Da die globalen Temperaturen auf Rekordhöhen steigen, hat sich der Druck zur Eindämmung der Treibhausgasemissionen verstärkt. Methan ist besonders ins Visier genommen, da sein erhebliches globales Erwärmungspotenzial kurzfristig das von Kohlendioxid um mehr als das 80-fache übersteigt.
Die Überwachung der Methanemissionen und die Zusammenstellung ihrer Mengen waren jedoch aufgrund der begrenzten Kompromisse mit bestehenden Nachweismethoden eine Herausforderung.
Jetzt hat ein Forschungsteam unter Beteiligung der Universität Kyoto und Geolabe, USA, eine Methode entwickelt, um Methanemissionen auf globaler Ebene automatisch zu erkennen. Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Naturkommunikation.
„Unser Ansatz kann möglicherweise eine Methanerkennung mit hoher Frequenz und hoher Auflösung aus Punktquellen ermöglichen und damit den Weg für eine systematische Quantifizierungsmethode ebnen“, sagt Hauptautor Bertrand Rouet-Leduc vom Disaster Prevention Research Institute und Geolabe der KyotoU.
Rouet-Leduc schlägt außerdem vor, dass ihre Methode dazu beitragen könnte, die atmosphärische Eindämmung von Methan, das derzeit für etwa ein Drittel der globalen Erwärmung verantwortlich ist, zu priorisieren und automatisch zu validieren.
Multispektrale Satellitendaten haben sich in den letzten Jahren zu einem brauchbaren Instrument zur Methanerkennung entwickelt und ermöglichen alle paar Tage routinemäßige Messungen von Methanfahnen auf globaler Ebene. Diese Methandaten werden jedoch durch erheblichen Lärm beeinträchtigt, und bisher beschränkten sich die Nachweise auf sehr große Emissionen und erforderten eine menschliche Überprüfung.
Im Gegensatz dazu hat das Team eine KI darauf trainiert, automatisch Methanlecks von über 200 kg/h zu erkennen, was über 85 % der Methanemissionen in gut untersuchten, großen Öl- und Gasbecken ausmacht.
„Bei Satellitenmessungen müssen Kompromisse zwischen räumlicher Abdeckung, räumlicher und zeitlicher Auflösung sowie spektraler Auflösung und damit verbundener Erkennungsgenauigkeit eingegangen werden. KI gleicht diese Kompromisse teilweise aus“, erklärt Co-Autorin Claudia Hulbert, ebenfalls von Geolabe.
Methanfahnen sind unsichtbar und geruchlos und werden daher normalerweise mit Spezialgeräten wie Infrarotkameras erkannt. Die Schwierigkeit, diese Lecks aus dem Weltraum zu finden, ist selbstverständlich, vergleichbar mit der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Lecks sind rund um den Globus verteilt und die meisten Methanfahnen sind relativ klein, sodass sie in Satellitendaten leicht übersehen werden können.
Die gemeinsame Arbeit der Gruppe stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur präzisen, systematischen Überwachung der Methanemissionen überall auf der Erde alle paar Tage dar.
„Automatisierung ist bei der Analyse großer Gebiete von größter Bedeutung. Wir waren überrascht, dass KI den Prozess automatisieren und das menschliche Auge bei der Erkennung kleiner Methanfahnen deutlich übertreffen kann“, erinnert sich Rouet-Leduc.
„In unserer nächsten Phase planen wir, weitere Satelliten in eine globale Studie zu Methanemissionen zu integrieren.“
Mehr Informationen:
Bertrand Rouet-Leduc et al., Automatische Erkennung von Methanemissionen in multispektralen Satellitenbildern mithilfe eines Vision-Transformators, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47754-y