In het streven om de klimaatverandering aan te pakken en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, is het opsporen van methaanlekken, een krachtige veroorzaker van de opwarming van de aarde, steeds belangrijker geworden. Onderzoekers maken gebruik van de mogelijkheden van geavanceerde satelliettechnologie om deze lekken vanuit de ruimte te volgen.
Waarom methaan belangrijk is in de strijd tegen klimaatverandering
Methaan is een krachtig broeikasgas en levert na kooldioxide de grootste bijdrage aan de opwarming van het klimaat. Een ton methaan kan, ondanks zijn kortere levensduur van ongeveer 10 jaar in de atmosfeer, een verbazingwekkende 30 keer meer warmte vasthouden dan een ton kooldioxide gedurende een eeuw. Dit betekent dat methaan een krachtige speler is als het gaat om de opwarming van onze planeet.
Maar hier is het goede nieuws: omdat methaan niet zo lang blijft hangen als kooldioxide, biedt het ons een kans om relatief snel klimaatmaatregelen te nemen. Als we de methaanuitstoot verminderen, kunnen we al binnen tien jaar een tastbare vermindering van het wereldwijde methaanniveau zien. Dit helpt dan weer om het versterkte broeikaseffect te verzachten. Laten we het nu hebben over 'superemitters'. Terwijl methaanemitters verwijzen naar elke bron van methaan, variërend van natuurlijke processen zoals wetlands of menselijke activiteiten zoals landbouw, geven methaan-superemitters een onevenredig grote hoeveelheid methaan af in vergelijking met andere emissiebronnen.
Deze worden meestal aangetroffen bij industriële installaties, zoals olie- en gasoperaties, kolenmijnen of zelfs stortplaatsen, die problemen hebben met apparatuur of infrastructuur die leiden tot aanzienlijke methaanlekken. Deze supervervuilers zijn het laaghangende fruit in onze zoektocht naar emissiereductie. Voor het repareren van deze supervervuilers zijn geen ingewikkelde of dure oplossingen nodig. In veel gevallen kunnen relatief eenvoudige reparaties leiden tot aanzienlijke klimaatwinsten. Er is echter een uitdaging: we moeten eerst deze supervervuilers identificeren. Op die manier kunnen we onze inspanningen effectief richten en een verschil maken in de strijd tegen klimaatverandering.
Machine learning gebruiken voor methaandetectie
Het Tropomi instrument aan boord van de Copernicus Sentinel-5P satelliet is het enige satellietinstrument dat dagelijks een wereldwijde kaart van de methaanconcentraties produceert. De satelliet meet methaan door de atmosfeer van de aarde te observeren, met name de kortegolf-infraroodbanden. Deze banden zijn als unieke vingerafdrukken voor methaan, waardoor Sentinel-5P de aanwezigheid ervan met opmerkelijke precisie kan vaststellen.
Deze schat aan gegevens speelt een cruciale rol bij onze inspanningen om de gevolgen van methaanemissies op ons klimaat en milieu te begrijpen en aan te pakken, waardoor het een onmisbaar hulpmiddel is in de strijd tegen klimaatverandering. Onderzoekers van SRON Netherlands Institute for Space Research hebben een nieuw algoritme aangekondigd dat automatisch methaan superemitter pluimen ontdekt in Sentinel-5P data met behulp van machine learning.
Het berekent ook automatisch de bijbehorende emissies op basis van de gemeten concentraties en gelijktijdige windsnelheden. Berend Schuit van SRON legt uit: "Voorheen identificeerden we handmatig de grootste vervuilers, maar het blijft lastig om door de miljoenen Tropomi pixels te zoeken. Een methaanpluim beslaat vaak maar een paar pixels. We krijgen nu elke dag automatisch een lijst met detecties van het machine learning-model. "Die controleren we elke week handmatig om er zeker van te zijn dat we vertrouwen hebben in de detecties. Wat overblijft, tientallen methaanpluimen per week, publiceren we online. Hardnekkige lekken communiceren we naar andere satellieten met een hogere resolutie, zodat zij de bron nauwkeurig kunnen identificeren."
"Deze informatie wordt gebruikt door het International Methane Emissions Observatory van de Verenigde Naties om samen met de verantwoordelijke bedrijven of autoriteiten een oplossing te vinden." Co-auteur Bram Maasakkers, van SRON, voegde daaraan toe: "De tientallen methaanpluimen die Tropomi elke week detecteert, vormen echt een gouden kans in de strijd tegen de opwarming van de aarde."
"Als het zichtbaar is vanuit de ruimte, is het serieus. Voor het eerst krijgen we nu een goed globaal beeld van deze supervervuilers. In onze publicatie beschrijven we de 2974 pluimen die we in 2021 hebben gevonden; 45% is afkomstig van olie- en gasinstallaties, maar we zien ook pluimen uit stedelijke gebieden (35%) en kolenmijnen (20%). "We detecteren door mensen veroorzaakte emissies met een klimaatimpact die aanzienlijk groter is dan de totale broeikasgasemissies van Nederland. In veel gevallen zijn die lekken eenvoudig te verhelpen."
Een drieledige benadering voor methaandetectie
Voor de detectie van methaanemissies wordt doorgaans gebruik gemaakt van Copernicus Sentinel-5P. Tot vrij recent zijn wetenschappers pas begonnen met het benutten van de kracht van het combineren van gegevens van meerdere satellieten om methaanemissies vanuit de ruimte te monitoren, waaronder de gecombineerde mogelijkheden van de Copernicus Sentinel-5P en Sentinel-2 satellieten. Deze hightech ruimte-instrumenten werken samen om methaanemissies op wereldwijde schaal te monitoren en te beoordelen, waardoor onderzoekers niet alleen de aanwezigheid van methaan kunnen detecteren, maar ook emissies nauwkeurig kunnen lokaliseren en kwantificeren.
Sentinel-5P heeft een dagelijkse wereldwijde dekking en staat bekend om zijn zeer nauwkeurige methaanmetingen en kan methaanlekken overal op aarde opsporen. Er zit echter een addertje onder het gras. De ruimtelijke resolutie is relatief grof, namelijk 7 x 5,5 km. Dit betekent dat het de aanwezigheid van methaan kan vaststellen, maar niet precies de bron kan bepalen.
De hier getoonde afbeelding toont een van de methaan superemitterpluimen die zijn gedetecteerd
in een cluster van detecties op een oliewinningslocatie in Libië - Foto: ESA
De Sentinel-2-satellieten daarentegen zijn uitgerust met multibandinstrumenten die niet zijn ontworpen om methaanconcentraties te observeren, maar ze kunnen de precieze locaties van grote methaanlekken (die meer dan een ton per uur uitstoten) identificeren met een opmerkelijke resolutie van 20 m. Maar Sentinel-2 heeft geen dagelijkse wereldwijde dekking, waardoor het mogelijk cruciale gegevens mist tijdens bepaalde emissieperioden. Maar hoe zit het met de Sentinel-3 missie? De satellieten zijn uitgerust met multiband radiometers die kortegolf-infraroodbanden kunnen waarnemen die gevoelig zijn voor methaanconcentraties. Deze satellieten bieden een wereldwijde dekking op dagelijkse basis en een pixelresolutie op de grond van 500 m.
In een recent artikel, gepubliceerd in Remote Sensing of Environment, ontdekten onderzoekers van SRON dat de Sentinel-3-satellieten methaanverhogingen kunnen afleiden uit de metingen van de kortegolf-infraroodband. Het is indrukwekkend om te zien dat Sentinel-3 elke dag de grootste methaanlekken van minstens 10 ton per uur kan detecteren, afhankelijk van factoren zoals locatie en windomstandigheden. Hierdoor bevindt het systeem zich in een unieke positie om methaanlekken te identificeren en te monitoren.
In de buurt van het Hassi Messaoud olie/gasveld in Algerije hebben onderzoekers zes dagen lang een continue methaanuitstoot van een lekkende installatie vastgesteld. De methaanpluim, die op 4 januari 2020 door Sentinel-5P boven Algerije werd gedetecteerd, strekte zich meer dan 200 km ten noordoosten uit. Het team gebruikte een Sentinel-2 beeld om in te zoomen op de oorsprong van de pluim en stelde vast dat de exacte locatie van het lek een olie/gasbron was, terwijl Sentinel-3 liet zien dat het lek zes dagen lang bleef bestaan.
Bij het analyseren van deze lekken gaven zowel Sentinel-2 als Sentinel-3 vergelijkbare schattingen van de methaanuitstoot - een bewijs van het nut van Sentinel-3 bij het kwantificeren van emissies. Door de gegevens van deze twee satellieten te combineren, kunnen onderzoekers nauwkeurig inzoomen en methaanbronnen identificeren, kwantificeren en monitoren die overeenkomen met de pluimen die zijn waargenomen in de wereldwijde scans van Sentinel-5P.
Sudhanshu Pandey, hoofdauteur en nu wetenschapper bij NASA Jet Propulsion Laboratory, zei: "Wie had gedacht dat we drie verschillende Sentinel missies in een gelaagde aanpak konden gebruiken om eerst wereldwijd methaan superemitters vanuit de ruimte te spotten met Tropomi op Sentinel-5P, en vervolgens in te zoomen met Sentinel-3 en Sentinel-2, zodat we de exacte bron die verantwoordelijk is op faciliteitniveau kunnen identificeren. Dit is het soort informatie dat we nodig hebben om snel actie te kunnen ondernemen."
In de strijd tegen klimaatverandering is het van het grootste belang om methaanemissies te begrijpen en te beperken. Sentinel-3, met zijn unieke combinatie van dagelijkse wereldwijde dekking en hoge-resolutie methaan detectie, komt naar voren als een waardevolle aanwinst in het arsenaal van instrumenten om deze ongrijpbare lekken op te sporen en aan te pakken. Naarmate de technologie voortschrijdt en ons begrip toeneemt, zullen satellietwaarnemingen een cruciale rol spelen in de wereldwijde strijd tegen klimaatverandering.
Bron: ESA
