Die Erkennung von Methanlecks – einem erheblichen Faktor für die globale Erwärmung – wird im Kampf gegen den Klimawandel und zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen immer wichtiger. Forscher nutzen die Leistungsfähigkeit modernster Satellitentechnologie, um diese Lecks aus dem Weltraum zu überwachen. Methan ist ein starkes Treibhausgas und nach Kohlendioxid der zweitgrößte Klimaerwärmer. Obwohl eine Tonne Methan in der Atmosphäre nur etwa zehn Jahre überdauert, speichert sie über ein Jahrhundert hinweg 30-mal so viel Wärme wie eine Tonne Kohlendioxid. Das bedeutet, dass Methan eine wichtige Rolle bei der Erwärmung des Planeten spielt.
Das Tropomi-Instrument auf dem Copernicus Sentinel-5P-Satelliten ist das einzige Satelliteninstrument, das täglich die globalen Methankonzentrationen kartiert. Forscher des niederländischen Weltraumforschungsinstituts SRON stellten heute einen neuen Algorithmus vor, der mithilfe maschinellen Lernens automatisch Methan-Superemissionsfahnen in Sentinel-5P-Daten erkennt. Quelle: ESA/SRON
Aber hier ist die gute Nachricht: Da Methan nicht so lange verbleibt wie Kohlendioxid, bietet es uns die Möglichkeit, relativ schnell Klimaschutzmaßnahmen zu ergreifen. Wenn wir die Methanemissionen reduzieren, könnten wir tatsächlich in nur einem Jahrzehnt einen erheblichen Rückgang der globalen Methanwerte erleben. Dies wiederum trägt dazu bei, die Zunahme des Treibhauseffekts abzumildern.
Dieses Bild zeigt eine der Methan-Superemissionsfahnen, die von Copernicus Sentinel-5P in einer Detektionsgruppe an einem Ölförderstandort in Libyen am 26. Juli 2021 entdeckt wurden. Der Satellit GHGSat, der von Tropomi in der Gegend entdeckte Ziele beobachtete, entdeckte Emissionen einer unbeleuchteten Fackel. Bildquelle: ESA
Lassen Sie uns nun über „Superemitter“ sprechen. Methanemittenten sind alle Methanquellen, einschließlich natürlicher Prozesse wie Feuchtgebiete oder menschlicher Aktivitäten wie der Landwirtschaft, aber Methan-Superemittenten setzen im Vergleich zu anderen Emittenten unverhältnismäßig große Mengen Methan frei.
Diese Superemittenten kommen häufig in Industrieanlagen wie Öl- und Gasbetrieben, Kohlebergwerken und sogar auf Mülldeponien vor, wo Geräte- oder Infrastrukturprobleme zu großen Methanlecks führen können. Diese Emissionsquellen sind die „niedrig hängenden Früchte“ in unserem Bestreben, Emissionen zu reduzieren. Die Reparatur dieser Superemitter erfordert keine komplexen oder teuren Lösungen. In vielen Fällen können relativ einfache Reparaturen erhebliche Klimavorteile bringen.
Allerdings stehen wir vor einer Herausforderung: Wir müssen diese Superemittenten zunächst identifizieren. Auf diese Weise können wir zielgerichtet agieren und einen Unterschied im Kampf gegen den Klimawandel machen.
Das Tropomi-Instrument an Bord des Copernicus Sentinel-5P-Satelliten ist das einzige Satelliteninstrument, das täglich die globalen Methankonzentrationen kartiert.
Der Satellit misst Methan, indem er die Erdatmosphäre beobachtet, insbesondere im kurzwelligen Infrarotband. Diese Bänder sind wie ein einzigartiger Fingerabdruck von Methan und ermöglichen es Sentinel-5P, das Vorhandensein von Methan mit großer Genauigkeit zu erkennen.
Diese umfangreichen Daten spielen eine entscheidende Rolle für unser Verständnis und die Reaktion auf die Klima- und Umweltfolgen von Methanemissionen und machen sie zu einem unverzichtbaren Instrument im Kampf gegen den Klimawandel.
Forscher des Weltrauminstituts SRON in den Niederlanden haben einen neuen Algorithmus vorgestellt, der mithilfe maschinellen Lernens automatisch Methan-Superemissionsfahnen in Sentinel-5P-Daten erkennt.
Außerdem berechnet es automatisch relevante Emissionen basierend auf gemessenen Konzentrationen und aktuellen Windgeschwindigkeiten.
Dieses Bild zeigt geschichtete Satellitenbeobachtungen von Methanlecks in Algerien am 4. Januar 2020. In der Nähe des Öl-/Gasfeldes Hassi Messaoud in Algerien entdeckten Forscher des niederländischen Weltrauminstituts SRON eine undichte Anlage, die an sechs aufeinanderfolgenden Tagen Methan ausstieß. Am 4. Januar 2020 entdeckte Sentinel-5P eine Methanwolke über Algerien, die sich mehr als 200 Kilometer nordöstlich erstreckte.
Das Team nutzte Sentinel-2-Bilder, um die Quelle der Methanwolke zu vergrößern und den genauen Ort des Lecks als Öl-/Gasquelle zu lokalisieren, während Sentinel-3 zeigte, dass das Leck sechs Tage lang andauerte. Bildquelle: SRON/JPL (Daten: Enthält modifizierte Copernicus Sentinel-Daten (2020), verarbeitet von der ESA)
Berend Schuit von SRON erklärt: „Früher haben wir die größten Emittenten manuell identifiziert, aber es war immer noch schwierig, unter Millionen von Tropomi-Pixeln zu suchen. Methanfahnen bedeckten oft nur wenige Pixel. Jetzt erhalten wir jeden Tag automatisch eine Liste der Erkennungen von einem maschinellen Lernmodell. Wir überprüfen diese Erkennungen jede Woche manuell Satelliten mit höherer Auflösung, damit sie die Quelle des Lecks lokalisieren können. Das Internationale Methanemissionsobservatorium der Vereinten Nationen nutzt diese Informationen, um gemeinsam mit verantwortlichen Unternehmen oder Behörden Lösungen zu finden.
Einer der Co-Autoren, Bram Maasakkers von SRON, fügte hinzu: „Die Dutzenden von Methanfahnen, die jede Woche von Tropomi entdeckt werden, bieten wirklich eine einmalige Gelegenheit, die globale Erwärmung zu bekämpfen. Wenn sie vom Weltraum aus sichtbar ist, ist das ernst. Jetzt haben wir zum ersten Mal ein klares Bild vom vollen Ausmaß dieser Superemissionen.“ In unserer Veröffentlichung beschreiben wir die 2.974 Federn, die wir im Jahr 2021 entdeckt haben; 45 % davon stammten aus Öl- und Gasanlagen, aber wir sahen auch Wolken aus städtischen Gebieten (35 %) und Kohlebergwerken (20 %). Die Auswirkungen der von uns festgestellten anthropogenen Emissionen auf das Klima sind weitaus größer als die gesamten Treibhausgasemissionen in den Niederlanden. In vielen Fällen sind diese Lecks leicht zu beheben.“
Der Artikel wurde heute in Atmospheric Chemistry and Physics veröffentlicht und kann hier eingesehen werden:
https://doi.org/10.5194/acp-23-9071-2023
Ein dreistufiger Ansatz zur Methanerkennung
Die Erkennung von Methanemissionen erfolgt typischerweise mithilfe von Copernicus Sentinel-5P. Erst vor kurzem haben Wissenschaftler damit begonnen, Methanemissionen aus dem Weltraum mithilfe einer Kombination von Daten mehrerer Satelliten zu überwachen, einschließlich der kombinierten Fähigkeiten der Satelliten Copernicus Sentinel-5P und Sentinel-2.
Diese weltraumgestützten High-Tech-Tools arbeiten zusammen, um Methanemissionen weltweit zu überwachen und zu bewerten, sodass Forscher nicht nur das Vorhandensein von Methan erkennen, sondern auch Emissionen genau lokalisieren und quantifizieren können.
Sentinel-5P, das jeden Tag den Globus abdeckt, ist für seine hochpräzisen Methanmessungen bekannt und kann überall auf der Erde Methanlecks erkennen. Es gibt jedoch ein Problem. Die räumliche Auflösung ist relativ gering und beträgt nur 7 × 5,5 Kilometer. Dies bedeutet, dass das Vorhandensein von Methan zwar erkannt, die Quelle jedoch nicht genau bestimmt werden kann.
Der Sentinel-2-Satellit hingegen ist mit Multiband-Instrumenten ausgestattet, die nicht für die Beobachtung von Methankonzentrationen ausgelegt sind, sondern mit einer Auflösung von bis zu 20 Metern den genauen Standort großer Methanlecks (die mehr als eine Tonne pro Stunde ausstoßen) identifizieren können.
Was ist also mit der Sentinel-3-Mission? Die Satelliten sind mit Multiband-Radiometern ausgestattet, die kurzwellige Infrarotbänder beobachten können, die empfindlich auf Methankonzentrationen reagieren. Diese Satelliten bieten eine tägliche globale Abdeckung mit einer Bodenpixelauflösung von 500 Metern.
In einem kürzlich in Remote Sensing of Environment veröffentlichten Artikel stellten SRON-Forscher fest, dass der Sentinel-3-Satellit aus seinen Messungen im Kurzwellen-Infrarotband Methanverstärkungswerte ermitteln kann. Beeindruckend ist, dass es in der Lage war, täglich maximale Methanlecks von mindestens 10 Tonnen pro Stunde zu erkennen, abhängig von Faktoren wie Standort und Windbedingungen. Dies versetzt es in die einzigartige Lage, Methanlecks zu identifizieren und zu überwachen.