Alla ricerca di perdite di metano, i satelliti si preparano per la caccia

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La minaccia era invisibile agli occhi: tonnellate di metano che fluttuavano verso il cielo, espulse dai gasdotti che serpeggiavano attraverso la Siberia. In passato, quei pennacchi di potenti gas serra rilasciati dalle operazioni petrolifere russe l'anno scorso potrebbero essere passati inosservati. Ma armato di una nuova e potente tecnologia di imaging, un satellite a caccia di metano ha annusato le emissioni e le ha rintracciate alle loro fonti.

Grazie alla tecnologia in rapido progresso, una flotta di satelliti in crescita sta ora mirando a chiudere la valvola sul metano identificando tali perdite dallo spazio. La missione è fondamentale, con una serie di rapporti recenti che suonano un appello sempre più urgente per ridurre le emissioni di metano.

Sebbene abbia una vita più breve e meno abbondante dell'anidride carbonica, il metano è molto più potente nell'intrappolare il calore, rendendo il suo impatto sul riscaldamento globale più di 80 volte maggiore a breve termine. Circa il 60 percento delle emissioni mondiali di metano è prodotto dalle attività umane, la maggior parte proveniente dall'agricoltura, dallo smaltimento dei rifiuti e dalla produzione di combustibili fossili. Il metano di origine umana è responsabile di almeno il 25% del riscaldamento globale odierno, secondo le stime dell'Environmental Defense Fund. Arrestare tali emissioni, sottolinea una nuova valutazione globale del metano del Programma ambientale delle Nazioni Unite, è la migliore speranza per frenare rapidamente il riscaldamento.

"È la leva più potente che abbiamo per ridurre il riscaldamento e tutti gli effetti che derivano dai cambiamenti climatici nei prossimi 30 anni", ha affermato Drew Shindell, professore di scienze della terra alla Duke University e autore principale del rapporto delle Nazioni Unite. Gli scienziati sottolineano che importanti riduzioni sia dell'anidride carbonica che del metano sono fondamentali per prevenire i cambiamenti climatici estremi. "Non è un sostituto per la riduzione della CO2, ma un complemento", ha detto Shindell.

I livelli di metano atmosferico sono aumentati nell'ultimo mezzo decennio. Il 2020 ha visto il più grande salto di un anno mai registrato.

Quasi la metà dei circa 380 milioni di tonnellate di metano rilasciate annualmente dalle attività umane può essere tagliata in questo decennio con metodi disponibili e ampiamente convenienti, secondo la valutazione delle Nazioni Unite. Ciò eviterebbe quasi 0,3 gradi C di riscaldamento entro il 2040, guadagnando tempo prezioso per tenere sotto controllo altre emissioni di gas serra. I guadagni più facili possono essere ottenuti riparando le condutture che perdono, bloccando i rilasci deliberati come lo sfiato di gas indesiderato dalle piattaforme di trivellazione e altre azioni nell'industria petrolifera e del gas, afferma il rapporto delle Nazioni Unite. Anche catturare i fumi dai materiali in decomposizione nelle discariche e soffocare i rutti gassosi del bestiame dei ruminanti aiuterà.

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Per ora, tuttavia, la tendenza sta andando nella direzione opposta: la concentrazione di metano nell'atmosfera terrestre è aumentata nell'ultimo mezzo decennio, mostra l'indice annuale dei gas serra del NOAA. E nonostante la pandemia, il 2020 ha visto il più grande salto di un anno mai registrato. Le cause del recente picco non sono chiare, ma potrebbero includere il fracking del gas naturale, l'aumento della produzione di microbi produttori di metano stimolati dall'aumento delle temperature o una combinazione di forze naturali e causate dall'uomo.

Tutto questo, dicono gli esperti, sottolinea la necessità di rintracciare e tappare eventuali perdite o fonti controllabili. Tuttavia, rintracciare le emissioni alla fonte non è un compito facile. Le versioni sono spesso intermittenti e facili da perdere. I sensori a terra possono rilevare perdite in aree locali, ma la loro copertura è limitata. I sondaggi su aerei e droni richiedono molto tempo e denaro e l'accesso aereo è limitato in gran parte del mondo.

È qui che entra in gioco una serie di satelliti lanciati di recente e imminenti con strumenti sempre più sofisticati.

Le immagini satellitari mostrano un gasdotto russo (a sinistra) ed evidenziano enormi quantità di metano (a destra) emesse dal gasdotto il 6 settembre 2019.
Kayrros e dati modificati di Copernico, 2019

Un gruppo di satelliti lanciati da agenzie spaziali nazionali e aziende private negli ultimi cinque anni ha notevolmente affinato la nostra visione di ciò che il metano fuoriesce e da dove. Nei prossimi due anni saranno lanciati nuovi progetti satellitari, tra cui Carbon Mapper, una partnership pubblico-privata in California, e MethaneSAT, una sussidiaria dell'Environmental Defense Fund, che contribuiranno a riempire il quadro con una gamma e un dettaglio senza precedenti. . Questi sforzi, affermano gli esperti, saranno cruciali non solo per individuare le perdite, ma anche per sviluppare regolamenti e guidare l'applicazione, entrambi gravemente carenti.

"Non puoi mitigare ciò che non puoi misurare", ha affermato Cassandra Ely, direttore di MethaneSAT.

I satelliti precedenti, come il GOSAT della Japan Aerospace Exploration lanciato nel 2009, erano in grado di rilevare il metano, ma la loro risoluzione non era abbastanza buona per identificare fonti specifiche.

Ma la tecnologia satellitare sta ora avanzando rapidamente, aumentando la risoluzione, riducendo le dimensioni e ottenendo una serie di funzionalità all'avanguardia. Nuovi potenti occhi nello spazio includono Sentinel 5P dell'Agenzia spaziale europea (lanciato nel 2017), PRISMA dell'Agenzia spaziale italiana (lanciato nel 2019) e i sistemi gestiti dalla società privata canadese GHGSat (con satelliti lanciati nel 2016, 2020 e 2021). Aziende come la francese Kayrros stanno utilizzando l'intelligenza artificiale per migliorare l'imaging satellitare, insieme ai dati aerei e terrestri, per fornire rapporti dettagliati sul metano.

In un dato momento, ci sono circa 100 perdite di metano ad alto volume in tutto il mondo.

Nell'ultimo anno, i satelliti a caccia di metano hanno fatto una serie di scoperte preoccupanti. Tra questi: Nonostante la pandemia, le emissioni di metano dalle operazioni petrolifere e del gas in Russia sono aumentate del 32% nel 2020. I satelliti hanno anche osservato notevoli rilasci da gasdotti in Turkmenistan, una discarica in Bangladesh, un giacimento di gas naturale in Canada e miniere di carbone nel Bacino degli Appalachi degli Stati Uniti.

In un dato momento, secondo Kayrros, ci sono circa 100 perdite di metano ad alto volume in tutto il mondo, insieme a una massa di quelle più piccole che si aggiungono in modo significativo al totale. Prendere di mira gli emettitori su scala globale dallo spazio, afferma l'Agenzia spaziale europea, fornisce "un nuovo importante strumento per combattere il cambiamento climatico".

Ora, Carbon Mapper sta sviluppando quello che promette sarà lo strumento più sensibile e preciso per individuare le sorgenti puntiformi finora. Il progetto mira a lanciare due satelliti nel 2023, che alla fine raggiungeranno una costellazione fino a 20 che forniranno un monitoraggio quasi costante di metano e CO2 in tutto il mondo. I partner includono il Jet Propulsion Laboratory della NASA, il California Air Resources Board, la società satellitare privata Planet e università e organizzazioni non profit, con finanziamenti da importanti donatori privati, tra cui Bloomberg Philanthropies.

L'impulso è l'attuale divario di monitoraggio globale, ha affermato Riley Duren, scienziato di telerilevamento presso l'Università dell'Arizona e CEO di Carbon Mapper. "Non esiste una singola organizzazione che abbia il mandato, le risorse e la cultura istituzionale necessarie per fornire un sistema di monitoraggio operativo per i gas serra", ha affermato Duren. "Almeno non nel lasso di tempo di cui abbiamo bisogno." Duren paragona Carbon Mapper al servizio meteorologico nazionale degli Stati Uniti, in quanto fornirà un "servizio pubblico essenziale" con il suo monitoraggio di routine e sostenuto dei gas serra.

Mucche in un caseificio a Merced, California. I rutti gassosi del bestiame dei ruminanti sono una fonte significativa di metano.
MARMADUKE ST. GIOVANNI / ALAMY

L'obiettivo principale del progetto è trovare super emettitori, ha detto Duren. Lui e i suoi colleghi hanno condotto uno studio precedente tramite sondaggi aerei con rilevamento del metano su operazioni di petrolio e gas, discariche, trattamento delle acque reflue e agricoltura in California che hanno scoperto che quasi la metà della produzione di metano dello stato proveniva da meno dell'1% delle sue infrastrutture. Le discariche hanno prodotto la quota maggiore delle emissioni complessive dello stato in quel sondaggio, seguite dall'agricoltura e poi dal petrolio e dal gas.

Il sondaggio ha evidenziato la necessità di "ampliarlo e renderlo operativo a livello globale andando nello spazio", ha affermato Duren. Gli orbiter impiegheranno spettrometri "iperspettrali" progettati dal Jet Propulsion Laboratory, che secondo il sito web del progetto forniranno "sensibilità, risoluzione e versatilità senza precedenti". I satelliti delle dimensioni di un minifrigo saranno in grado di mirare a un rilascio entro 30 metri, abbastanza precisi da identificare l'esatto pezzo di equipaggiamento che perde.

Quando vengono rilevate emissioni, gli abbonati a un servizio di allerta rapida verranno avvisati entro 24 ore da Planet, un operatore satellitare privato con sede a San Francisco che costruirà e gestirà i satelliti Carbon Mapper.

I satelliti miglioreranno il monitoraggio del California Air Resources Board con una copertura più ampia e più frequente, ha affermato Jorn Herner, a capo del programma di monitoraggio delle emissioni del consiglio. Il monitoraggio ora viene effettuato una volta al trimestre, ha affermato. Quando sarà dispiegata l'intera costellazione di satelliti Carbon Mapper, questo aumenterà fino a diventare quasi quotidiano. "Hai solo una gestione molto migliore di quello che sta succedendo [and] quando", ha detto Herner, "e sarai in grado di affrontare eventuali perdite più rapidamente".

Le politiche globali necessarie per fare qualcosa sulle emissioni di metano non sono ancora in atto.

Ai cacciatori in orbita si unirà anche MethaneSAT, un satellite che esplorerà aree più ampie, fino a 200 chilometri in una fascia, anche se con una risoluzione inferiore, di 100 metri. Questo programma utilizza uno speciale algoritmo che genera tassi di flusso dai dati satellitari. "Quindi, invece di ottenere solo una foto o un'istantanea, in realtà ottieni più di un film", ha affermato il regista di MethaneSAT Ely. Questo è il primo per il rilevamento satellitare e un vantaggio per rintracciare i pennacchi soffiati dal vento fino alla loro fonte, ha detto.

MethaneSAT si concentrerà sull'industria globale del petrolio e del gas e mira ad essere abbastanza sensibile da rivelare la moltitudine di piccole emissioni di metano che possono rappresentare la maggior parte delle emissioni, afferma Ely. I risultati saranno resi disponibili agli operatori del settore, alle autorità di regolamentazione, agli investitori e al pubblico quasi in tempo reale. I dati, ha affermato, aiuteranno "a dare la priorità a ciò che ha più senso in termini di riduzione e mitigazione delle emissioni".

Eppure, mentre la capacità del mondo di dare la caccia agli emettitori di metano sta crescendo, le politiche globali necessarie per fare qualcosa al riguardo non sono ancora in atto.

Gran parte dell'attuale approccio alla riduzione del metano dipende dalle azioni volontarie dell'industria petrolifera e del gas. I satelliti possono aiutare in questo, hanno affermato l'autore principale del rapporto delle Nazioni Unite Shindell e altri, identificando le perdite che, se bloccate, salveranno o faranno guadagnare a quelle aziende. "Se catturi il metano invece di lasciarlo fuggire nell'atmosfera, hai qualcosa di molto utile", ha detto Shindell. "Quindi, c'è un bel incentivo finanziario per non sprecarlo". Ma se i prezzi del gas non sono abbastanza alti, gli operatori possono ritenere che non valga la pena la spesa e lo sforzo per trovare, arginare e utilizzare le emissioni fuori controllo, rendendo le regole e le tasse una parte necessaria del quadro.

"Avere regolamenti più rigorosi è davvero fondamentale", ha affermato Shindell.

La concentrazione media mensile globale di metano nell'atmosfera.
NOAA

Le normative sulle emissioni di metano oggi sono un mosaico di misure locali e nazionali, con pochi accordi internazionali che fissano obiettivi specifici, sottolinea il rapporto delle Nazioni Unite. Negli Stati Uniti, le politiche statali vanno da controlli abbastanza severi in alcuni stati, come California e Colorado, a scarse imposizioni in Texas e in altri. Il Senato degli Stati Uniti ha recentemente deciso di ripristinare le norme sulle emissioni di metano per l'industria petrolifera e del gas che l'amministrazione Trump aveva abrogato; Il Congresso dovrebbe votare su tale azione entro la fine del mese. Un disegno di legge del Senato proposto a marzo imporrebbe una tassa sulla produzione di metano del settore. E l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti ha appena emesso un piano per limitare il metano e altri inquinanti atmosferici dalle discariche.

L'Unione Europea sta attualmente lavorando a nuove normative per le emissioni del settore energetico. Tuttavia, secondo l'analisi dell'Agenzia internazionale per l'energia, altri grandi emettitori, come la Russia, non hanno quasi nessuna politica di limitazione del metano in vigore. In vista della conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici di novembre, l'International Energy Forum questo mese ha lanciato il suo progetto di metodologia di misurazione del metano, dando ai paesi membri l'accesso ai dati dal satellite Sentinel 5P insieme alle analisi di Kayrros, per ottenere una migliore gestione delle emissioni dall'energia industria.

I dati dei satelliti potrebbero fornire un'utile leva politica per costringere i paesi a reprimere le loro emissioni, affermano gli scienziati. Misurazioni precise sulle perdite degli oleodotti russi, ad esempio, potrebbero consentire all'UE, uno dei principali clienti del petrolio e del gas russo, di imporre tariffe alle frontiere basate sulle emissioni derivanti dalla produzione e dal trasporto. Un migliore monitoraggio potrebbe anche aiutare le recenti azioni di azionisti e tribunali che obbligano le principali società di combustibili fossili a contenere le loro emissioni di gas serra.

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Qualunque sia la misura che entrerà in vigore, i responsabili politici e le autorità di regolamentazione avranno bisogno di occhi nello spazio per controllare se tali regole funzionano, individuare i trasgressori e incentivare il cambiamento.

Duren di Carbon Mapper ha affermato: "Ci sono molti usi per rendere visibile l'invisibile".