Met satellieten speuren naar bronnen van broeikasgassen

Klimaatverandering is een van de grootste uitdagingen van deze tijd. De gevolgen, zoals extreem weer, droogte, bosbranden en de stijgende zeespiegel, zijn nu al wereldwijd te zien. Ze bedreigen de stabiliteit van ecosystemen, onze voedselvoorziening én onze leefomgeving.

TNO werkt aan verschillende oplossingen die bijdragen aan het terugdringen van broeikasgassen. Zoals innovaties voor alternatieve energiebronnen, of voor het filteren van CO2 uit de atmosfeer. Een andere oplossing is het opsporen van emissiebronnen. Dit laatste doet TNO met behulp van aardobservatie: monitoring vanuit de ruimte, met behulp van satellieten.

Inzicht en handelingsperspectief

Anton Leemhuis is business director bij TNO en expert op het gebied van aardobservatie. Hij legt uit waarom deze monitoring nodig is: "Metingen laten zien dat wereldwijd veel broeikasgassen worden uitgestoten en zich verzamelen in de atmosfeer van de aarde, maar we weten nog maar weinig over waar de gassen precies vandaan komen. Dit maakt het lastig om actie te ondernemen tegen vervuilers. En om te controleren of de maatregelen die bedrijven nemen wel effect hebben. Met aardobservatie geven we overheden en bedrijven inzicht en handelingsperspectief."

Grote incidenten en bronnen ontdekt

Nederland is internationaal koploper op het gebied van de aardobservatie van emissiebronnen. Zo ontwikkelde TNO de technologie van het TROPOMI instrument dat in 2017 werd gelanceerd op de Sentinel5-p satelliet van ESA. TNO ontwierp het instrument en realiseerde essentiële optische systemen ervan. Het instrument werd gerealiseerd door Airbus Defence & Space Nederland en wetenschappelijke partners KNMI en SRON. TROPOMI kan vanaf ongeveer 800 kilometer hoogte luchtvervuiling en het broeikasgas methaan meten.

Leemhuis: "Dankzij de TROPOMI werd het mogelijk om met één keer overvliegen de grootste bronnen van methaan in beeld te brengen, de zogenaamde ‘super emitters’ en die te verifiëren. Zo was TNO betrokken bij het vinden van lekken in olie- en gasleidingen en zagen we dat kolenmijnen in Australië een veelvoud uitstoten van wat we dachten. Ook geeft TROPOMI inzicht in hoeveel methaan er wordt uitgestoten door grote vuilnisbelten in steden als Madrid en Buenos Aires."

Compacte en betaalbare tweelingsatelliet

Deze super emitters zijn weliswaar heel vervuilend, maar vormen helaas slechts het topje van de ijsberg. Samen zijn ze verantwoordelijk voor zo’n 5% van de totale uitstoot, terwijl het leeuwendeel van kleinere bronnen komt. Daarnaast is de ruimtelijke resolutie van TROPOMI beperkt tot 7 x 7 kilometer en kan het instrument geen CO2 meten. Om meer bronnen van luchtvervuiling op te sporen, zit TNO samen met ISISPACE, SRON en KNMI in het kernteam dat TANGO ontwikkelt: een ESA satellietmissie die wereldwijd emissies van CO2 en methaan op bronniveau gaat meten.

Voor deze missie heeft TNO de techniek van de TROPOMI verkleind en verdeeld over twee compacte satellieten die achter elkaar aan vliegen. Beide satellieten hebben een vergrotende lens die tot 300 bij 300 meter kan inzoomen.

Leemhuis: "Daardoor kunnen we voor het eerst de kleinere bronnen detecteren, die samen verantwoordelijk zijn voor zo’n 75% van de methaanuitstoot. Van bijvoorbeeld olie- en gasvelden, kolenmijnen en vuilnisbelten. De TANGO-satelliet kan ook CO2 meten. Dat is bijzonder, want CO2 is moeilijk te meten. Denk hierbij aan energiecentrales en fabrieken. Bovendien worden alle data, net als bij de TROPOMI, publiek beschikbaar. De TANGO-satellieten van ESA zijn straks de onafhankelijke ogen op de wereld."

Nog een belangrijk voordeel van TANGO: dankzij de compacte afmetingen kunnen deze satellieten op een standaard platform worden gemonteerd, terwijl voor traditionele satellieten altijd een op maat gemaakt platform nodig is. Leemhuis: "Dit maakt de satelliet een stuk betaalbaarder en we kunnen hierdoor straks eerder de ruimte in."

Emissieatlas

Parallel aan de satelliet werkt TNO aan een wereldwijde emissieatlas. Hiervoor gebruikt TNO bestaande databronnen, die straks worden aangevuld met de metingen van bijvoorbeeld de TANGO-satelliet. Leemhuis: "Zo creëren we het eerste publieke overzicht van de wereldwijde broeikasuitstoot."

Dat is belangrijk volgens Leemhuis, omdat bedrijven en overheden vaak naar elkaar kijken als het gaat om klimaatbeleid. "Ze willen wel maatregelen nemen, maar niet als zij de enige zijn. Ze willen het vertrouwen hebben dat andere partijen zich ook aan de internationale afspraken houden. Deze kaart kan hierbij helpen. De emissieatlas kan bedrijven en overheden ook ondersteunen bij internationale investeringen. Bijvoorbeeld door de uitstoot van een bepaalde leverancier te laten meewegen in hun beslissing."

Wereldtop in ruimtevaart

Leemhuis: "Nederland is altijd al sterk geweest op het gebied van optische technologie. Daarnaast hebben we bij TNO ruim 40 jaar ervaring op het gebied van satellietmonitoring. We hebben de hele range van kennis in huis die nodig is bij het ontwikkelen en bouwen van satellietinstrumenten. Denk aan kennis van emissies, atmosfeerchemie, optica, werktuigbouwkunde, ruimtevaart én van ontwerp tot het bouwen van instrumenten in onze werkplaatsen en clean rooms in Delft. We zijn trots dat ESA en NASA onze klanten zijn."

"Ook wetenschappelijk is Nederland heel sterk in dit werkveld en hebben we een toonaangevende industrie waar TNO nauw mee samenwerkt. Dankzij intensieve samenwerking met heel veel partners behoren we echt tot de wereldtop in dit werkveld."

"Met projecten als TROPOMI en TANGO werken we niet alleen aan het terugdringen van broeikasgassen, maar versterken we ook onze economische positie. Denk hierbij niet alleen aan ruimtevaartbedrijven, maar ook aan dienstverleners die kunnen instappen in de opkomende markt voor klimaatdata."

Real time monitoring

Als alles goed gaat, vliegt de TANGO satellietmissie van ESA over enkele jaren in de ruimte. Op termijn wil TNO meer compacte satellieten ontwikkelen voor aardobservatie. Leemhuis: "Doordat deze satellieten zo compact en betaalbaar zijn, kunnen we ze snel en op grote schaal inzetten. Straks kunnen we overal ter wereld in real time in kaart brengen waar de bronnen van broeikasgassen zitten en welk effect maatregelen hebben. En zo bijdragen aan een onderbouwd en effectief klimaatbeleid."

Van ontwerp naar serieproductie

TROPOMI en TANGO zijn uitstekende voorbeelden van hoe technologieën worden ontwikkeld, toegepast en impact creëren. Deze projecten tonen de kracht van samenwerking tussen kennisinstellingen en bedrijven – van MKB's tot corporates. Innovaties hebben pas echt impact wanneer ze op grote schaal worden uitgerold.