Новые спутники для измерения CO₂ (CO2M) будут запущены на орбиту уже в 2027 году. Изначально планировалось запустить только два спутника, но благодаря компьютерному моделированию в Empa Европейская комиссия приняла решение построить третий спутник. Это значительно улучшит охват наблюдений в глобальном масштабе: теперь парниковые газы, углекислый газ (CO₂) и метан (CH₄), можно будет измерять каждые 3,5 дня, вместо одного раза в пять дней.
Новые приборы будут предоставлять детальные карты распределения парниковых газов с разрешением в два километра. Это позволит охватывать целые регионы, а не только узкие полосы измерений, как это делали предыдущие спутники. Благодаря этому можно будет определить выбросы отдельных стран, городов или даже отдельных электростанций.
Миссия CO2M является частью программы наблюдения за Землёй Copernicus в рамках ЕС. Она разрабатывается Европейским космическим агентством (ESA) и затем будет передана в эксплуатацию Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT). Её цель — мониторинг выбросов углекислого газа, вызванных деятельностью человека, по всему миру.
«Спутники измеряют концентрацию парниковых газов и загрязнителей воздуха в атмосфере, но только с помощью сложных компьютерных моделей мы можем рассчитать выбросы от электростанции, города или даже целой страны», — объясняет Геррит Кульманн из лаборатории Empa по изучению загрязнителей воздуха и экологических технологий.
Чтобы определить, какие технологии подходят для такого анализа, исследователи Empa несколько лет назад смоделировали данные о будущих измерениях CO₂. Эти компьютерные симуляции, заказанные ESA, сыграли решающую роль в обеспечении того, чтобы спутники CO2M измеряли не только CO₂, но и диоксид азота (NO₂). Это сочетание имеет решающее значение, поскольку позволяет отличить антропогенные выбросы от естественных источников: при сжигании угля, нефти и газа всегда образуется NO₂ в дополнение к CO₂, в отличие от естественных выбросов CO₂ биосферой.
Сегодня исследователи Empa применяют свои модели к реальным спутниковым данным. Измерения, полученные с европейского спутника Copernicus Sentinel-5P, демонстрируют, насколько надёжен этот метод. Его инструмент TROPOMI обнаруживает выбросы оксидов азота от крупных электростанций в США, например.
«Мы смогли чётко определить выхлопные шлейфы нескольких электростанций и определить их выбросы оксидов азота», — говорит Кульманн. «Электростанции в США должны ежедневно сообщать о своих выбросах — и наши расчёты очень хорошо соответствуют этим отчётам».
Это показывает, что спутники являются надёжным инструментом не только для наблюдения за выбросами, но и для их количественной оценки с пространственным разрешением всего в несколько квадратных километров.
Исследователи Empa сосредотачиваются не только на регионах с хорошим покрытием данных, таких как Европа и Северная Америка. В рамках европейского проекта CORSO в настоящее время составляется глобальный набор данных по основным источникам выбросов, таким как угольные, газовые и нефтяные электростанции, цементные заводы, а также заводы по производству железа и стали.
Сравнение оценок выбросов оксидов азота, основанных на общедоступных и коммерческих базах данных, с фактическими измерениями TROPOMI уже принесло несколько сюрпризов: некоторые из перечисленных заводов даже не существуют, а другие отсутствовали в базах данных о выбросах. Во многих странах предположения об используемом топливе также были неверными — например, в случае с так называемыми двухтопливными электростанциями, которые могут работать как на нефти, так и на газе.
«Мы смогли показать, что во многих местах в основном используется газ, что приводит к значительно более низким выбросам оксидов азота, чем предполагалось», — объясняет Кульманн.
Методы и технологии, разработанные для измерения оксидов азота, в будущем будут применяться и к парниковым газам, таким как CO₂. «Сегодня мы уже можем надёжно количественно определять загрязнители воздуха, такие как оксиды азота, с помощью спутниковых данных. Через несколько лет мы сможем точно и непрерывно отслеживать основные источники парниковых газов по всему миру со спутниками CO2M», — говорит Кульманн.
Это открывает новую перспективу из космоса, которая показывает, насколько мир действительно продвинулся в борьбе с изменением климата.
Предоставлено Швейцарскими федеральными лабораториями материаловедения и технологии.