Methan, ein starkes Treibhausgas, wird aus Mülldeponien und Öl- und Gasbetrieben auf der ganzen Welt in weitaus größeren Mengen freigesetzt, als die Regierungen angenommen haben, wie jüngste Luft- und Satellitenuntersuchungen zeigen. Dies ist sowohl für das Klima als auch für die menschliche Gesundheit ein Problem. Aus diesem Grund hat die US-Regierung auch die Vorschriften für Methanlecks und unnötige Freisetzungen verschärft, zuletzt aus Öl- und Gasquellen auf öffentlichem Grund.
Die gute Nachricht ist, dass viele dieser Lecks repariert werden können, wenn sie frühzeitig erkannt werden.
Riley Duren, Forschungswissenschaftler an der University of Arizona und ehemaliger NASA-Ingenieur und Wissenschaftler, leitet Carbon Mapper, eine gemeinnützige Organisation, die eine Konstellation von Methanüberwachungssatelliten plant. Sein erster Satellit, das Ergebnis einer Partnerschaft mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA und dem Erdbildgebungsunternehmen Planet Labs, wird 2024 gestartet.
Duren erklärte, wie neue Satelliten die Fähigkeit von Unternehmen und Regierungen verändern, Methanlecks zu erkennen und zu stoppen und die Verschwendung eines wertvollen Produkts zu vermeiden.
Warum sind Methanemissionen so besorgniserregend?
Methan ist nach Kohlendioxid der zweitgrößte Schadstoff, der für die globale Erwärmung verantwortlich ist. Es bleibt nicht so lange in der Atmosphäre – nur etwa ein Jahrzehnt, verglichen mit Jahrhunderten für Kohlendioxid –, aber es hat eine übergroße Wirkung.
Die Fähigkeit von Methan, den Planeten zu erwärmen, ist in 100 Jahren fast 30-mal so groß wie die von Kohlendioxid und in 20 Jahren mehr als 80-mal. Man kann sich Methan als eine sehr wirksame Decke vorstellen, die Wärme in der Atmosphäre einfängt und dadurch den Planeten erwärmt.
Was viele Gemeinden beunruhigt, ist, dass Methan auch ein Gesundheitsproblem darstellt. Es ist eine Vorstufe von Ozon, das Asthma, Bronchitis und andere Lungenprobleme verschlimmern kann. Und in manchen Fällen gehen mit den Methanemissionen auch andere schädliche Schadstoffe einher, etwa das krebserregende Benzol.
In vielen Öl- und Gasfeldern sind weniger als 80 % des in einer Bohrung aus dem Boden geförderten Gases Methan; Bei dem Rest handelt es sich möglicherweise um gefährliche Luftschadstoffe, die Sie nicht in der Nähe Ihres Zuhauses oder Ihrer Schule haben möchten. Doch bis vor Kurzem gab es nur sehr wenig direkte Überwachung, um Lecks zu erkennen und zu stoppen.
Warum werden Satelliten benötigt, um Methanlecks zu erkennen?
In seiner natürlichen Form ist Methan unsichtbar und geruchlos. Sie würden wahrscheinlich nicht wissen, dass sich in der Nähe eine riesige Methanwolke befindet, wenn Sie nicht über spezielle Instrumente zur Erkennung verfügten.
Unternehmen zählen ihre Methanemissionen traditionell mithilfe einer Methode aus dem 19. Jahrhundert, der sogenannten Inventarisierung. Inventare berechnen die Emissionen auf der Grundlage der gemeldeten Produktion aus Öl- und Gasquellen oder der Abfallmenge, die auf einer Deponie landet, wo organische Abfälle bei der Zersetzung Methan erzeugen. Diese auf Annahmen basierende Rechnungslegung weist eine große Fehlerquote auf; Beispielsweise werden unbekannte Lecks oder anhaltende Entlüftungen nicht berücksichtigt.
Bis vor Kurzem bestand der Stand der Technik bei der Lecksuche bei Öl- und Gasbetrieben darin, dass ein Techniker etwa alle 90 Tage mit einer tragbaren Infrarotkamera oder einem Gasanalysator ein Bohrloch aufsuchte. Ein großes Leck kann jedoch über einen Zeitraum von Tagen oder Wochen große Mengen Gas freisetzen oder an schwer zugänglichen Stellen auftreten, sodass viele dieser sogenannten Superemitter unentdeckt bleiben.
Fernerkundungssatelliten und -flugzeuge können dagegen große Gebiete schnell und regelmäßig überwachen. Einige der neueren Satelliten, einschließlich derjenigen, die wir über die Carbon Mapper Coalition starten, können einzelne Standorte mit hoher Auflösung vergrößern, sodass wir Methan-Superemitter auf einem Bohrloch, einer Stationskompression oder einem bestimmten Abschnitt einer Entladung lokalisieren können. .
Ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Fernerkundung finden Sie in unserem aktuellen Artikel in der Zeitschrift Science. Wir haben 20 % der offenen Deponien in den Vereinigten Staaten mit Flugzeugen untersucht und festgestellt, dass die Emissionen im Durchschnitt 40 % höher waren als die Emissionen, die der Bundesregierung unter Verwendung einer annahmebasierten Bilanzierung gemeldet wurden.
Wenn Wissenschaftler Regionen häufig und konsistent von Satelliten aus überwachen können, können sie die Aktivität von Supersendern melden und den Betreiber schnell benachrichtigen, damit dieser das Problem erkennen und Lecks reparieren kann.
Wie erkennen Satelliten Methan aus dem Weltraum?
Die meisten Satelliten, die Methan aufspüren können, nutzen irgendeine Form der Spektroskopie.
Eine typische Kamera sieht die Welt in drei Farben: Rot, Grün und Blau. Die von uns verwendeten bildgebenden Spektrometer wurden vom Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt und sehen die Welt in fast 500 Farben, einschließlich Wellenlängen jenseits des sichtbaren Spektrums bis hin zum Infrarot, was für die Erkennung und Messung von Treibhausgasen unerlässlich ist.
Treibhausgase wie Methan und Kohlendioxid absorbieren Wärme in Infrarotwellenlängen – jedes hat einen einzigartigen Fingerabdruck. Unsere Technologie analysiert das von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht, um Infrarot-Fingerabdrücke von Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre zu erkennen.
Diese Signaturen unterscheiden sich von denen aller anderen Gase, sodass wir Methan- und Kohlendioxidfahnen abbilden können, um den Ursprung jedes Superemitters zu bestimmen. Sobald wir mithilfe der Spektroskopie die Gasmenge in einer bestimmten Wolke messen, können wir anhand der Windgeschwindigkeitsdaten eine Emissionsrate berechnen.
Was können die neuen Carbon Mapper-Satelliten, was andere noch nicht können?
Jeder Satellit verfügt über unterschiedliche und oft komplementäre Fähigkeiten. MthaneSat, das der Environmental Defense Fund gerade im März 2024 ins Leben gerufen hat, ist wie ein Weitwinkelobjektiv, das ein sehr präzises und umfassendes Bild der Methanemissionen über weite Landschaften liefern wird. Unsere Carbon Mapper Coalition-Satelliten werden MethaneSAT ergänzen, indem sie als eine Sammlung von Teleobjektiven fungieren: Wir werden in der Lage sein, hineinzuzoomen, um einzelne Methanemittenten zu lokalisieren, als würden wir einen Vogel heranzoomen, der in einem Baum nistet.
Gemeinsam mit unseren Partnern bei Planet Labs und der NASA planen wir den Start des ersten Carbon Mapper Coalition-Satelliten im Jahr 2024 mit dem Ziel, die Konstellation in den kommenden Jahren zu erweitern, um letztendlich eine tägliche Methanüberwachung in Regionen mit hoher Priorität auf der Welt bereitzustellen. Beispielsweise wird geschätzt, dass etwa 90 % der Methanemissionen aus der Produktion und Nutzung fossiler Brennstoffe von nur 10 % der Erdoberfläche stammen. Wir planen daher, die Satelliten der Carbon Mapper Coalition auf Öl-, Gas- und Kohleförderbecken zu konzentrieren; große städtische Gebiete mit Raffinerien, Kläranlagen und Deponien; und die wichtigsten Agrarregionen.
Wie werden Ihre Überwachungsdaten verwendet?
Wir hoffen, dass wir durch die Erfahrungen, die wir durch die Weitergabe unserer Flugzeugdaten an Anlagenbetreiber und Aufsichtsbehörden gewonnen haben, einen Großteil unserer zukünftigen Satellitendaten zur Steuerung von Leckerkennungs- und Reparaturbemühungen nutzen können.
Viele Öl- und Gasunternehmen, Deponiebetreiber und einige große Farmen mit Methanvergärungsanlagen sind motiviert, nach Lecks zu suchen, da das Methan in diesen Fällen wertvoll ist und aufgefangen und verwendet werden kann. Zusätzlich zu den Auswirkungen auf das Klima und die Gesundheit bedeuten Methanlecks also eine Freisetzung von Vorteilen in die Atmosphäre.
Durch regelmäßige Satellitenüberwachung können wir Anlageneigentümer und -betreiber schnell benachrichtigen, damit sie etwaige Probleme diagnostizieren und beheben können, und wir können die Standorte weiterhin überwachen, um sicherzustellen, dass Lecks weiterhin repariert werden.
Unsere Daten können auch dazu beitragen, benachbarte Gemeinden vor Risiken zu warnen, die Öffentlichkeit aufzuklären und Durchsetzungsbemühungen zu leiten, wenn Unternehmen ihre Lecks nicht freiwillig reparieren. Indem wir Trends bei Ereignissen mit hohen Methanemissionen im Laufe der Zeit und in allen Einzugsgebieten messen, können wir auch dabei helfen, zu beurteilen, ob Maßnahmen die gewünschte Wirkung erzielen.
Dieser Artikel wurde von The Conversation erneut veröffentlicht, einer unabhängigen, gemeinnützigen Nachrichtenorganisation, die Ihnen vertrauenswürdige Fakten und Analysen liefert, die Ihnen helfen, unsere komplexe Welt zu verstehen. Es wurde geschrieben von: Riley Duren, Universität von Arizona
Erfahren Sie mehr:
Riley Duren ist Geschäftsführer der gemeinnützigen Organisation Carbon Mapper. Carbon Mapper erhält Mittel von einer Reihe philanthropischer Organisationen sowie Zuschüsse von der National Aeronautics and Space Administration und der U.S. Environmental Protection Agency.