und Physiker diskutieren in Bremen über aktuelle Grenzen der Physik

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Prozesstechnik für effizientes Bohren und Schneiden auf der LASER CHINA

22.02.2017 | Messenachrichten

IHP-Forschungsteam verbessert Zuverlässigkeit beim automatisierten Fahren

22.02.2017 | Automotive

Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen

22.02.2017 | Physik Astronomie