Eine Fallstudie mit Europas größtem Kohlekraftwerk zeigt, dass weltraumgestützte Beobachtungen verwendet werden können, um Kohlendioxidemissionen – und -reduktionen – an der Quelle zu verfolgen.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in der Fernerkundung.
Ein Duo von Erdbeobachtungsmissionen hat es Forschern ermöglicht, Änderungen der Kohlendioxid (CO2)-Emission von einer einzigen Anlage aus zu erkennen und zu verfolgen, wobei das fünftgrößte Kohlekraftwerk der Welt als Testfall verwendet wurde.
In der jüngsten Studie nutzten die Forscher weltraumgestützte Messungen der NASA-Missionen Orbiting Carbon Observatory (OCO) 2 und 3, um das Kohlendioxid zu quantifizieren, das Hunderte von Kilometern unter dem Kraftwerk Bełchatów in Polen, dem größten Einzelemittenten in Europa, freigesetzt wird. Bei der Analyse der Emissionsfahnen der Anlage von mehreren Satellitenüberführungen zwischen 2017 und 2022 stellten sie Änderungen des Kohlendioxidgehalts fest, die mit stündlichen Schwankungen der Stromerzeugung übereinstimmten. Vorübergehende und dauerhafte Abschaltungen der Einheiten (für Wartung oder Stilllegung) reduzierten die Gesamtemissionen der Anlage, was das Team ebenfalls feststellen konnte.
Die Ergebnisse zeigen, dass weltraumgestützte Beobachtungen verwendet werden können, um Änderungen der Kohlendioxidemissionen auf lokaler Ebene zu verfolgen, sagten die Wissenschaftler.
Der 2014 gestartete OCO-2-Satellit der NASA kartiert natürliche und vom Menschen verursachte (anthropogene) Kohlendioxidemissionen auf Skalen, die von Regionen bis zu Kontinenten reichen. Das Instrument nimmt indirekt Proben des Gases, indem es die Intensität des Sonnenlichts misst, das von der Erdoberfläche reflektiert und von Kohlendioxid in der Luftsäule vom Boden zum Satelliten absorbiert wird. Die Spektrometer von OCO-2 sind darauf abgestimmt, die spezifische Signatur von CO2-Gas zu erkennen.
Ersatzkomponenten dieser Mission wurden verwendet, um OCO-3 zu bauen, ein Instrument, das seit 2019 auf der Internationalen Raumstation fliegt. OCO-3 wurde mit einem Kartierungsmodus entwickelt, der mehrere umfassende Beobachtungen machen kann, wenn die Raumstation ein Gebiet überfliegt. So können Forscher detaillierte Minikarten aus einem Interessengebiet im Stadtmaßstab erstellen.
Keines der OCO-Instrumente wurde ursprünglich speziell entwickelt, um Emissionen von einzelnen Einrichtungen wie Bełchatów zu erkennen, daher sind die neuen Ergebnisse eine „angenehme Überraschung“, sagte Abhishek Chatterjee, Projektwissenschaftler für die OCO-3-Mission am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Als Gemeinschaft verfeinern wir die Tools und Techniken, um mehr Informationen aus den Daten extrahieren zu können, als wir ursprünglich geplant hatten“, fügte er hinzu. „Wir lernen, dass wir tatsächlich viel mehr über anthropogene Emissionen verstehen können, als wir bisher erwartet hatten.“
Kohlenstoff in die Zukunft verfolgen
Die Emissionen großer Anlagen wie Kraftwerke und Raffinerien machen etwa die Hälfte der weltweiten Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen aus. Das Kraftwerk Bełchatów, das seit 1988 in Betrieb ist, ist mit einer gemeldeten Leistung von 5.102 Megawatt das größte Braunkohlekraftwerk der Welt. Braunkohle (Braunkohle) führt typischerweise zu höheren Emissionen pro erzeugtem Megawatt als Anthrazit (Steinkohle). Die polnische Regierung hat Pläne zur Schließung des Werks bis Ende 2036 ausgearbeitet.
Ray Nassar, leitender Forscher bei Environment and Climate Change Canada und Hauptautor der Studie, stellte fest, dass die meisten Berichte über Kohlendioxidemissionen aus Schätzungen oder Daten erstellt werden, die an der Landoberfläche gesammelt wurden. Forscher berücksichtigen die Masse der gekauften und verbrauchten fossilen Brennstoffe und berechnen dann die erwarteten Emissionen; Sie führen im Allgemeinen keine tatsächlichen atmosphärischen Kohlendioxidmessungen durch.
„Die feineren Details darüber, wann und wo genau Emissionen auftreten, sind oft nicht verfügbar“, sagte Nassar. „Die Bereitstellung eines detaillierteren Bildes der Kohlendioxidemissionen könnte helfen, die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Reduzierung von Emissionen zu verfolgen. Unser Ansatz mit OCO-2 und OCO-3 kann auf mehr Kraftwerke angewendet oder für Kohlendioxidemissionen aus Städten oder Ländern modifiziert werden. „
Aufgrund der Beobachtungen im Kartierungsmodus von OCO-3 könnten NASA-Daten in Zukunft umfassender zur Quantifizierung von CO2-Punktquellenemissionen verwendet werden. Die NASA gab kürzlich bekannt, dass der Missionsbetrieb an Bord der Raumstation um mehrere Jahre verlängert wird und das Instrument zusammen mit einem anderen Treibhausgasbeobachter an Bord der Raumstation, der Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT), betrieben wird.
„Es ist wirklich aufregend zu glauben, dass wir mit OCO-3 weitere fünf bis sechs Jahre Betrieb haben werden“, sagte Chatterjee. „Wir sehen, dass es entscheidend ist, Messungen zum richtigen Zeitpunkt und im richtigen Maßstab durchzuführen.“
Er fügte hinzu, dass OCO-3 als „Pfadfinder“ für Satellitenmissionen der nächsten Generation dienen könne.
Mehr Informationen:
Ray Nassar et al, Tracking CO2 emissions reductions from space: A case study at Europas größtem Kraftwerk für fossile Brennstoffe, Grenzen in der Fernerkundung (2022). DOI: 10.3389/frsen.2022.1028240