Die Unterzeichnerstaaten des Pariser Abkommens von 2015 haben sich verpflichtet, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur „deutlich unter“ 2 °C zu halten. Alle fünf Jahre sollen sie sogenannte „nationale festgelegte Beiträge“ (NDCs) herausgeben, in denen sie ihre Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen (THG) und zur Anpassung an die Auswirkungen des Klimawandels beschreiben.
Die Länder müssen daher ihre CO2-Emissionen nicht nur auf nationaler Ebene verfolgen, sondern auch auf der Ebene einzelner „Super-Emittenten“ wie Kraftwerke, Megastädte, Raffinerien und riesige Fabriken, die zusammen fast die Hälfte der Gesamtproduktion der Menschheit ausmachen von Treibhausgasen.
Ende 2025 oder 2026 will die EU ihr Satellitenpaar „CO2M“ (Copernicus Anthropogenic CO2 Monitoring Mission) starten, das dabei helfen soll.
Wichtiger Proof-of-Principle für CO2M
Doch jetzt haben Wissenschaftler gezeigt, dass eine solche Verfolgung an der Quelle auch mit bestehenden Satelliten für „Super-Emitter“ wie das Kraftwerk Bełchatów in Polen bereits möglich ist. Für diesen Proof-of-Principle nutzten sie fünf Jahre Messungen des NASA-Satelliten „Orbiting Carbon Observatory 2“ (OCO-2; gestartet 2014) und des Instruments OCO-3, das seit 2019 an der Internationalen Raumstation (ISS) befestigt ist. .
Dieser Erfolg ist eine wichtige Errungenschaft, da die OCO-Missionen darauf ausgelegt waren, Kohlenstoffemissionen in viel größeren räumlichen Maßstäben zu messen.
„Hier zeigen wir zum ersten Mal, dass es bereits möglich ist, Änderungen der CO2-Emissionen eines großen Kraftwerks mit Beobachtungen von bestehenden CO2-Tracking-Satelliten zu messen“, sagte Dr. Ray Nassar, Atmosphärenwissenschaftler bei Environment and Climate Change Canada. Toronto, und der Erstautor der Studie, veröffentlicht in Grenzen in der Fernerkundung.
Größtes Kraftwerk in Europa
Das Braunkohlekraftwerk Bełchatów ist das größte Wärmekraftwerk in Europa und das fünftgrößte der Welt. Hier werden manchmal Einheiten außer Betrieb genommen und neue in Betrieb genommen, während häufiger Einheiten vorübergehend für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden. Um von Nutzen zu sein, sollten Satelliten und Instrumente wie OCO-2 und OCO-3 Änderungen der CO2-Emissionen aufgrund dieser Betriebsänderungen sofort erkennen – und hier zeigen Nassar und Kollegen zum ersten Mal, dass sie das können.
CO2 wird von den 300 Meter hohen Schornsteinen in Bełchatów emittiert und vom Wind in Form einer unsichtbaren Wolke getragen, die etwa 10–50 km lang und 550 Meter über der Erde ist. OCO-2, das die Erde in einer Höhe von 705 km umkreist, passiert alle 16 Tage in der Nähe oder direkt über Bełchatów. OCO-3 umkreist in einer Höhe von 420 km und überfliegt öfter oder in der Nähe von Bełchatów. OCO-3 hat die zusätzliche Fähigkeit, in einer Region hin und her zu scannen, was eine bessere lokale Abdeckung oder eine breitere Sicht bietet.
Nicht jede Vorbeifahrt oder Überführung ist geeignet
Satelliten können die CO2-„Verstärkung“ – zusätzliches CO2, das von einer Quelle emittiert wird – nur dann beurteilen, wenn keine Wolken vorhanden sind und wenn die Wolke nicht über große Gewässer oder Berge zieht. Sie messen „XCO2“, die durchschnittliche CO2-Konzentration in einer Säule direkt darunter, und subtrahieren den aktuellen Hintergrundwert (lokal durchschnittlich 415 ppm) um die Wolke herum.
Zusammen lieferten OCO-2 und OCO-3 zwischen 2017 und 2022 10 geeignete Datensätze über die CO2-Fahne über Bełchatów.
Hervorragende Übereinstimmung zwischen beobachteten und vorhergesagten Daten
Die Forscher verglichen die Messungen aus dem Weltraum mit Schätzungen für die Emissionen von Bełchatów, basierend auf der bekannten täglichen Stromerzeugungsleistung. Es stellte sich heraus, dass die Messungen die täglichen Vorhersagen genau verfolgten. Dies beweist, dass bereits heute vorhandene Satelliten Emissionen für Anlagen wie Bełchatów nahezu in Echtzeit verfolgen können. So stellte OCO-2 beispielsweise zwischen Juni und September 2021 einen ausgeprägten, aber vorübergehenden Rückgang der Emissionen von Bełchatów aufgrund von Abschaltungen für Wartungsarbeiten fest.
Alles klar für CO2M
Die Ergebnisse sind vielversprechend: Sie deuten darauf hin, dass CO2M mit einer gemeinsamen räumlichen Abdeckung, die etwa hundertmal größer ist als OCO-2 und OCO-3, in der Lage sein wird, den zukünftigen Bedarf zu decken.
„Die Fähigkeit, die genauesten Informationen über CO2-Emissionen von ‚Super-Emittenten‘ wie dem Kraftwerk Bełchatów auf der ganzen Welt zu erhalten, wird die Transparenz bei der Kohlenstoffbilanzierung erhöhen und hoffentlich letztendlich dazu beitragen, diese Emissionen zu reduzieren“, sagte Nassar .
„Diese zukünftige Kapazität wird zu verbesserten Informationen über CO2-Emissionen auf der Ebene von Ländern, Städten oder einzelnen Einrichtungen führen, die Transparenz im Rahmen des Pariser Abkommens verbessern und die Bemühungen zur Reduzierung der Emissionen unterstützen, die den Klimawandel verursachen.“
Verfolgung der CO2-Emissionsreduktionen aus dem Weltraum: Eine Fallstudie in Europas größtem Kraftwerk für fossile Brennstoffe, Grenzen in der Fernerkundung (2022). DOI: 10.3389/frsen.2022.1028240