science >> Wetenschap >  >> Natuur

CO2-tracking in de ruimte

Het doel van de EU en ESA is om de CO2-uitstoot in realtime te detecteren om in de toekomst wereldwijd betrouwbaar en snel de uitstoot van broeikasgassen te kunnen bepalen. Krediet:iStock

CO 2 concentraties in de lucht blijven snel stijgen, en een snelle vermindering van door de mens veroorzaakte emissies wordt steeds belangrijker. Om de effectiviteit van politieke maatregelen te beoordelen, tijdige en betrouwbare emissieniveaus zijn nodig. Echter, de huidige methoden zijn kostbaar. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA werkt daarom aan de ontwikkeling van nieuwe satellieten die CO . kunnen bepalen 2 emissies in de toekomst — met de hulp van Empa.

Steden zijn echte CO 2 bronnen, maar hoeveel emissie er daadwerkelijk wordt uitgestoten, is op dit moment nauwelijks betrouwbaar vast te stellen. Huidige schattingen zijn gebaseerd op statistieken en activiteitsgegevens van transport, industrie, verwarming en energieproductie. De evaluatie van deze gegevens is complex en de resultaten zijn pas met grote vertraging beschikbaar. Schattingen zijn ook onzeker, aangezien nauwkeurige cijfers vaak niet beschikbaar zijn en vereenvoudigde veronderstellingen moeten worden gemaakt, bijvoorbeeld in het geval van verwarming. Hoewel het huidige netwerk van grondstations handig is om de toename van CO . te volgen 2 in de atmosfeer, het is momenteel niet compact genoeg om betrouwbare informatie te verstrekken over de emissies van individuele landen of zelfs individuele steden.

Onderzoekers werken aan verbeterde emissiebepaling

Om deze reden, de Europese Unie, samen met ESA, ontwikkelt een systeem voor het monitoren van CO 2 uitstoot. Een belangrijk onderdeel hiervan is de CO2M-satellietmissie ("Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring"):vanaf 2025 de eerste CO2M-satellieten worden in een baan om de aarde gestuurd om globale kaarten van atmosferische CO . te maken 2 concentraties met behulp van spectroscopische metingen. Zo kan bepaald worden waar en hoeveel CO 2 wordt uitgestoten door industriële installaties, steden en landen. Deze metingen zouden de huidige onzekerheden bij het schatten van CO . verminderen 2 uitstoot van de verbranding van fossiele brandstoffen.

ESA vertrouwt op Empa's expertise om de satellieten uit te rusten met de juiste meettechnologie. "We hebben ESA verschillende aanbevelingen kunnen doen voor het uitrusten van de satellieten, ", zegt Gerrit Kuhlmann van Empa's afdeling Luchtverontreiniging / Milieutechnologie. De moeilijkheid bij het bepalen van CO2-emissies is om onderscheid te maken tussen antropogene en biologische signalen. De ademhaling van vegetatie veroorzaakt sterke fluctuaties in de verdeling van CO 2 . De satelliet moet deze dus kunnen scheiden van door de mens veroorzaakte emissies. Het idee:een gecombineerd meetapparaat dat CO . detecteert 2 , maar ook nog stikstofdioxide (NO2). Omdat:"De verbranding van kolen, olie en gas produceren niet alleen CO2 maar ook stikstofoxiden. Echter, deze worden niet geproduceerd tijdens de natuurlijke 'ademhaling' van de biosfeer, ", zegt Kuhlmann. Een extra NO2-instrument moet daarom antropogene CO2-signalen kunnen "uitfilteren".

Krediet:Zwitserse federale laboratoria voor materiaalwetenschap en -technologie

Empa simuleert satellietmetingen

Om dit idee te testen, Kuhlmann en zijn team simuleerden de verdeling van CO 2 en NO2-concentraties voor het jaar 2015 met een niet eerder bereikte ruimtelijke resolutie. De uitgebreide simulaties werden uitgevoerd op de snelste high-performance computer van Europa, de "Piz Daint" in het Zwitserse rekencentrum CSCS in Lugano. Ze konden aantonen dat een combinatie van CO2- en NO2-metingen betere en betrouwbaardere resultaten geeft dan wanneer er maar één CO2-meetapparaat op de satelliet was geïnstalleerd.

Satellietbeelden van simulaties van Empa-onderzoekers:De afbeelding links toont de metingen van het CO2-instrument, de afbeelding rechts toont het NO2-instrument van de satelliet. Duidelijk zichtbaar zijn de uitstoot van de stad Berlijn en enkele kolencentrales. Krediet:Empa

Op dit moment is het nog onduidelijk hoeveel satellieten in een baan om de aarde moeten worden gestuurd, maar Kuhlmann beveelt er ten minste drie aan. "Het probleem is dat de lucht zelden onbewolkt is, " zegt Kuhlmann. In 2015 de lucht boven Europa was dan ook gemiddeld slechts één dag per week vrij van bewolking. Hoe meer satellieten regelmatig foto's maken, hoe groter de kans om de uitlaatgassen van individuele bronnen zoals steden te zien en de emissies daarvan te kunnen bepalen. The recommendation for the installation of an additional NO2 measuring instrument has already been incorporated into the planning of the new satellites.