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Local-to-regional methane emissions from the Upper Silesian Coal Basin (USCB) quantified using UAV-based atmospheric measurements

Andersen, Truls und Zhao, Zhao und de Vries, Marcel und Necki, Jaroslaw und Swolkien, Justyna und Menoud, Malika und Röckmann, Thomas und Roiger, Anke und Fix, Andreas und Peters, Wouter und Chen, Huilin (2023) Local-to-regional methane emissions from the Upper Silesian Coal Basin (USCB) quantified using UAV-based atmospheric measurements. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 23 (9), Seiten 5191-5216. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-23-5191-2023. ISSN 1680-7316.

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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.5194/acp-23-5191-2023

Kurzfassung

Coal mining accounts for ∼12 % of the total anthropogenic methane (CH4) emissions worldwide. The Upper Silesian Coal Basin (USCB), Poland, where large quantities of CH4 are emitted to the atmosphere via ventilation shafts of underground hard coal (anthracite) mines, is one of the hot spots of methane emissions in Europe. However, coal bed CH4 emissions into the atmosphere are poorly characterized. As part of the carbon dioxide and CH4 mission 1.0 (CoMet 1.0) that took place in May–June 2018, we flew a recently developed active AirCore system aboard an unmanned aerial vehicle (UAV) to obtain CH4 and CO2 mole fractions 150–300 m downwind of five individual ventilation shafts in the USCB. In addition, we also measured δ13C-CH4, δ2H-CH4, ambient temperature, pressure, relative humidity, surface wind speed, and surface wind direction. We used 34 UAV flights and two different approaches (inverse Gaussian approach and mass balance approach) to quantify the emissions from individual shafts. The quantified emissions were compared to both annual and hourly inventory data and were used to derive the estimates of CH4 emissions in the USCB. We found a high correlation (R2=0.7–0.9) between the quantified and hourly inventory data-based shaft-averaged CH4 emissions, which in principle would allow regional estimates of CH4 emissions to be derived by upscaling individual hourly inventory data of all shafts. Currently, such inventory data is available only for the five shafts we quantified. As an alternative, we have developed three upscaling approaches, i.e., by scaling the European Pollutant Release and Transfer Register (E-PRTR) annual inventory, the quantified shaft-averaged emission rate, and the shaft-averaged emission rate, which are derived from the hourly emission inventory. These estimates are in the range of 256–383 kt CH4 yr−1 for the inverse Gaussian (IG) approach and 228–339 kt CH4 yr−1 for the mass balance (MB) approach. We have also estimated the total CO2 emissions from coal mining ventilation shafts based on the observed ratio of and found that the estimated regional CO2 emissions are not a major source of CO2 in the USCB. This study shows that the UAV-based active AirCore system can be a useful tool to quantify local to regional point source methane emissions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200038/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Local-to-regional methane emissions from the Upper Silesian Coal Basin (USCB) quantified using UAV-based atmospheric measurements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Andersen, TrulsUniversity of Groningen, Groningen, NLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhao, ZhaoNanjing University, Nanjing, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Vries, MarcelUniversity of Groningen, Groningen, NLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Necki, JaroslawAGH University of Science and Technology, Kraków, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Swolkien, JustynaAGH University of Science and Technology, Kraków, Polandhttps://orcid.org/0000-0003-4332-9415NICHT SPEZIFIZIERT
Menoud, MalikaUtrecht University, Utrecht,https://orcid.org/0000-0001-7061-2684NICHT SPEZIFIZIERT
Röckmann, ThomasUtrecht University, Utrecht, NLhttps://orcid.org/0000-0002-6688-8968NICHT SPEZIFIZIERT
Roiger, AnkeDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fix, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2818-9290NICHT SPEZIFIZIERT
Peters, WouterUniversity of Wageningen, Wageningen, NLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chen, HuilinNanjing University, Nanjing, Chinahttps://orcid.org/0000-0002-1573-6673NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Mai 2023
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics (ACP)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:23
DOI:10.5194/acp-23-5191-2023
Seitenbereich:Seiten 5191-5216
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Methane emissions, coal mining, UAV measurements
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Roiger, Anke-Elisabeth
Hinterlegt am:29 Nov 2023 15:24
Letzte Änderung:29 Nov 2023 15:24

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