Målet för EU och ESA är att upptäcka CO2-utsläpp i realtid för att kunna fastställa utsläpp av växthusgaser på ett tillförlitligt och snabbt sätt över hela världen i framtiden. Kredit:iStock
CO 2 koncentrationerna i luften fortsätter att stiga snabbt, och en snabb minskning av konstgjorda utsläpp blir allt viktigare. För att bedöma effektiviteten av politiska åtgärder, snabba och tillförlitliga utsläppsnivåer behövs. Dock, nuvarande metoder är kostsamma. Europeiska rymdorganisationen ESA arbetar därför med utvecklingen av nya satelliter som ska kunna bestämma CO 2 utsläpp i framtiden — med hjälp av Empa.
Städer är veritabel CO 2 källor, men hur mycket utsläpp som faktiskt släpps ut kan i dagsläget knappast tillförlitligt fastställas. Aktuella uppskattningar är baserade på statistik och aktivitetsdata från transporter, industri, uppvärmning och energiproduktion. Utvärderingen av dessa data är komplex och resultaten är endast tillgängliga med en lång fördröjning. Uppskattningar är också osäkra, eftersom exakta siffror ofta inte finns tillgängliga och förenklade antaganden måste göras — t.ex. vid uppvärmning. Även om det nuvarande nätverket av markstationer är användbart för att spåra ökningen av CO 2 i atmosfären, det är för närvarande inte tillräckligt tätt för att ge tillförlitlig information om utsläppen från enskilda länder eller ens enskilda städer.
Forskare som arbetar med förbättrad emissionsbestämning
Av denna anledning, EU, tillsammans med ESA, håller på att utveckla ett system för övervakning av CO 2 utsläpp. En nyckelkomponent i detta är CO2M-satellituppdraget ("Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring"):Från 2025, de första CO2M-satelliterna ska skickas i omloppsbana för att producera globala kartor över atmosfärisk CO 2 koncentrationer med hjälp av spektroskopiska mätningar. Detta kommer att göra det möjligt att bestämma var och hur mycket CO 2 släpps ut av industrianläggningar, städer och länder. Dessa mätningar skulle minska de nuvarande osäkerheterna vid uppskattning av CO 2 utsläpp från förbränning av fossila bränslen.
ESA förlitar sig på Empas expertis för att utrusta satelliterna med lämplig mätteknik. "Vi kunde ge ESA olika rekommendationer för att utrusta satelliterna, " säger Gerrit Kuhlmann på Empas avdelning för luftföroreningar/miljöteknik. Svårigheten att bestämma CO2-utsläpp är att skilja mellan antropogena och biologiska signaler. Växtlighetens andning orsakar kraftiga fluktuationer i distributionen av CO2. 2 . Satelliten måste därför kunna separera dessa från konstgjorda utsläpp. Idén:en kombinerad mätanordning som detekterar CO 2 , men även dessutom kvävedioxid (NO2). Eftersom:"Förbränning av kol, olja och gas producerar inte bara CO2 utan även kväveoxider. Dock, dessa produceras inte under biosfärens naturliga "andning", " säger Kuhlmann. Ett ytterligare NO2-instrument borde därför kunna "filtrera bort" antropogena CO2-signaler.
Empa simulerar satellitmätningar
För att testa denna idé, Kuhlmann och hans team simulerade distributionen av CO 2 och NO2-koncentrationer för år 2015 med en rumslig upplösning som inte uppnåtts tidigare. De utarbetade simuleringarna utfördes på den snabbaste högpresterande datorn i Europa, "Piz Daint" på det schweiziska datorcentret CSCS i Lugano. De kunde visa att en kombination av CO2- och NO2-mätningar ger bättre och mer tillförlitliga resultat än om bara en CO2-mätanordning hade installerats på satelliten.
Satellitbilder från Empa-forskarnas simuleringar:Bilden till vänster visar mätningarna av CO2-instrumentet, bilden till höger visar satellitens NO2-instrument. Tydligt synliga är utsläppen från staden Berlin och flera koleldade kraftverk. Kredit:Empa
För närvarande är det fortfarande oklart hur många satelliter som behöver skickas i omloppsbana, men Kuhlmann rekommenderar minst tre. "Problemet är att himlen sällan är molnfri, " säger Kuhlmann. År 2015, himlen över Europa var följaktligen fri från moln i genomsnitt endast en dag i veckan. Ju fler satelliter som regelbundet tar bilder, desto större är sannolikheten att se plymer av avgaser från enskilda källor såsom städer och att kunna bestämma utsläppen från dem. Rekommendationen om installation av ytterligare ett NO2-mätinstrument har redan införlivats i planeringen av de nya satelliterna.
