Aktueller Stand der Entwicklung von raumgestützten Methan-Satelliten zur Erzeugung von punktförmigen Methanquellen

Methanemissionsinventare verwenden typischerweise einen Bottom-up-Ansatz, der Emissionen mit den entsprechenden Produktionsaktivitäten verknüpft, um Strategien zur Emissionskontrolle zu entwickeln. Atmosphärische Methanbeobachtungen hingegen nutzen einen umgekehrten Ansatz, um die Schätzung der Methanemissionskonzentration zu verbessern. Satellitengestützte Methanbeobachtungen haben aufgrund ihrer hohen Beobachtungsfrequenz und globalen Abdeckung große Aufmerksamkeit erregt. Die Messung der atmosphärischen Methansäulenkonzentration mittels kurzwelliger Infrarotspektroskopie ermöglicht dabei eine Nachweisempfindlichkeit nahe der Einheitskonzentration.

△ Kurzwellige Infrarot-(SWIR)-Methan-Satelliteninstrument

Je nach Beobachtungsziel lassen sich Satellitennutzlasten zur Methanmessung im kurzwelligen Infrarotbereich in zwei Hauptkategorien unterteilen: regionale und punktuelle Bildgebung. Regionale Bildgebungssysteme erfassen die Gesamtemissionen global oder regional mit einer räumlichen Auflösung von 0,1–10 km. Punktuelle Bildgebungssysteme bieten eine hohe räumliche Auflösung (

△Klassifizierung der atmosphärischen Methanmessung auf globaler, regionaler und punktueller Ebene

Das Potenzial von weltraumgestützten Spektrometern zur Erfassung von Methan-Punktquellen wurde erstmals bei der Detektion eines Erdgaslecks im Gasspeicher Ariso Canyon mithilfe des Hyperion-Spektrometers demonstriert. Hyperspektrale Sensoren wie PRISMA konnten Methan-Punktquellenemissionen von etwa 500 kg/h quantifizieren. Der 2016 gestartete Satellit GHGSat-D, der erste speziell für die Quantifizierung von Methan-Punktquellen entwickelte Satellit, verfügt über eine effektive Pixelauflösung von 50 × 50 m² und eine Genauigkeit von 12–25 % (abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit). Zwischen 2020 und 2022 wurden fünf weitere Satelliten der GHGSat-Serie mit einer Genauigkeit von etwa 1–2 % gestartet, die eine Konstellation mit hoher Wiederholungsrate bilden. Der hyperspektrale Bildgeber des in China entwickelten Satelliten Gaofen-5 02 erfasst typische Methan-Großquellen in China und den USA sowie Methan-Punktquellen in Kohlebergwerken der Provinz Shanxi und kann Methan-Punktquellenemissionen von etwa 700,00–16.000 kg h⁻¹ quantifizieren. Darüber hinaus sind multispektrale Instrumente wie Sentinel-2, Landsat und WorldView-3 ebenfalls in der Lage, extrem große Methanemissions-Punktquellen zu detektieren und zu quantifizieren.

△Perm-Becken (Texas und New Mexico), Juli 2020

Satellitenbeobachtungen von atmosphärischem Methan

Aktuelle Satellitenspektrometer verfügen über Nachweisgrenzen von 100 bis 10.000 kg h⁻¹, wodurch sie große Methanemissionspunktquellen überwachen, bisher unbekannte Emissionsquellen entdecken und die Gesamtemissionen quantifizieren können. Mit dem Ausbau von Satellitenkonstellationen zur Methanemissionspunktquellenerkennung, darunter die Konstellationen GHGSat und Carbon Mapper sowie die in Kürze startende Methan-Satellitenkonstellation der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) Xiguang, werden die Integrität, die räumliche Abdeckung und die Wiederholungsfrequenz von Punktquellenbeobachtungssystemen in den nächsten Jahren durch intensive Beobachtungen deutlich verbessert. Dies trägt zu einem besseren Verständnis der intermittierenden Natur von Methanemissionen bei.