Nel tentativo di affrontare il cambiamento climatico e ridurre le emissioni di gas serra, la rilevazione delle perdite di metano è diventata sempre più vitale. I ricercatori stanno sfruttando le capacità della tecnologia satellitare all’avanguardia per monitorare queste perdite dallo Spazio.
Perché il metano è importante nella lotta al cambiamento climatico
Il metano è un potente gas serra ed è il secondo maggior contributore al riscaldamento climatico dopo l’anidride carbonica. Una tonnellata di metano, nonostante la sua durata di vita breve, circa 10 anni nell’atmosfera, può trattenere una sorprendente quantità di calore 30 volte superiore rispetto a una tonnellata di anidride carbonica nel corso di un secolo. Ciò significa che quando si tratta di riscaldare il nostro pianeta, il metano gioca un ruolo importante.
C’è, però, una buona notizia: poiché il metano non rimane nell’atmosfera quanto l’anidride carbonica, ci offre l’opportunità di intraprendere azioni climatiche relativamente rapide. Se riduciamo le emissioni di metano, possiamo effettivamente osservare una riduzione tangibile dei livelli globali di metano entro appena un decennio. Ciò, a sua volta, aiuta a mitigare l’aumento dell’effetto serra.
Cosa sono, quindi, i “superemettitori“? Mentre gli emettitori di metano si riferiscono a qualsiasi fonte di metano che va da processi naturali come le zone umide o attività umane come l’agricoltura, i superemettitori di metano rilasciano una quantità sproporzionatamente grande di metano rispetto ad altri emettitori. Questi si trovano tipicamente in strutture industriali, la lavorazione di petrolio e gas, miniere di carbone o anche discariche, che presentano problemi alle attrezzature o alle infrastrutture che portano a significative perdite di metano.
Questi superemettitori rappresentano il tentativo, più a portata di mano, di ridurre le emissioni. Provvedere in questo senso non richiede soluzioni complesse o costose. In molti casi, azioni relativamente semplici possono portare a significativi vantaggi climatici.
Tuttavia, c’è una sfida: dobbiamo prima identificare questi superemettitori. In questo modo possiamo indirizzare i nostri sforzi in modo efficace e iniziare a fare la differenza nella lotta contro il cambiamento climatico.
Utilizzo del machine learning per la rilevazione del metano
Lo strumento Tropomi a bordo del satellite Copernicus Sentinel-5P è l’unico strumento satellitare che produce ogni giorno una mappa globale delle concentrazioni di metano. Il satellite misura il metano osservando l’atmosfera terrestre e, nello specifico, le bande infrarosse a onde corte. Queste sono come impronte digitali uniche per il metano, consentendo a Sentinel-5P di rilevarne la presenza con notevole precisione. Questa ricchezza di dati svolge un ruolo fondamentale nei nostri sforzi per comprendere e affrontare le conseguenze delle emissioni di metano sul clima e sull’ambiente, rendendola uno strumento indispensabile nella battaglia contro il cambiamento climatico.
I ricercatori dello SRON Netherlands Institute for Space Research hanno annunciato un nuovo algoritmo che rileva automaticamente i pennacchi di superemettitori di metano nei dati Sentinel-5P utilizzando il machine learning, l’apprendimento automatico. Inoltre, calcola automaticamente le emissioni associate in base alle concentrazioni misurate e alle velocità del vento.
Berend Schuit di SRON ha spiegato: “Prima identificavamo manualmente gli emettitori più grandi, ma rimane difficile cercare tra milioni di pixel Tropomi. Un pennacchio di metano spesso copre solo pochi pixel. Ora riceviamo automaticamente ogni giorno un elenco di rilevazioni dal modello di machine learning. Li controlliamo manualmente ogni settimana per assicurarci di essere sicuri dei rilevamenti. Quello che resta, decine di pennacchi di metano ogni settimana, lo pubblichiamo online. Comunichiamo le perdite persistenti ad altri satelliti con una risoluzione più elevata in modo che possano identificare con precisione la fonte. Queste informazioni vengono utilizzate dall’International Methane Emissions Observatory delle Nazioni Unite per trovare una soluzione insieme alle aziende o alle autorità responsabili“.
Il coautore Bram Maasakkers, di SRON, ha aggiunto: “Le dozzine di pennacchi di metano che Tropomi rileva ogni settimana rappresentano davvero un’occasione d’oro nella lotta contro il riscaldamento globale. Se è visibile dallo Spazio, è grave. Per la prima volta, ora abbiamo un buon quadro globale di questi superemettitori. Nella nostra pubblicazione descriviamo i 2974 pennacchi che abbiamo trovato nel 2021: il 45% proviene da impianti di petrolio e gas, ma osserviamo anche pennacchi provenienti da aree urbane (35%) e miniere di carbone (20%). Rileviamo emissioni prodotte dall’uomo con un impatto sul clima che è significativamente maggiore delle emissioni totali di gas serra dei Paesi Bassi. In molti casi, queste perdite sono facili da risolvere“.
Lo studio è stato pubblicato oggi su Atmospheric Chemistry and Physics.
Un approccio a 3 livelli per rilevare il metano
In genere, la rilevazione delle emissioni di metano si basa su Copernicus Sentinel-5P. Fino a poco tempo fa, gli scienziati avevano solo iniziato a sfruttare la potenza della combinazione di dati provenienti da più satelliti per monitorare le emissioni di metano dallo Spazio, includendo le capacità combinate dei satelliti Copernicus Sentinel-5P e Sentinel-2. Questi strumenti spaziali ad alta tecnologia lavorano in tandem per monitorare e valutare le emissioni di metano su scala globale, consentendo ai ricercatori non solo di rilevare la presenza di metano ma anche di localizzare e quantificare accuratamente le emissioni.
Con una copertura globale giornaliera, Sentinel-5P è noto per le sue misurazioni di metano ad alta precisione ed è in grado di rilevare perdite di metano ovunque sulla Terra. Tuttavia, c’è un problema. La risoluzione spaziale è relativamente grossolana, a 7×5,5 km. Ciò significa che può identificare la presenza di metano ma non individuarne la fonte con precisione.
I satelliti Sentinel-2, invece, sono dotati di strumenti multibanda che non sono progettati per osservare le concentrazioni di metano ma possono identificare le posizioni precise delle maggiori perdite di metano (che emettono più di una tonnellata all’ora) con una notevole risoluzione di 20 metri. Sentinel-2, però, non dispone di una copertura globale giornaliera, quindi potrebbe perdere l’acquisizione di dati cruciali durante determinati periodi di emissione.
Per quanto riguarda la missione Sentinel-3, i satelliti sono dotati di radiometri multibanda in grado di osservare le bande infrarosse a onde corte sensibili alle concentrazioni di metano. Questi satelliti offrono una copertura globale su base giornaliera e una risoluzione in pixel al suolo di 500 metri.
In un recente studio pubblicato su Remote Sensing of Environment, i ricercatori SRON hanno scoperto che i satelliti Sentinel-3 possono recuperare dati migliorati del metano dalle misurazioni della banda infrarossa a onde corte. Sorprendentemente, la missione è in grado di rilevare le più grandi perdite di metano di almeno 10 tonnellate all’ora, a seconda di fattori come la posizione e le condizioni del vento, ogni singolo giorno. Ciò la pone in una posizione unica per identificare e monitorare le perdite di metano.
Vicino al giacimento di petrolio/gas di Hassi Messaoud in Algeria, i ricercatori hanno identificato un’emissione continua di metano da un impianto che perdeva, per 6 giorni. Il pennacchio di metano, rilevato da Sentinel-5P sopra l’Algeria il 4 gennaio 2020, si estendeva per oltre 200 km a Nord/Est.
Il team ha utilizzato un’immagine Sentinel-2 per ingrandire le origini dei pennacchi e ha individuato la posizione esatta della perdita come un pozzo di petrolio/gas, mentre Sentinel-3 ha mostrato che la perdita è continuata per 6 giorni.
Analizzando queste perdite, sia Sentinel-2 che Sentinel-3 hanno fornito stime simili delle emissioni di metano, dimostrando l’utilità di Sentinel-3 nel quantificare le emissioni. La combinazione dei dati di questi 2 satelliti consente ai ricercatori di ossevare con precisione, identificando, quantificando e monitorando le fonti di metano corrispondenti ai pennacchi osservati nelle scansioni globali di Sentinel-5P.
Sudhanshu Pandey, autore principale e ora scienziato presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, ha commentato: “Chi avrebbe mai pensato che potessimo utilizzare 3 diverse missioni Sentinel in un approccio a più livelli per individuare prima i superemettitori di metano dallo Spazio a livello globale con Tropomi su Sentinel-5P, poi zoomando con Sentinel-3 e Sentinel-2 siamo in grado di identificare l’esatta fonte responsabile a livello di struttura. Questo è il tipo di informazioni di cui abbiamo bisogno per agire rapidamente“.
Nella lotta contro il cambiamento climatico, comprendere e mitigare le emissioni di metano è di fondamentale importanza. Sentinel-3, con la sua combinazione unica di copertura globale quotidiana e rilevamento di metano ad alta risoluzione, rappresenta una risorsa preziosa nell’arsenale di strumenti per rintracciare e affrontare queste perdite sfuggenti.
Man mano che la tecnologia avanza e la nostra comprensione si approfondisce, le osservazioni satellitari svolgeranno un ruolo fondamentale nello sforzo globale per combattere il cambiamento climatico.
