Satelliter som sitter mer än 22 200 miles över jordens yta har fångat stormar och väderdata i årtionden. Nu har forskare i huvudsak hackat data som kommer tillbaka för ett annat syfte:att upptäcka metanutsläpp.
Innovationen kan få långtgående konsekvenser för operatörer av fossila bränslen som inte kan eller vill stoppa stora metanutsläpp eftersom den tillåter forskare att observera utsläppen var femte minut och uppskatta den totala mängden utsläpp. Tillvägagångssättet, som använder kortvågiga infraröda observationer från National Oceanic and Atmospheric Administration's Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES), kan upptäcka stora utsläppshändelser på omkring tiotals ton per timme eller mer.
Satelliter observerar koncentrationer av metan från rymden genom att analysera hur solljus reflekteras från jorden. När ljus passerar genom ett moln av gasen försvagas dess intensitet på vissa våglängder. Metan absorberar ljus i den kortvågiga infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet. Även om GOES-systemet inte byggdes för att upptäcka metan, inkluderar dess sensor kortvågiga infraröda kanaler som är utformade för att observera saker som snötäcke och brand hot spots.
Den nya tekniken används redan av geoanalytiska företag och forskare för att kvantifiera stora utsläppshändelser i Nordamerika. Kayrros SAS använde metoden för att uppskatta att en fossil gasledning spydde ut cirka 840 ton metan i atmosfären efter att den sprängdes av en bonde som använde en grävmaskin.
Det är mycket nära de 50,9 miljoner kubikfot som gasoperatören Williams Cos sade läckte, vilket motsvarar cirka 900 ton metan. Den kortsiktiga klimatpåverkan från evenemanget var ungefär lika med de årliga utsläppen från 17 000 amerikanska bilar.
Det nya tillvägagångssättet, som utfördes för första gången förra året av forskare vid Harvard University, möjliggör nästan kontinuerlig, realtidstäckning och kontraster med alla andra satelliter som för närvarande används för att detektera metan, som befinner sig i låg omloppsbana runt jorden och ta bilder när de går runt jorden med hastigheter på cirka 17 000 miles per timme, vilket bara tillåter forskare att uppskatta utsläppshastigheter.
"GOES kan upptäcka korta utsläpp som de andra satelliterna missar, och det kan spåra lossade plymer tillbaka till sina källor", säger Daniel Varon, en forskarassistent vid Harvard Universitys Atmospheric Chemistry Modeling Group som först föreslog konceptet 2022. "Det kan också kvantifiera total utsläppsmassa och varaktighet, snarare än bara momentana uppskattningar av utsläppshastigheten."
Innovationen kommer vid ett kritiskt tillfälle i kampen mot klimatförändringarna när regeringar kommer under press att leverera aggressiva åtgärder efter det varmaste året någonsin och nio månader i rad med rekordhöga månatliga temperaturer. Fossila bränslen är den näst största källan till metanutsläpp som genereras av mänskliga aktiviteter, efter endast jordbruk. De flesta beslutsfattare och forskare säger att att minska oavsiktliga läckor och avsiktliga utsläpp från olja, kol och gas är det snabbaste och billigaste sättet att få ner temperaturerna på kort sikt.
Mer än 150 nationer har anslutit sig till Global Methane Pledge och lovat att minska utsläppen av växthusgaser med 30 % i slutet av detta decennium från 2020 års nivåer. Vid COP28 i Dubai förra året lovade 50 olje- och gasbolag att stoppa utsläppen av metan, inklusive Exxon Mobil Corp. och Saudiarabiens Aramco.
Genombrottet är det senaste i serien från en grupp unga forskare knutna till Harvard University, Polytechnic University of Valencia i Spanien och FN:s internationella metanutsläppsobservatorium som snabbt har utökat forskarnas förmåga att upptäcka läckor med hjälp av ett brett spektrum av satelliter som inte ursprungligen konstruerades för att spåra metan.
Den innovativa tekniken "visar den accelererande takten med vilken detektering och kvantifiering av metanutsläpp sker och viktigast av allt, belyser potentialen att använda befintlig teknik/satelliter som redan är utplacerade för att förbättra detektering och kvantifiering och ta itu med den tidsmässiga variationen av metanutsläpp", säger Maria -Olivia Torcea, analytiker på BloombergNEF.
Även om satelliter som kretsar i låg omloppsbana kan täcka större delen av planeten, kan frekvensen med vilken de passerar över en given plats vara 24 timmar eller längre. Eftersom de kretsar på mycket lägre höjder erbjuder deras sensorer vanligtvis högre upplösning och kan identifiera mycket mindre läckor än GOES-systemet. Gapet i observationsfrekvens betyder dock att forskare vanligtvis bara kan uppskatta utsläppshastigheter från instrumenten.
Det finns begränsningar för GOES-systemet också, som erbjuder täckning av Amerika och en del av Västafrika. Harvard-forskarna arbetar också med forskare vid rymdorganisationer i Europa och Japan för att se om tekniken kan tillämpas på Meteosat Third Generation och Himawari 8-satellituppdragen.
Marc Watine Guiu var en besökande masterstudent vid Harvard när han gjorde den första metanobservationen med GOES förra året och arbetade med Varon och IMEO-forskaren Itziar Irakulis Loitxate på en artikel som publicerades i december i PNAS beskriver tillvägagångssättet. Forskarna kvantifierade en metanläcka som de sa kom från El Encino-La Laguna-ledningen som transporterar fossil gas i Mexiko.
Avgörande är att genombrottet skulle kunna stärka tillsynsmyndigheternas ansträngningar att hålla utsläppare av fossila bränslen ansvariga för några av världens mest skadliga och undvikbara utsläpp, som historiskt sett har rapporterats själv av operatörer.
"En unik förmåga vi har från geostationär omloppsbana är att kvantifiera den totala varaktigheten och metanmassan för mycket stora utsläpp", säger Harvards Varon. "Det skulle vara möjligt att granska industrirapporter om mycket stora metanutsläpp med denna teknik."
Mer information: Marc Watine-Guiu et al, Geostationära satellitobservationer av extrema och övergående metanemissioner från olje- och gasinfrastruktur, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2310797120
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
2024 Bloomberg L.P. distribueras av Tribune Content Agency, LLC.
