Tecnologia satellitare: monitoraggio e riduzione delle emissioni di metano

Monitorare il giusto indicatore del riscaldamento globale

Quando si parla di cambiamenti climatici indotti dai gas serra, la maggior parte dell'attenzione del pubblico si concentra sulla CO₂.₂, poiché si tratta di gran lunga dell'emissione più duratura, che rimane stabile nell'atmosfera e contribuisce all'aumento della temperatura globale.

Un altro fattore chiave è il metano, un gas serra molto potente, rilasciato principalmente da perdite nei giacimenti di carbone, gas e petrolio. Valutare e ridurre correttamente le emissioni di metano sarà fondamentale per ridurre le emissioni di gas serra.

Tuttavia, è più facile a dirsi che a farsi, dato che le emissioni provengono da giacimenti di petrolio e gas in aree remote, da perdite diffuse da grandi miniere di carbone, o persino da attività agricole e dallo scioglimento del permafrost.

Per questo motivo si sta costruendo una rete sempre più ampia di sensori spaziali per misurare le emissioni di metano. Queste costellazioni di satelliti possono rilevare il metano direttamente dallo spazio, su una superficie enorme e contemporaneamente, e valutare con precisione la situazione.

Man mano che questo strumento diventa sempre più preciso e produce una copertura in tempo reale della Terra, si rendono disponibili dati di alta qualità sia sulla tempistica che sulla quantità delle emissioni di metano.

Emissioni di metano 101

Perché monitorare le emissioni di metano?

CO₂ è il principale fattore responsabile delle emissioni di gas serra, in quanto è di gran lunga il più abbondante e anche quello maggiormente prodotto dalle attività umane.

Tuttavia, il metano, un altro gas serra prodotto in grandi quantità dalla civiltà umana, è molto più potente nella sua capacità di intrappolare il calore (effetto serra). È da 28 a 34 volte più potente della CO₂.₂ nel trattenere il calore per un periodo di 100 anni. Su una scala temporale più breve di 20 anni, è oltre 80 volte più potente.

Quindi mentre CO₂ Sebbene il numero che conta per l'aumento delle temperature a lungo termine sia quello del metano, quest'ultimo ha un impatto molto significativo sull'effetto riscaldante immediato.

Un ulteriore problema è che i meccanismi di retroazione possono accelerare il riscaldamento. Ad esempio, il riscaldamento scioglie il terreno ghiacciato nelle regioni settentrionali come il Canada e la Siberia, provocando un maggiore rilascio di metano e un maggiore assorbimento di calore da parte del terreno più scuro.

Pertanto, elevati livelli di emissioni di metano a breve termine possono provocare un riscaldamento accelerato a breve termine, che a sua volta avrà un effetto a lungo termine sulla temperatura globale attraverso l'accelerazione dei cicli di retroazione, creando cambiamenti duraturi e potenzialmente irreversibili nella temperatura globale.

Quindi, anche se, fortunatamente, la durata della vita atmosferica è in media di soli 12 anni (poi decade in CO₂), l'effetto che le molecole di metano possono avere sul clima è tutt'altro che transitorio.

Poiché le emissioni di metano stanno aumentando ancora più rapidamente di quelle di CO2₂ A causa delle emissioni degli ultimi anni, è necessario intervenire con urgenza, individuando con precisione la provenienza del metano.

Fonte: AIE

Come si misura il metano?

Per le misurazioni locali, la concentrazione di metano può essere misurata con vari sensori utilizzando diversi metodi di rilevamento come ionizzazione di fiamma, laser, microsfere catalitiche, ecc.

Per misurazioni su larga scala, tuttavia, si preferiscono generalmente i sensori a infrarossi, in quanto sono in grado di rilevare i pennacchi di metano sfruttando la capacità del metano di assorbire specifiche lunghezze d'onda nello spettro infrarosso, nella gamma dell'infrarosso a onde corte (SWIR).

Per scale di rilevamento ancora più ampie, i satelliti devono impiegare misurazioni ancora più precise. Pertanto, sebbene il principio generale sia spesso quello di rilevare le variazioni di assorbimento nella gamma SWIR, ora si stanno impiegando tecnologie aggiuntive.

Un metodo è sensori multispettrali che hanno alcune ampie bande di rilevamento. Sebbene non siano specifici per il rilevamento del metano, sensori come quelli di Sentinel-2 e Landsat-8 possono rilevare i grandi pennacchi di "super-emettitori" confrontando la riflettanza nelle loro bande SWIR. Questo è sufficiente per una stima approssimativa e per rilevare le emissioni più grandi, ma è inadeguato per misurazioni precise e per le fonti di emissioni più piccole, perdendo quindi una parte significativa del quadro generale.

Un altro metodo sta usando interferometri per immagini, che uniscono le sorgenti luminose per creare modelli di interferenza. Ciò consente il rilevamento ad alta risoluzione del metano da piccoli satelliti ed è il metodo utilizzato in particolare dal Costellazione di satelliti GHGSat (vedi sotto).

Infine, sensori iperspettrali possono essere utilizzati, che catturano dati su centinaia o migliaia di bande spettrali strette e contigue. In questo modo, copre l'intero spettro visibile, del vicino infrarosso e dell'infrarosso a onde corte, creando "impronte digitali" spettrali uniche per ogni pixel, consentendo l'identificazione dettagliata dei materiali che compongono l'atmosfera a varie altitudini, incluso il metano. Questo è di gran lunga il metodo più avanzato ed è impiegato in PRISMA (Italia) e EnMAP (Germania).

Grazie a questi nuovi metodi, il rilevamento satellitare delle emissioni di metano sta diventando sempre più preciso, consentendo l'adozione di politiche più efficaci.

Principali iniziative di monitoraggio del metano

È in fase di costruzione o lancio una vasta rete di sistemi satellitari per il rilevamento del metano, che crea una fitta rete di rilevatori di emissioni di metano, ognuno con le proprie specifiche tecniche e un'utilità specifica.

Alcune sono iniziative commerciali, altre fanno parte di programmi di ricerca pubblici sui cambiamenti climatici, e altre ancora sono legate a partenariati misti pubblico-privati.

Fonte: MetanoSAT

GHGSab

GHGSab attualmente gestisce la più grande costellazione commerciale per metano e CO₂ rilevamento, con 16 satelliti in orbita entro il 2026.

La tecnologia dell'azienda è in grado di rilevare le emissioni di metano con una risoluzione di soli 25 metri (82 piedi), consentendo di individuare i singoli pozzi di gas e petrolio.

L'azienda ha sviluppato il primo sensore per piccoli satelliti in grado di rilevare il metano (CH4)₄emissioni. Questi interferometri per immagini brevettati si adattano a satelliti molto piccoli (e quindi più economici) che misurano solo 20 x 30 x 40 cm (7.8 x 11.8 x 15.7 pollici).

Fonte: GHGSab

Si è trattato di un notevole risultato tecnico per GHGSat, che ha sviluppato tale capacità con meno dell'1% degli investimenti di altre aziende satellitari. Ciò ha permesso di creare una capacità di osservazione 100 volte più precisa di quella di molti altri satelliti, in grado di rilevare il metano in modo affidabile.

Complessivamente, l'azienda aveva 534 MTCO₂e/anno di emissioni di metano rilevate dai suoi satelliti.

Fonte: GHGSab

L'azienda non si limita a monitorare il metano, ma anche CO₂ con GHGSat-C10 'Vanguard', il primo satellite commerciale al mondo ad alta risoluzione per la misurazione della CO₂₂ sensoreConsente di effettuare misurazioni precise da siti ad alta intensità di carbonio fino a 25 metri di profondità.

“I nostri satelliti ad alta risoluzione hanno contribuito a portare il metano – un gas serra che fino ad allora era invisibile e trascurato – in cima all'agenda climatica. Per la prima volta, i gestori di acciaierie, centrali elettriche e complessi petrolchimici avranno accesso a dati e monitoraggio delle emissioni indipendenti, accurati e standardizzati a livello globale.”

Stephane Germain, CEO di GHGSat

Infine, l'azienda esegue anche misurazioni aeree, con un rilevamento lineare in grado di coprire fino a 800 km/giorno ad un'altitudine massima di 3,000 m (500 miglia - 10,000 piedi). Questa misurazione può rilevare e quantificare le emissioni di metano da singole fonti fino a 10 kg/h, affinando ulteriormente il rilevamento effettuato dai satelliti.

Nel complesso, sensori economici e di piccole dimensioni, ma al contempo sufficientemente precisi, rappresentano probabilmente la soluzione ideale per un monitoraggio efficace delle emissioni di metano, poiché sono necessari sorvoli regolari e una copertura costante per misurare con precisione le emissioni reali. Inoltre, effettuare le misurazioni dallo spazio o da aerei riduce i costi e aumenta la sicurezza, non richiedendo l'accesso ai siti analizzati.

MetanoSAT

Lanciato nel 2024, questo satellite è progettato per colmare il divario tra la mappatura regionale e l'imaging di precisione, in modo da poter tracciare sia le grandi sorgenti di emissione che le sorgenti disperse più piccole.

I dati di MethaneSAT mostrano le emissioni su un'ampia regione, rappresentate su una mappa termica a griglia. Queste sono note come emissioni diffuse o fonti disperse. Le celle della griglia hanno dimensioni come 4 km x 4 km o 5 km x 5 km.

È in grado di individuare la fonte di emissione di metano a una velocità di 500 kg/ora. Questa quantità è sufficiente a rappresentare oltre l'80% delle emissioni di metano associate alla produzione globale di petrolio e gas.

Dove MethaneSAT è più debole in risoluzione, lo batte in precisione, con rilevamento di metano in eccesso a 3 ppb (parti per miliardo), la massima precisione rispetto ad altri satelliti in orbita, grazie a due spettrometri passivi a infrarossi Littrow che rilevano ossigeno, CO₂e metano. Ciò ha dimostrato l'importanza di misurare le piccole emissioni di metano, e non solo quelle dei cosiddetti "super-emettitori".

"Il 70% dei circa 15 milioni di tonnellate di metano emesse ogni anno dalle attività di estrazione di petrolio e gas a terra negli Stati Uniti continentali proviene da fonti più piccole e disperse, con emissioni inferiori a 100 chilogrammi di metano all'ora. Quasi un terzo (30%) proviene da siti con emissioni inferiori a 10 chilogrammi all'ora."

Entro la fine del 2025, il team di MethaneSAT aveva acquisito dati su oltre 41 bacini petroliferi e di gas in tutto il mondo, coprendo 25 paesi e il 50% della produzione globale di petrolio e gas onshore. Quasi 800 ricercatori, analisti e utenti tecnici provenienti da industria, governo, università e ONG hanno avuto accesso ai nostri dati di Livello 3 e Livello 4 sulle piattaforme Google.

È possibile visualizzare un'anteprima di questa capacità sulla pagina associata delle app del motore di ricerca Google Earth.

Mappatore di carbonio

Carbon Mapper è il risultato di una partnership pubblico-privata unica, avviata nel 2019, per sviluppare e implementare due satelliti in grado di rilevare e quantificare metano e CO₂.₂ super-emettitori.

Il progetto è finanziato da un'organizzazione no-profit 501 (c) (3), Carbon Mapper, che si basa sulla generosità di finanziatori filantropici.

Dal punto di vista tecnico, organizzazioni come il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, Planet Labs PBC, il California Air Resources Board (CARB), l'Università dell'Arizona, l'Arizona State University, l'Università di Stanford, l'Università di Harvard, l'Università del Michigan e RMI hanno contribuito con la loro esperienza.

Sul fronte finanziario e filantropico si possono citare la High Tide Foundation, Bloomberg Philanthropies e la Grantham Foundation for the Protection of the Environment.

"Con il lancio del nostro primo satellite, Carbon Mapper, noi e i nostri partner stiamo lavorando per ampliare la disponibilità di dati pubblici al fine di accelerare la riduzione delle emissioni a livello globale."

Riley Duren, CEO di Carbon Mapper

I satelliti sono equipaggiati per rilevare pennacchi di metano, ad esempio, provenienti da gasdotti o torce di combustione, con tassi di emissione bassi fino a 70 kg/h in condizioni moderate (limite di rilevamento previsto del 90% di circa 100 kg/h).

Lo strumento a bordo del satellite Tanager-1 di Planet rappresenta la tecnologia degli spettrometri di imaging di quinta generazione, progettata dal JPL della NASA.

Fonte: Mappatore di carbonio

Prima del lancio del primo satellite nel 2024, Carbon Mapper utilizzava spettrometri di imaging a bordo di aerei per rilevare le principali fonti di emissioni di metano, tra cui AVIRIS-NG della NASA, JPL e il Global Airborne Observatory del Center for Global Discovery and Conservation Science dell'ASU.

AIRMO

AIRMO è un'iniziativa a guida tedesca che sta sviluppando una costellazione di satelliti che utilizzeranno una combinazione unica di sensori LiDAR e SWIR (infrarossi a onde corte) per tracciare il metano anche attraverso le nuvole o di notte.

Lo spettrometro SWIR a scansione lineare sarà in grado di rilevare colonne di metano con una risoluzione di campionamento al suolo di circa 50 m in direzione trasversale a un'altitudine di 500 km. Il sistema micro-LiDAR migliorerà la precisione e la sensibilità del rilevamento, superando le capacità dei soli spettrometri.

Il sistema combinerà i dati satellitari con i sensori TDLAS aviotrasportati e utilizzerà nuove analisi dei dati basate sull'intelligenza artificiale.

AIRMO ha annunciato nel febbraio 2026 una partnership strategica con EnduroSatEnduroSat fornirà il suo Piattaforma satellitare FRAME-15, classe ESPA, brevettata, senza cavi e modulare, con software flessibile.con un carico utile di 70 kg e una potenza di 3.4 kW, un progetto già utilizzato in 120 satelliti operativi.

"Avevamo bisogno di un partner in grado di tenere il nostro ritmo e condividere le nostre ambizioni. EnduroSat possiede esattamente la competenza tecnica e l'esperienza nell'esecuzione delle missioni di cui abbiamo bisogno per portare il nostro carico utile in orbita nei tempi previsti e con le prestazioni specificate."

Daria Stepanova – CEO e co-fondatrice, AIRMO

Il lancio del primo satellite è previsto per l'inizio del 2027 e costituirà la base di una costellazione di oltre 12 satelliti progettata per fornire informazioni globali sul metano su vasta scala con una risoluzione temporale senza precedenti.

I mercati di riferimento iniziali includono le infrastrutture del gas europee, l'Asia centrale e il Medio Oriente, regioni con alcune delle emissioni di metano più elevate al mondo e meno monitorate.

GESat / Copernicus (Europa)

L'Agenzia spaziale europea (ESA) sta lavorando a questo progetto che ha visto il lancio della prima parte del satellite Rilevamento assolutoLa costellazione di satelliti verrà lanciata nel 2025 a bordo di un razzo SpaceX. I satelliti sono costruiti attorno alle piattaforme standard CubeSat 12u.

GESat GEN1 è dotato di una combinazione di strumenti iperspettrali per identificare con precisione le emissioni di metano con elevata accuratezza. Ciò include un'ampia gamma di lunghezze d'onda infrarosse rilevate, raffreddate dal sistema CRYASSY per migliorare la sensibilità dello strumento e la risoluzione spettrale.

Fonte: Rilevamento assoluto

La missione rileverà e quantificherà le emissioni di metano dei punti critici con una soglia di 100 Kg/ora. Una costellazione extra di 3 satelliti (CO₂I satelliti MA, -B e -C dovrebbero essere pienamente operativi entro la fine del 2026 e aggiungere ulteriori dati. L'iniziativa Copernicus sfrutta anche i dati di altre costellazioni, in particolare GHGSat.

I dati verranno analizzati da un modello di apprendimento automatico (IA) guidato dalla fisica, addestrato su petabyte di dati atmosferici e meteorologici. Ciò contribuirà a migliorare le misurazioni in tutte le condizioni meteorologiche, anche quando il vento e altri effetti legati al meteo possono alterare i dati originali sulle emissioni.

Fonte: Copernico

PRISMA

PRISMA, o PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa, lo è un satellite iperspettrale italiano lanciato dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) nel marzo 2019.

Utilizza uno spettrometro a prisma per scomporre la luce riflessa in 239 bande spettrali strette e continue e copre lo spettro da 400 nm a 2500 nm, inclusa la luce visibile (VNIR) e l'infrarosso a onde corte (SWIR).

In definitiva, combina un sensore iperspettrale con una risoluzione di 30 metri (100 piedi) con una telecamera pancromatica con una risoluzione di 5 metri (16 piedi) per immagini nitide e dettagliate, e un'ampia fascia di copertura di 30 km (18.6 miglia).

Questa precedente generazione di satelliti è in grado di rilevare il metano, ma ha anche molte altre applicazioni in silvicoltura, agricoltura, urbanistica, sfruttamento minerario, monitoraggio ambientale e gestione delle emergenze.

EnMap

EnMAP (Programma di mappatura e analisi ambientale) è una missione satellitare iperspettrale tedesca lanciata nel 2022.

Utilizza la spettroscopia di imaging per scomporre la luce solare riflessa dalla Terra in 246 bande spettrali strette e contigue, da 420 nm a 2450 nm, che coprono le regioni del visibile, del vicino infrarosso (VNIR) e dell'infrarosso a onde corte (SWIR).

Ogni pixel in un'immagine EnMAP rappresenta un'area di 30 m x 30 m sul terreno. Come PRISMA, si tratta di un satellite multifunzionale, ma ha fornito importanti risultati sulle emissioni di metano prima del lancio di satelliti e costellazioni più specializzate.

NarSha (Corea del Sud)

NarSha è la prima costellazione di microsatelliti sudcoreana dedicata al monitoraggio del metano, composta da oltre 100 satelliti, sviluppata dalla società sudcoreana Nara Space per il lancio previsto nel 2026, in collaborazione con la Seoul National University (SNU) e il Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

I satelliti sono costruiti utilizzando lo standard CubeSat 16U compatto e un lotto iniziale di 12 satelliti inizierà ad essere lanciato nel 2026.

L'elevato numero di questi satelliti potrebbe consentire un monitoraggio globale del metano quasi in tempo reale, con visite giornaliere a specifiche fonti di emissione. Dovrebbero presentare un'alta risoluzione, con una risoluzione spaziale prevista inferiore a 25-30 metri e misurazioni di alta precisione focalizzate sul metano, grazie a una risoluzione spettrale inferiore a 1 nm (all'interno della banda del metano compresa tra 1625 e 1670 nm).

Risoluzione delle emissioni di metano

Da dove provengono le emissioni di metano?

Grazie a misurazioni più accurate provenienti da tutti i satelliti che monitorano il metano, ora disponiamo di un quadro molto più preciso delle emissioni di metano rispetto al 2020. Nel complesso, le emissioni derivanti dal settore petrolifero e del gas sono più elevate in Eurasia (in particolare Russia e Asia centrale), Medio Oriente e Nord America, con livelli sorprendentemente alti anche in Africa.

Fonte: AIE

Come si possono ridurre le emissioni di metano?

Le perdite, i siti di estrazione di combustibili fossili non gestiti e il flaring sono tutte importanti fonti di metano che potrebbero essere risolte praticamente a costo zero.

Tra le numerose soluzioni che possono essere implementate con le tecnologie e le risorse disponibili, se ne possono citare alcune:

• Garantire l'accesso all'energia pulita nelle aree di produzione di combustibili fossili.
• Riduzione delle fiammate.
• Individuazione e riparazione di perdite.
• Unità di recupero dei vapori.

Altre misure, come la chiusura dei pozzi con perdite o la degassificazione delle miniere di carbone, potrebbero avere un impatto significativo, ma sono meno cruciali in termini assoluti.

Fonte: AIE

Tuttavia, la spesa totale è relativamente esigua rispetto all'economia mondiale, o ad esempio, ai ricavi delle compagnie petrolifere o alle spese militari, con una stima dell'AIE di 250 miliardi di dollari sufficienti a ridurre la maggior parte delle emissioni di metano.

"Stimiamo che siano necessari circa 260 miliardi di dollari di spesa entro il 2030 per attuare tutte le misure di riduzione del metano necessarie a raggiungere una diminuzione del 75% delle emissioni di metano. La spesa media annua richiesta rappresenta meno del 2% dell'utile netto generato annualmente dall'industria dei combustibili fossili."

Sebbene molti di questi investimenti si ripagheranno da soli grazie alla riduzione delle emissioni e al recupero di gas naturale utile che può essere venduto o utilizzato, alcune iniziative richiederanno finanziamenti diretti quando presentano un costo netto negativo. Anche in questo caso, tuttavia, il finanziamento da parte di istituzioni internazionali potrebbe essere relativamente semplice, considerando le somme di denaro necessarie.

"Stimiamo che il divario finanziario per la riduzione delle emissioni di metano da combustibili fossili nei paesi a basso e medio reddito si aggiri intorno ai 60 miliardi di dollari (circa 40 miliardi di dollari per le attività operative e 20 miliardi di dollari per gli impianti abbandonati)."

Investire nel monitoraggio del metano

Google

Google è, ovviamente, più noto come motore di ricerca ultra-dominante, strumento principale per la pubblicità su Internet, fornitore di servizi cloud e leader nella tecnologia AI. Ma è anche, tramite il suo Motore terrestre, il partner principale per l'elaborazione dei dati sulle emissioni di metano a fini normativi globali.

Earth Engine combina le immagini satellitari con gli algoritmi di Google e dei suoi partner per trasformare queste informazioni in applicazioni concrete, utilizzabili e applicabili al mondo reale.

Ciò comprende set di dati pronti all'uso che copre tutto, dal clima, alle condizioni meteorologiche, alla geografia e all'agricoltura, oppure accesso diretto tramite l'API di Earth Engine, disponibile in Python e JavaScript.

“Google Earth Engine ha reso possibile, per la prima volta nella storia, elaborare in modo rapido e preciso enormi quantità di immagini satellitari, identificando con alta risoluzione dove e quando si sono verificati cambiamenti nella copertura arborea. Global Forest Watch non esisterebbe senza di esso. Per chi ha a cuore il futuro del pianeta, Google Earth Engine è una vera benedizione!”

Il dottor Andrew Steer, presidente e amministratore delegato del World Resources Institute.

I dati possono essere utilizzati per scopi non commerciali, nel qual caso l'utilizzo è gratuito a determinate condizioni.

Fonte: Motore terrestre

Può essere utilizzato anche per scopi commerciali, offrendo all'azienda cliente accesso diretto a oltre 50 petabyte di dati pronti per l'analisi e una potenza di elaborazione analitica senza pari. Ciò può essere impiegato per dimostrare l'impatto delle iniziative ESG, identificare i rischi ambientali, ottimizzare le rese agricole, confrontare potenziali siti per impianti industriali come quelli fotovoltaici, ecc.

“Unilever si impegna a realizzare una catena di approvvigionamento a deforestazione zero entro il 2023. L'utilizzo di una piattaforma geospaziale che sfrutta Google Earth Engine e Google Cloud ci consente di concretizzare la nostra ambizione di creare una catena di approvvigionamento realmente sostenibile.”

Andrew Wilcox, Senior Manager, Approvvigionamento Sostenibile e Programmi Digitali, Unilever

Molte aziende sono nate grazie a Google Earth Engine, ad esempio:

• Blocco TerraOffre un'interfaccia senza codice per Earth Engine, rendendolo accessibile agli utenti non tecnici nel settore commerciale.
• NGISSi concentra sulla fornitura di approfondimenti per il settore agricolo.
• Gruppo di Informatica Spaziale (SIG)Si concentra sul supporto alle decisioni ambientali, con competenze specifiche nell'identificazione della vegetazione, nell'analisi fenologica e nel monitoraggio delle colture.
• Motore climaticoUn partner strategico che fornisce applicazioni di base integrate con Google Cloud, aiutando le aziende a gestire le risorse idriche e il rischio di incendi boschivi.

Questo è solo uno dei tanti esempi del potere dei dati per un'azienda come Google. Non solo possono avere un impatto molto positivo per le ONG e altre attività non commerciali, ma possono anche fornire un flusso di dati insostituibile (e altamente prezioso e monetizzabile) a innumerevoli aziende, direttamente o indirettamente tramite fornitori e curatori che elaborano i dati trasformandoli in informazioni utili per settori o casi d'uso specifici.

Con l'avvento dell'era dell'intelligenza artificiale, questo tipo di tesoro di dati acquisirà sempre più valore, soprattutto per aziende come Google, in grado di sfruttarlo al massimo grazie alla propria competenza interna in materia di IA, di cui i LLM come Gemini rappresentano solo la punta dell'iceberg.

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