Het opsporen van methaanlekken – die een belangrijke bijdrage leveren aan de opwarming van de aarde – wordt steeds belangrijker in de strijd tegen de klimaatverandering en het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen. Onderzoekers maken gebruik van de kracht van de allernieuwste satelliettechnologie om deze lekken vanuit de ruimte te monitoren. Methaan is een krachtig broeikasgas en de op één na grootste klimaatverwarmer, na koolstofdioxide. Hoewel een ton methaan slechts ongeveer tien jaar in de atmosfeer blijft, houdt het meer dan een eeuw lang dertig keer zoveel warmte vast als een ton koolstofdioxide. Dit betekent dat methaan een krachtige speler is bij het opwarmen van de planeet.


Het Tropomi-instrument op de Copernicus Sentinel-5P-satelliet is het enige satellietinstrument dat de mondiale methaanconcentraties dagelijks in kaart brengt. Vandaag hebben onderzoekers van SRON, het Nederlandse ruimteonderzoeksinstituut, een nieuw algoritme onthuld dat machinaal leren gebruikt om automatisch superemissiepluimen van methaan te ontdekken in Sentinel-5P-gegevens. Bron: ESA/SRON

Maar hier is het goede nieuws: omdat methaan niet zo lang blijft hangen als koolstofdioxide, geeft het ons de kans om relatief snelle klimaatactie te ondernemen. Als we de methaanuitstoot terugdringen, kunnen we binnen slechts tien jaar een aanzienlijke daling van het mondiale methaanniveau zien. Dit helpt op zijn beurt de toename van het broeikaseffect te verzachten.


Deze afbeelding toont een van de superemissiepluimen van methaan die zijn gedetecteerd door Copernicus Sentinel-5P in een detectiegroep op een oliewinningslocatie in Libië op 26 juli 2021. De GHGSat-satelliet, die doelen observeert die door Tropomi in het gebied zijn gedetecteerd, heeft emissies van een onverlichte vuurpijl gedetecteerd. Bron afbeelding: ESA

Laten we het nu hebben over "superstralers". Methaanuitstoters zijn elke bron van methaan, inclusief natuurlijke processen zoals wetlands of menselijke activiteiten zoals de landbouw, maar superuitstoters van methaan stoten onevenredig grote hoeveelheden methaan uit in vergelijking met andere uitstoters.

Deze superuitstoters worden vaak aangetroffen in industriële installaties, zoals olie- en gasactiviteiten, kolenmijnen en zelfs stortplaatsen, waar apparatuur- of infrastructuurproblemen tot grote methaanlekken kunnen leiden. Deze emissiebronnen zijn het ‘laaghangende fruit’ in onze zoektocht om de emissies terug te dringen. Voor het repareren van deze superstralers zijn geen complexe of dure oplossingen nodig. In veel gevallen kunnen relatief eenvoudige reparaties aanzienlijke klimaatvoordelen opleveren.

We staan ​​echter voor een uitdaging: we moeten eerst deze superstralers identificeren. Op deze manier kunnen we doelgericht zijn en een verschil maken in de strijd tegen de klimaatverandering.

Het Tropomi-instrument aan boord van de Copernicus Sentinel-5P-satelliet is het enige satellietinstrument dat de mondiale methaanconcentraties dagelijks in kaart brengt.

De satelliet meet methaan door de atmosfeer van de aarde te observeren, met name in de kortegolf-infraroodband. Deze banden zijn als een unieke vingerafdruk van methaan, waardoor Sentinel-5P de aanwezigheid van methaan met grote nauwkeurigheid kan detecteren.

Deze rijke gegevens spelen een cruciale rol in ons begrip van en onze reactie op de klimaat- en milieugevolgen van methaanemissies, waardoor het een onmisbaar instrument wordt in de strijd tegen de klimaatverandering.

Onderzoekers van het Nederlandse ruimtevaartinstituut SRON hebben een nieuw algoritme onthuld dat machinaal leren gebruikt om automatisch superemissiepluimen van methaan te ontdekken in Sentinel-5P-gegevens.

Het berekent ook automatisch de relevante emissies op basis van gemeten concentraties en gelijktijdige windsnelheden.

Deze afbeelding toont gelaagde satellietwaarnemingen van methaanlekken in Algerije op 4 januari 2020. Nabij het olie-/gasveld Hassi Messaoud in Algerije ontdekten onderzoekers van het Nederlandse ruimtevaartinstituut SRON een lekkende faciliteit die zes opeenvolgende dagen methaan uitstootte. Op 4 januari 2020 ontdekte Sentinel-5P een methaanpluim boven Algerije, die zich ruim 200 kilometer naar het noordoosten uitstrekte.


Het team gebruikte beelden van Sentinel-2 om in te zoomen op de bron van de methaanpluim en de exacte locatie van het lek (een olie-/gasbron) vast te stellen, terwijl Sentinel-3 liet zien dat het lek zes dagen aanhield. Beeldbron: SRON/JPL (gegevens: bevat gewijzigde Copernicus Sentinel-gegevens (2020), verwerkt door ESA)

Berend Schuit van SRON legt uit: "Eerder identificeerden we handmatig de grootste emitters, maar het was nog steeds moeilijk om tussen miljoenen Tropomi-pixels te zoeken. Methaanpluimen besloegen vaak maar een paar pixels. Nu krijgen we elke dag automatisch een lijst met detecties uit een machine learning-model. We controleren deze detecties elke week handmatig. De resultaten, om er zeker van te zijn dat we vertrouwen hebben in de detectieresultaten. De resterende, tientallen methaanpluimen, publiceren we online. We geven informatie over aanhoudende lekken door aan andere satellieten met resolutie zodat ze de bron van het lek kunnen achterhalen. Het International Methaan Emissions Observatory van de Verenigde Naties gebruikt deze informatie om samen met verantwoordelijke bedrijven of autoriteiten oplossingen te vinden.

Een van de co-auteurs, Bram Maasakkers van SRON, voegde hieraan toe: ‘De tientallen methaanpluimen die Tropomi elke week detecteert, bieden echt een unieke kans om de opwarming van de aarde tegen te gaan. Als het zichtbaar is vanuit de ruimte, is het ernstig. Nu hebben we voor het eerst een duidelijk beeld van de volledige omvang van deze super-emissies.’ In onze publicatie beschrijven we de 2.974 pluimen die we in 2021 ontdekten; 45% hiervan was afkomstig van olie- en gasinstallaties, maar we zagen ook pluimen uit stedelijke gebieden (35%) en kolenmijnen (20%). De impact van de door ons waargenomen antropogene emissies op het klimaat is veel groter dan de totale uitstoot van broeikasgassen in Nederland. In veel gevallen zijn deze lekken eenvoudig te verhelpen."

Het artikel is vandaag gepubliceerd in Atmospheric Chemistry and Physics en kan hier worden bekeken:

https://doi.org/10.5194/acp-23-9071-2023

Een aanpak op drie niveaus voor methaandetectie

De detectie van methaanemissies is doorgaans afhankelijk van Copernicus Sentinel-5P. Pas onlangs zijn wetenschappers begonnen met het monitoren van de methaanuitstoot vanuit de ruimte met behulp van een combinatie van gegevens van meerdere satellieten, waaronder de gecombineerde mogelijkheden van de Copernicus Sentinel-5P- en Sentinel-2-satellieten.

Deze hightech op de ruimte gebaseerde instrumenten werken samen om de methaanemissies wereldwijd te monitoren en te beoordelen, waardoor onderzoekers niet alleen de aanwezigheid van methaan kunnen detecteren, maar ook de emissies nauwkeurig kunnen lokaliseren en kwantificeren.

Sentinel-5P, dat elke dag de hele wereld bestrijkt, staat bekend om zijn uiterst nauwkeurige methaanmetingen en kan overal op aarde methaanlekken detecteren. Er is echter een probleem. De ruimtelijke resolutie is relatief laag, slechts 7 x 5,5 kilometer. Dit betekent dat het de aanwezigheid van methaan kan identificeren, maar de bron ervan niet kan achterhalen.

De Sentinel-2-satelliet is daarentegen uitgerust met multibandinstrumenten die niet zijn ontworpen om methaanconcentraties waar te nemen, maar die de precieze locatie van grote methaanlekken (die meer dan één ton per uur uitstoten) kunnen identificeren met een resolutie tot 20 meter.

Dus hoe zit het met de Sentinel-3-missie? De satellieten zijn uitgerust met multibandradiometers die kortegolf-infraroodbanden kunnen waarnemen die gevoelig zijn voor methaanconcentraties. Deze satellieten bieden dagelijkse wereldwijde dekking met een grondpixelresolutie van 500 meter.

In een recent artikel gepubliceerd in Remote Sensing of Environment ontdekten SRON-onderzoekers dat de Sentinel-3-satelliet methaanverbeteringswaarden kan verkrijgen uit zijn kortegolf-infraroodbandmetingen. Op indrukwekkende wijze is het erin geslaagd om elke dag maximale methaanlekken van minstens 10 ton per uur te detecteren, afhankelijk van factoren zoals locatie en windomstandigheden. Dit plaatst het in een unieke positie om methaanlekken te identificeren en te monitoren.