Onderzoekers van NOAA en de Universiteit van Colorado hebben een baanbrekende methode ontwikkeld voor het schatten van de nationale emissies van kooldioxide uit fossiele brandstoffen met behulp van luchtmonsters en een bekende isotoop van koolstof waar wetenschappers al tientallen jaren op hebben vertrouwd op archeologische vindplaatsen.

In een paper gepubliceerd in het tijdschrift the Proceedings van de National Academy of Sciences , ze rapporteren de allereerste schatting op nationale schaal van koolstofdioxide afgeleid van fossiele brandstoffen (CO ₂ ) emissies verkregen door het observeren van CO ₂ en zijn natuurlijk voorkomende radio-isotoop, koolstof-14, uit luchtmonsters verzameld door NOAA's Global Greenhouse Gas Reference Network.

koolstof-14, of ¹⁴ C, een zeer zeldzame isotoop van koolstof grotendeels gecreëerd door kosmische straling, heeft een halfwaardetijd van 5, 700 jaar. De koolstof in fossiele brandstoffen is al miljoenen jaren begraven en is daarom volledig verstoken van 14 C. Zorgvuldige laboratoriumanalyse kan de mate van 14 C-uitputting van de CO ₂ in discrete luchtmonsters, die de bijdrage weerspiegelt van de verbranding van fossiele brandstoffen en de productie van cement (die ook geen 14 C), ook wel bekend als de "fossiele CO ₂ " bijdrage. De locatie kennende, datum en tijd waarop de luchtmonsters zijn genomen, het onderzoeksteam gebruikte een model van atmosferisch transport om de CO . te ontwarren ₂ variaties als gevolg van verbranding van fossiele brandstoffen uit andere natuurlijke bronnen en putten, en traceerde de door de mens gemaakte variaties naar het fossiele CO ₂ bronnen aan de oppervlakte.

Een nieuwe methode voor het evalueren van voorraden

"Dit is een nieuwe onafhankelijk, en objectieve methode voor het evalueren van emissie-inventarissen die is gebaseerd op wat we werkelijk in de atmosfeer waarnemen, " zei hoofdauteur Sourish Basu, die een CIRES-wetenschapper was die tijdens het onderzoek bij NOAA werkte. Hij is nu een wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Maryland.

Terwijl de link tussen fossiele CO ₂ emissies en atmosferisch 14C is al vele decennia bekend, de constructie van een emissieraming op nationale schaal op basis van atmosferische ¹⁴ C vereiste de gelijktijdige ontwikkeling van nauwkeurige meettechnieken en een raamwerk voor emissieraming, grotendeels aangevoerd in de afgelopen 15 jaar door NOAA-wetenschapper John Miller en University of Colorado-wetenschapper Scott Lehman.

"Carbon-14 stelt ons in staat om de sluier terug te trekken en CO . te isoleren ₂ uitgestoten door de verbranding van fossiele brandstoffen, " zei Lehman, een van de auteurs van de krant. "Het biedt ons een tracer die we kunnen volgen naar bronnen op de grond. "We kunnen deze dan optellen en vergelijken met andere emissieschattingen op verschillende tijd- en ruimteschalen"

Bottom-up versus top-down

Het nauwkeurig berekenen van de uitstoot van kooldioxide door het verbranden van fossiele brandstoffen heeft wetenschappers jarenlang uitgedaagd. De twee belangrijkste methoden die momenteel worden gebruikt - "bottom-up"-inventarissen en "top-down" atmosferische studies die worden gebruikt in regionale campagnes - hebben elk hun sterke en zwakke punten.

"Bottom-up" schattingen, zoals die gebruikt in de EPA Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks, worden ontwikkeld door CO . te tellen ₂ emissies van verschillende processen en brandstofsoorten, en vervolgens de uitstoot op te schalen op basis van gegevens over het gebruik van fossiele brandstoffen. In tegenstelling tot, "top-down" schattingen zijn gebaseerd op gemeten veranderingen in de concentraties van uitgestoten gassen in de atmosfeer en windpatronen die de brongebieden aan het oppervlak verbinden met de meetlocaties.

Bottom-up inventarisaties kunnen meer details opleveren dan top-down methoden, maar hun nauwkeurigheid hangt af van het vermogen om alle emissieprocessen en hun intensiteiten te allen tijde te volgen, wat een intrinsiek moeilijke taak is met onzekerheden die niet gemakkelijk kunnen worden gekwantificeerd. Top-down studies worden beperkt door de dichtheid van atmosferische metingen en onze kennis van atmosferische circulatiepatronen, maar houden impliciet rekening met alle mogelijke sectoren van de economie die CO uitstoten ₂

Het team construeerde jaarlijkse en maandelijkse top-down fossiele CO ₂ emissieramingen voor de VS voor 2010, het eerste jaar met voldoende atmosferische monsters om robuuste resultaten op te leveren. Als een vergelijkingspunt, ze vergeleken hun cijfers met bottom-up schattingen van een recent rapport van de Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) over de emissies van 2010. De schatting van het team van de totale jaarlijkse uitstoot van 2010 in de VS was 5 procent hoger dan de centrale schatting van EPA. De nieuwe schatting is ook aanzienlijk hoger dan die van andere inventarissen die vaak worden gebruikt in wereldwijde en regionale CO ₂ Onderzoek. Anderzijds, de atmosferische resultaten lijken overeen te komen met een recente update van het Vulcan U.S.-emissiegegevensproduct, ontwikkeld door onderzoekers van de Northern Arizona University.

Aangezien dit de eerste schattingen waren die met het nieuwe waarnemingssysteem werden gemaakt, wetenschappers waarschuwden dat ze als voorlopig moeten worden beschouwd. Nu zijn ze druk bezig de methode toe te passen op metingen uit volgende jaren, om te bepalen of de verschillen die ze zien robuust zijn in de tijd.

Een van de voordelen van deze aanpak, volgens de wetenschappers is dat met een uitgebreide ¹⁴ C meetnet, er is het potentieel om emissies uit verschillende regio's te berekenen - informatie die de nationale totalen van EPA zou vergroten. Staten zoals Californië en verzamelingen van staten zoals de leden van het oostelijke Regionale Broeikasgasinitiatief hebben hun eigen doelstellingen voor de beperking van broeikasgassen opgesteld, en de mogelijkheid om regionale emissies onafhankelijk te evalueren met behulp van top-down-methoden zou helpen bij het evalueren van regionale emissiereductie-inspanningen.

"Onafhankelijke verificatie van jaarlijkse en regionale totalen en meerjarige trends met behulp van onafhankelijke methoden zoals deze zou het vertrouwen in de nauwkeurigheid van emissierapportage bevorderen, en zou kunnen helpen bij het sturen van toekomstige emissiebeperkingsstrategieën, " zei NOAA-wetenschapper John Miller.