Супутникові технології: відстеження та зменшення викидів метану

Відстеження правильної метрики глобального потепління

Коли йдеться про зміну клімату, спричинену парниковими газами, більшість уваги громадськості зосереджена на CO2.₂, оскільки це, безумовно, найстійкіший вид викидів, який стабільно утримується в атмосфері та підвищує глобальну температуру.

Але ще одним ключовим фактором є метан, дуже потужний парниковий газ, який здебільшого виділяється через витоки у вугільних, газових та нафтових родовищах. Правильна оцінка та скорочення викидів метану матиме вирішальне значення для зменшення викидів парникових газів.

Однак, це легше сказати, ніж зробити, враховуючи викиди з нафтогазових родовищ у віддалених районах, дифузні витоки з великих вугільних шахт, або навіть сільськогосподарські операції та танення вічної мерзлоти.

Саме тому для вимірювання викидів метану будується зростаюча мережа космічних датчиків. Ці сузір'я супутників можуть виявляти метан безпосередньо з космосу, одночасно на величезній площі поверхні, та точно оцінювати ситуацію.

Оскільки цей інструмент стає дедалі точнішим і забезпечує покриття Землі в режимі реального часу, стають доступними високоякісні дані як про час, так і про кількість викидів метану.

Викиди метану 101

Навіщо відстежувати викиди метану?

CO₂ є основним фактором викидів парникових газів, оскільки це, безумовно, найпоширеніший, а також той, що найбільше утворюється в результаті діяльності людини.

Однак метан, ще один парниковий газ, що масово виробляється людською цивілізацією, набагато потужніший у своїй здатності утримувати тепло (парниковий ефект). Він у 28–34 рази потужніший за CO2.₂ утримуючи тепло протягом 100 років. За коротший 20-річний період він у понад 80 разів потужніший.

Тож, поки CO₂ можливо, це число, яке має значення для довгострокового підвищення температури, метан має дуже великий вплив на негайний ефект потепління.

Додаткова проблема полягає в тому, що петлі зворотного зв'язку можуть прискорити потепління. Наприклад, потепління тане крижаний ґрунт у північних регіонах, таких як Канада та Сибір, що призводить до виділення більшої кількості метану, а темніший ґрунт поглинає більше тепла.

Отже, короткострокові високі рівні викидів метану можуть призвести до прискорення короткострокового потепління, яке потім матиме довгостроковий вплив на глобальну температуру через прискорення циклів зворотного зв'язку, створюючи стійкі та потенційно незворотні зміни глобальної температури.

Тож, навіть якщо, на щастя, тривалість життя атмосфери в середньому становить лише 12 років (потім розпадається на CO₂), це далеко не просто тимчасовий вплив молекул метану на клімат.

Оскільки викиди метану зростають навіть швидше, ніж викиди CO2₂ викидів за останні кілька років, необхідні термінові дії, що саме по собі вимагає чіткого уявлення про те, звідки надходить метан.

джерело: МЕА

Як вимірюється метан?

Для локального вимірювання концентрацію метану можна вимірювати за допомогою різних датчиків, використовуючи різні методи виявлення, такі як іонізація полум'я, лазери, каталітичні кульки тощо.

Але для вимірювань більшого масштабу, як правило, перевагу надають інфрачервоним датчикам, оскільки вони можуть виявляти метанові шлейфи, виявляючи здатність метану поглинати певні довжини хвиль в інфрачервоному спектрі, в діапазоні короткохвильового інфрачервоного випромінювання (SWIR).

Для ще більших масштабів виявлення супутникам потрібно проводити ще точніші вимірювання. Тож, хоча загальний принцип часто полягає у виявленні змін поглинання в діапазоні SWIR, зараз впроваджуються додаткові технології.

Один із методів — мультиспектральні датчики які мають кілька широких смуг виявлення. Хоча це не стосується лише виявлення метану, датчики, подібні до тих, що на Sentinel-2 та Landsat-8, можуть виявляти великі шлейфи «супервипромінювачів», порівнюючи коефіцієнт відбиття в їхніх діапазонах SWIR. Цього достатньо для приблизної оцінки та виявлення більших викидів, але цього недостатньо для точного вимірювання та менших джерел викидів, тому втрачається значна частина загальної картини.

Іншим методом є використання інтерферометри зображень, які об'єднують джерела світла для створення інтерференційних картин. Це дозволяє виявляти метан з високою роздільною здатністю з малих супутників, і саме цей метод особливо використовується Супутникове угруповання GHGSat (Дивіться нижче).

Нарешті, гіперспектральні сенсори можна використовувати, які збирають дані в сотнях або тисячах вузьких, суміжних спектральних діапазонів. Таким чином, він охоплює весь видимий, ближній інфрачервоний та короткохвильовий інфрачервоний діапазони, створюючи унікальні спектральні «відбитки» для кожного пікселя, що дозволяє детально ідентифікувати матеріали, що складають атмосферу на різних висотах, включаючи метан. Це, безумовно, найсучасніший метод, який використовується в PRISMA (Італія) і EnMAP (Німеччина).

Завдяки цим новим методам супутникове виявлення викидів метану стає дедалі точнішим і дозволяє проводити ефективнішу політику.

Основні ініціативи щодо відстеження викидів метану

Будується або запускається великий масив супутникових детекторів викидів метану, що створює щільну мережу детекторів викидів метану, кожен з яких має свої технічні характеристики та корисне нішеве використання.

Деякі з них є комерційними ініціативами, інші є частиною державних дослідницьких програм щодо зміни клімату, а ще інші пов'язані зі змішаними державно-приватними партнерствами.

джерело: МетанSAT

ПГСб

ПГСб наразі керує найбільшою комерційною сузір'ям для метану та CO2₂ виявлення, з 16 супутниками на орбіті до 2026 року.

Технологія компанії здатна виявляти викиди метану з роздільною здатністю до 25 метрів (82 футів), що дозволяє їй виявляти окремі газові та нафтові свердловини.

Компанія розробила перший датчик для малих супутників, здатний виявляти метан (CH₄) випромінювання. Ці запатентовані інтерферометри для обробки зображень підходять для дуже маленьких (і тому дешевших) супутників розміром лише 20 x 30 x 40 см (7.8 x 11.8 x 15.7 дюйма).

джерело: ПГСб

Це було визначним технічним досягненням GHGSat, оскільки вони розробили цю можливість, витративши менше 1% від інвестицій інших супутникових компаній. І це створило спостережну потужність, яка в 100 разів точніша, ніж у багатьох інших супутників, здатну надійно виявляти метан.

Загалом компанія мала 534 MTCO₂е/рік викидів метану, виявлених за допомогою його супутників.

джерело: ПГСб

Компанія не лише контролює метан, але також CO₂ з GHGSat-C10 «Vanguard», першим у світі комерційним супутником високої роздільної здатності CO2₂ датчикЦе дозволяє проводити точні вимірювання на ділянках з високим вмістом вуглецю на глибині до 25 м.

«Наші супутники високої роздільної здатності допомогли поставити метан – парниковий газ, про який раніше не згадували, – на перше місце в порядку денному кліматичних питань. Вперше оператори сталеливарних заводів, електростанцій та нафтохімічних комплексів матимуть доступ до незалежного, точного та глобально стандартизованого моніторингу викидів та даних».

Стефан Жермен, генеральний директор GHGSat

Зрештою, компанія також виконує повітряні вимірювання, з лінійним обстеженням, здатним виконувати до 800 км/день на висоті до 3,000 м (500 миль – 10 000 футів). Це вимірювання може виявляти та вимірювати викиди метану з окремих джерел до 10 кг/год, що ще більше уточнює виявлення, що виконується супутниками.

Загалом, дешеві та невеликі датчики, які також є достатньо точними, ймовірно, є найкращим шляхом для належного моніторингу викидів метану, оскільки для правильного вимірювання реальних викидів необхідні регулярні прольоти та постійне покриття. Крім того, проведення цих вимірювань з космосу або повітряного простору знижує витрати та підвищує безпеку, оскільки не потрібен доступ до аналізованих місць.

МетанSAT

Запущений у 2024 році, цей супутник розроблений для подолання розриву між регіональним картографуванням та точною візуалізацією, щоб він міг відстежувати як великі випромінювачі, так і менші розсіяні джерела.

Дані MethaneSAT показують викиди в широкому регіоні, представленому на сітчастій тепловій карті. Вони відомі як викиди розсіяної області або розсіяні джерела. Комірки сітки мають розміри, такі як 4 км x 4 км або 5 км x 5 км.

Він може вказати на джерело, що викидає метан зі швидкістю 500 кг/год. Цього достатньо, щоб пояснити понад 80% викидів метану, пов'язаних зі світовим видобутком нафти і газу.

У той час як MethaneSAT має слабшу роздільну здатність, він перевершує його точністю, виявляючи надлишок метану на рівні 3 ppb (частин на мільярд), що є найвищою точністю порівняно з іншими супутниками на орбіті, завдяки двом пасивним інфрачервоним спектрометрам Littrow, що виявляють кисень, CO2.₂, і метан. Це продемонструвало важливість вимірювання малих викидів метану, а не лише так званих «супервикидів».

«70% із приблизно 15 мільйонів метричних тонн метану, що надходить щороку від наземної нафтогазової діяльності в континентальній частині США, надходить з менших, розосереджених джерел, що викидають менше 100 кілограмів метану на годину. Майже третина (30%) надходить з місць, що викидають менше 10 кілограмів на годину».

До кінця 2025 року команда MethaneSAT зібрала дані з понад 41 нафтогазового басейну по всьому світу, що охоплює 25 країн і 50% світового видобутку нафти і газу на суші. Майже 800 дослідників, аналітиків та технічних користувачів з промисловості, уряду, академічних кіл та неурядових організацій отримали доступ до наших даних 3-го та 4-го рівнів на платформах Google.

Ви можете переглянути попередній перегляд цієї ємності на відповідній сторінці програм пошукової системи Google Earth.

Картограф вуглецю

Carbon Mapper – це результат унікального державно-приватного партнерства, розпочатого у 2019 році, для розробки та розгортання двох супутників з можливістю виявлення та кількісного визначення метану та CO2.₂ супервипромінювачі.

Проєкт фінансується некомерційною організацією 501(c)(3) Carbon Mapper, яка покладається на щедрість благодійних спонсорів.

З технічної сторони, свій досвід надали такі організації, як Лабораторія реактивного руху NASA (JPL), Planet Labs PBC, Каліфорнійська рада з повітряних ресурсів (CARB), Університет Аризони, Університет штату Аризона, Стенфордський університет, Гарвардський університет, Мічиганський університет та RMI.

Щодо фінансової та філантропічної діяльності, можна знайти High Tide Foundation, Bloomberg Philanthropies та Grantham Foundation for the Protection of the Environment.

«Із запуском нашого першого супутника Carbon Mapper наші партнери працюють над розширенням доступності публічних даних для пришвидшення скорочення викидів у всьому світі».

Генеральний директор Carbon Mapper Райлі Дюрен

Супутники оснащені для виявлення викидів метану, наприклад, з трубопроводів або факелів, з швидкістю викидів до 70 кг/год за помірних умов (прогнозована межа виявлення 90% становить близько 100 кг/год).

Прилад на супутнику Tanager-1 компанії Planet представляє технологію спектрометра зображення 5-го покоління, розроблену NASA JPL.

джерело: Картограф вуглецю

До запуску першого супутника у 2024 році Carbon Mapper використовував спектрометри зображення на борту літаків для виявлення супервипромінювачів метану, включаючи AVIRIS-NG від NASA, JPL та Глобальну повітряну обсерваторію Центру глобальних відкриттів та науки про охорону природи ASU.

АІРМО

AIRMO — це німецька ініціатива, що розробляє сузір'я супутників, які використовуватимуть унікальну комбінацію датчиків LiDAR та SWIR (короткохвильовий інфрачервоний діапазон) для відстеження метану навіть крізь хмари або вночі.

SWIR-спектрометр pushbroom буде здатний виявляти стовпи метану з роздільною здатністю наземного відбору проб ~50 м по траєкторії на висоті 500 км. Система мікро-LiDAR підвищить точність і чутливість виявлення, що перевершить можливості самих спектрометрів.

Система поєднуватиме супутникові дані з бортовими датчиками TDLAS та використовуватиме новітню аналітику даних на основі штучного інтелекту.

У лютому 2026 року AIRMO оголосила про стратегічне партнерство з EnduroSat.EnduroSat забезпечить свої запатентована бездротова модульна конструкція програмно-гнучких супутників FRAME-15, платформа класу ESPA, з корисним навантаженням 70 кг та потужністю 3.4 кВт, конструкція, яка вже використовується у 120 працюючих супутниках.

«Нам потрібен був партнер, який би відповідав нашим темпам та амбіціям. EnduroSat пропонує саме ту технічну глибину та досвід виконання місій, які нам потрібні, щоб вивести наше корисне навантаження на орбіту вчасно та відповідно до специфікацій».

Дар’я Степанова – генеральний директор і співзасновник AIRMO

Запуск першого супутника заплановано на початок 2027 року, і він слугуватиме основою для угруповання з понад 12 супутників, призначеного для надання глобальної інформації про метан у масштабі з неперевершеною часовою роздільною здатністю.

Початкові цільові ринки включають європейську газову інфраструктуру, Центральну Азію та Близький Схід — регіони з одними з найвищих і найменш контрольованих викидів метану у світі.

GESat / Copernicus (Європа)

Європейське космічне агентство (ЄКА) працює над цим проєктом, в рамках якого було запущено перший супутник, що є частиною Абсолютне зондуваннясузір'я у 2025 році за допомогою ракети SpaceX. Супутники побудовані на стандартних платформах CubeSat 12u.

GESat GEN1 оснащений комбінацією гіперспектральних приладів для точного визначення викидів метану з високою точністю. Це включає широкий діапазон інфрачервоних довжин хвиль, охолоджуваних системою CRYASSY для покращення чутливості приладу та спектральної роздільної здатності.

джерело: Абсолютне зондування

Місія виявлятиме та кількісно визначатиме викиди метану з гарячих точок з порогом 100 кг/год. Додаткове угруповання з 3 супутників (CO₂MA, -B та -C) мають бути повністю функціональними до кінця 2026 року та додавати додаткові дані. Ініціатива Copernicus також використовує дані з інших сузір'їв, зокрема GHGSat.

Дані будуть проаналізовані за допомогою моделі машинного навчання (ШІ) на основі фізичного підходу, навченої на петабайтах атмосферних та погодних даних. Це допоможе покращити вимірювання за будь-яких погодних умов, зокрема коли вітри та інші погодні ефекти можуть спотворювати вихідні дані про викиди.

джерело: Коперник

PRISMA

PRISMA, або PRecursore IperSpettrale della Missione Applicativa, є італійський гіперспектральний супутник, запущений Італійським космічним агентством (ASI) у березні 2019 року.

Він використовує призмовий спектрометр для розділення відбитого світла на 239 вузьких, безперервних спектральних смуг і охоплює спектр від 400 нм до 2500 нм, включаючи видиме (VNIR) та короткохвильове інфрачервоне (SWIR) світло.

Зрештою, він поєднує гіперспектральний датчик з роздільною здатністю 30 м (100 футів) з панхроматичною камерою з роздільною здатністю 5 м (16 футів) для отримання чітких, детальних зображень та великої ширини смуги огляду 30 км (18.6 миль).

Це попереднє покоління супутників здатне виявляти метан, але також має безліч інших застосувань у лісовому господарстві, сільському господарстві, урбаністиці, розробці корисних копалин, іншому екологічному моніторингу та ліквідації наслідків стихійних лих.

EnMap

EnMAP (Програма картографування та аналізу навколишнього середовища) — це німецька гіперспектральна супутникова місія, запущена у 2022 році.

Він використовує спектроскопію зображень для розкладання сонячного світла, відбитого від Землі, на 246 вузьких, суміжних спектральних смуг, від 420 нм до 2450 нм, що охоплюють видимий, ближній інфрачервоний (VNIR) та короткохвильовий інфрачервоний (SWIR) діапазони.

Кожен піксель на зображенні EnMAP представляє ділянку на землі розміром 30 м x 30 м. Як і PRISMA, це багатоцільовий супутник, але він зробив важливі висновки щодо викидів метану до запуску більш спеціалізованих супутників та сузір'їв.

НарШа (Південна Корея)

NarSha — це перше в Південній Кореї спеціалізоване мікросупутникове угруповання для моніторингу метану, що складається з понад 100 супутників, розроблене південнокорейською компанією Nara Space для запуску у 2026 році у співпраці з Сеульським національним університетом (SNU) та Корейським інститутом астрономії та космічних наук (KASI).

Супутники побудовані за компактним стандартом 16U CubeSat, а перша партія з 12 супутників розпочнеться у 2026 році.

Сама кількість цих супутників може забезпечити майже реальний глобальний моніторинг метану з щоденними відвідуваннями конкретних джерел викидів. Він повинен відображати високу роздільну здатність, з очікуваною просторовою роздільною здатністю менше 25–30 метрів, та високоточні вимірювання, сфокусовані на метані, завдяки спектральній роздільній здатності менше 1 нм (у межах метанового діапазону 1625–1670 нм).

Виправлення викидів метану

Звідки беруться викиди метану?

Завдяки точнішим вимірюванням з усіх супутників, що відстежують метан, ми зараз маємо набагато точніше уявлення про викиди метану, ніж у 2020 році. Загалом, найбільші викиди нафти та газу спостерігаються в Євразії (особливо в Росії та Центральній Азії), на Близькому Сході та в Північній Америці, а також напрочуд високі рівні з Африки.

джерело: МЕА

Як можна зменшити викиди метану?

Витоки, занедбані ділянки видобутку викопного палива та спалювання – все це основні джерела метану, які можна вирішити майже без жодних витрат.

Серед багатьох рішень, які можна реалізувати за допомогою доступних технологій та ресурсів, можна згадати кілька:

• Забезпечення доступу до чистої енергії для об'єктів, що виробляють викопне паливо.
• Зменшення спалаху.
• Виявлення та ремонт витоків.
• Установки рекуперації пари.

Інші заходи, такі як закупорювання свердловин, що протікають, або дегазація вугільних шахт, також можуть бути ефективними, але вони менш важливі в абсолютних обсягах.

джерело: МЕА

Однак загальні витрати є відносно невеликими порівняно зі світовою економікою, або, наприклад, доходами нафтових компаній чи військовими витратами, причому, за оцінками МЕА, 250 мільярдів доларів достатньо для скорочення більшості викидів метану.

«Ми оцінюємо, що для реалізації всіх заходів щодо скорочення викидів метану, необхідних для досягнення 75% скорочення викидів метану, до 2030 року потрібно витратити близько 260 мільярдів доларів США. Середньорічна сума необхідних витрат становить менше 2% чистого доходу, який щорічно генерує галузь викопного палива».

Хоча багато з цих інвестицій фактично окупляться за рахунок скорочення викидів та відновлення корисного природного газу, який можна буде продати або використати, деякі ініціативи потребуватимуть прямого фінансування, якщо вони матимуть негативну чисту вартість. Але це також може бути відносно легко профінансовано міжнародними установами, враховуючи необхідні кошти.

«Ми оцінюємо, що дефіцит фінансування для скорочення викидів метану з викопного палива в країнах з низьким і середнім рівнем доходу становить близько 60 мільярдів доларів США (приблизно 40 мільярдів доларів США для діючих операцій та 20 мільярдів доларів США для покинутих об'єктів)».

Інвестування в моніторинг метану

Google

Google, звичайно, більш відомий як ультрадомінантна пошукова система, основний інструмент для інтернет-реклами, постачальник хмарних послуг і лідер у технології штучного інтелекту. Але він також, завдяки своїм Двигун Землі, основний партнер з обробки даних про викиди метану для глобального регуляторного використання.

Earth Engine поєднує супутникові знімки з алгоритмами Google та її партнерів, щоб використовувати цю інформацію у практичних, практичних застосунках для реального світу.

Це включає готові до використання набори даних охоплюючи все: від клімату, погоди, географії та сільського господарства, або прямий доступ за допомогою Earth Engine API, доступного на Python та JavaScript.

«Google Earth Engine вперше в історії дозволив швидко та точно обробляти величезні обсяги супутникових знімків, визначаючи, де і коли відбувалися зміни деревного покриву з високою роздільною здатністю. Global Forest Watch не існував би без нього. Для тих, хто піклується про майбутнє планети, Google Earth Engine – це велике благословення!»

Д-р Ендрю Стір, президент і генеральний директор Інституту світових ресурсів.

Дані можна використовувати для некомерційні цілі, і в цьому випадку використання є безкоштовним за певних умов.

джерело: Двигун Землі

Його також можна використовувати в комерційних цілях, надаючи компанії-клієнту прямий доступ до понад 50 петабайтів даних, готових до аналізу, та неперевершену потужність аналітичної обробки. Це можна використовувати для демонстрації впливу ESG-ініціатив, виявлення екологічних ризиків, оптимізації врожайності сільськогосподарських культур, порівняння потенційних місць для промислових об'єктів, таких як фотоелектричні електростанції тощо.

«Unilever прагне досягти ланцюга поставок без вирубки лісів до 2023 року. Використання геопросторової платформи, яка використовує Google Earth Engine та Google Cloud, дозволяє нам реалізувати нашу амбіцію щодо створення справді сталого ланцюга поставок».

Ендрю Вілкокс, старший менеджер зі сталого постачання та цифрових програм, Unilever

Багато компаній було побудовано на базі Google Earth Engine, наприклад:

• Земляний блокПропонує інтерфейс Earth Engine без написання коду, що робить його доступним для користувачів комерційного сектору, які не мають технічних знань.
• NGISЗосереджений на наданні аналітичних даних для сільськогосподарської галузі.
• Група просторової інформатики (SIG)Зосереджується на підтримці прийняття рішень щодо довкілля, маючи досвід у визначенні рослинності, фенологічному аналізі та моніторингу сільськогосподарських культур.
• Кліматичний двигунСтратегічний партнер, який надає основні додатки, інтегровані з Google Cloud, допомагаючи компаніям керувати водними ресурсами та ризиками лісових пожеж.

Це один із багатьох прикладів сили даних для такої компанії, як Google. Вони можуть не лише мати великий позитивний вплив на неурядові організації та інші некомерційні види діяльності, але й забезпечити незамінний (і дуже цінний, і монетизований) потік даних для незліченних корпорацій, прямо або опосередковано через постачальників та кураторів, які перетворюють дані на практичну інформацію для конкретних галузей або випадків використання.

З настанням ери штучного інтелекту цінність цього типу скарбниці даних зростатиме, особливо для таких компаній, як Google, які зможуть максимально використовувати її завдяки власному внутрішньому досвіду в галузі штучного інтелекту, серед яких програми магістра права, такі як Gemini, є лише верхівкою айсберга.

Останні новини та події щодо акцій Google (GOOGL)