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Global emissions of hexafluoroethane determined by inverse modeling
Benjamin Erik Püschel
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Meteorology and Climate Science
Betreuer*in
Andreas Stohl
DOI
10.25365/thesis.78291
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10031.97211.221974-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Hexafluorethan (C2F6) ist eines der stärksten Treibhausgase mit einer atmosphärischen Lebensdauer von etwa 10.000 Jahren, das hauptsächlich bei der Aluminiumschmelze und der Halbleiterherstellung emittiert wird. Während die Industrie selbst, anhand von Bottom-up (BU) Methoden, die auf Produktionsdaten und Berichten beruhen, davon ausgeht, ihre Emissionen verringert zu haben, ergeben sich bei der Verwendung von Messdaten gestützten Top-down Methoden (TD) große Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen beider Ansätze. In dieser Studie wird die auf Messungen basierte inverse Modellierung, unter Verwendung des atmosphärischen Transportmodells FLEXPART und des Bayes'schen Inversionsmodells FLEXINVERT+, angewandt, um globale und regionale C2F6 Emissionen zu ermitteln. Der Ansatz kombiniert Rückwärts-Trajektorien über 100 Tage, initialisiert bei jeder Messung, mit einer eigens erstellten globalen Reanalyse von C2F6 Mischungsverhältnissen, was eine Ermittelung der Emissionen zwischen 2004 und 2023 ermöglicht. Eine neu entwickelte Methode, bei der die Inversionsergebnisse auf bereits etablierte globale Emissionswerte (z. B. aus einfacheren Box-Modellen) beschränkt werden, reduziert unrealistische Variabilität der Emissionen und führt eine zusätzliche Beschränkung in Regionen oder Zeiträumen mit geringerer Beobachtungsabdeckung ein. Die Ergebnisse weisen insgesamt eine gute Übereinstimmung mit regionalen und globalen TD-Studien auf, liefern aber höhere Emissionen als die mit BU-Methoden ermittelten, insbesondere in den letzten Jahren. Die von der Inversion errechneten globalen Emissionen belaufen sich im Durchschnitt auf 2,17±0,25 kt/Jahr im Zeitraum 2007-2011, gingen während 2012-2016 auf 1,81±0,10 kt/Jahr zurück und stiegen wieder auf 2,18±0,11 kt/Jahr im Zeitraum 2017-2021 an. Die Studie zeigt, dass China in den letzten Jahren mit 55,8±3,7 % den größten Anteil an den weltweiten Emissionen hatte und das höchste absolute Emissionswachstum aufwies. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass Emissionen in Indien aufgrund der aufstrebenden Aluminiumindustrie von zunehmender Bedeutung sind, aber aufgrund der geringen Beobachtungsdichte und großer Unterschiede zwischen BU-Datensätzen mit großer Unsicherheit behaftet sind. Die Verringerung der C2F6-Emissionen in den USA, der EU, Japan und anderen wirtschaftlich entwickelten Regionen konnte den Anstieg der Emissionen in China und Indien in den 2000er und frühen 2010er Jahren ausgleichen, was jedoch in den letzten Jahren nicht gelungen ist und zu einem Anstieg der globalen Emissionen führte. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit von verbesserten Methoden zur BU Emissionsermittlung und der Verfügbarkeit von Industriedaten, um die globale TD-BU-Diskrepanz zu verringern. Eine Ausweitung des globalen C2F6-Messnetzes, insbesondere in Indien, dem Nahen Osten, Südamerika und Afrika, könnte die Stabilität der Ergebnisse der inversen Modellierung deutlich erhöhen und dazu beitragen, Emissionen in den Regionen besser einzuschränken, in denen der größte Emissionsanstieg zu erwarten ist.
Abstract
(Englisch)
Hexafluoroethane (C2F6) is one of the most potent greenhouse gases with an atmospheric lifetime of approximately 10,000 years. It is primarily emitted during aluminium smelting and semiconductor manufacturing. While industries claim to have decreased emissions and bottom-up (BU) emission inventories show relatively low emissions, top down (TD) estimates based on atmospheric C2F6 concentration measurements suggest otherwise. This study employs a measurement-based inverse modelling method using the atmospheric transport model FLEXPART and the Bayesian inversion framework FLEXINVERT+ to quantify global and regional C2F6 emissions. The approach combines 100 d backward trajectories, initiated at each measurement, with a custom global reanalysis of C2F6 mixing ratios, allowing for optimisation of emissions in the timespan between 2004 and 2023. A newly proposed method, constraining inversion results to well-known global emission magnitudes (e.g. from simpler box models), significantly reduces unrealistic year-to-year variability of emissions and introduces an additional constraint in regions or periods with lower observational coverage. Results are generally in good agreement with previous regional and global TD studies, but consistently result in higher emissions than BU methods, particularly in more recent years. Global emissions estimated by the inversion on average amount to 2.17±0.25 kt/yr in 2007-2011, decreased to 1.81±0.10 kt/yr for 2012-2016 and recently increased again to 2.18±0.11 kt/yr in 2017-2021. The study finds that China contributes the largest share of global emissions at 55.8±3.7 % in recent years and exhibits the highest absolute emission growth. Additionally, results indicate that emissions from India are of increasing importance due to its emerging aluminium industry, but are highly uncertain due to low observational coverage and large differences in BU datasets. C2F6 emission reductions in the US, EU, Japan, and other economically developed regions had offset increasing emissions in China and India during the 2000s and early 2010s, but have failed to do so in recent years leading to the increase of global emissions. These findings highlight the need for improved emission reporting and industry data availability to decrease the global TD-BU discrepancy. Expanding the global C2F6 measurement network, particularly in India, the Middle East, South America and Africa could significantly increase the robustness of global inverse modelling results and help constrain future emissions in regions where emissions are expected to increase most.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Inverse Modellierung Hexafluorethan Treibhausgas Emission
Schlagwörter
(Englisch)
Inverse Modelling Hexafluoroethane Greenhouse Gas Emission
Autor*innen
Benjamin Erik Püschel
Haupttitel (Englisch)
Global emissions of hexafluoroethane determined by inverse modeling
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
73 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Stohl
AC Nummer
AC17519066
Utheses ID
75509
Studienkennzahl
UA | 066 | 614 | |