Ihmisperäisiä hiilidioksidipäästöjä metsästämässä – apurina satelliitit

Ilmatieteen laitoksella kehitettiin uusi menetelmä laskea yksittäisten päästölähteiden, kuten kaupunkien ja voimaloiden, NOₓ/CO₂-suhde avaruudesta käsin. Tuloksia voidaan hyödyntää myös hiilidioksidipäästöjen arvioinnissa. Uutta menetelmää sovellettiin Etelä-Afrikassa sijaitsevaan Matimba-hiilivoimalaan, joka on yksi maailman suurimmista.

Matimba-hiilivoimala Etelä-Afrikassa. Wikimedia commons. CC BY-SA 3.0

Vuonna 2015 solmitun Pariisin sopimuksen myötä ihmistoiminnasta peräisin olevien kasvihuonekaasupäästöjen rooli tutkimuksessa on noussut yhä tärkeämmäksi, sillä päästöjä ja niiden vähennyksiä halutaan seurata. Esimerkiksi Euroopan komissio suunnittelee uutta satelliittipohjaista CO2M-missiota ihmisperäisten hiilidioksidipäästöjen seuraamiseen osana Copernicus-maanseurantaohjelmaansa.

Ilmatieteen laitoksella on tutkittu ihmisperäisiä kasvihuonekaasuja avaruudesta käsin vuodesta 2016 alkaen. Tutkimuksessa on hyödynnetty erityisesti vuonna 2014 laukaistua NASAn OCO-2-satelliittia, joka on edelleen paras mittalaite tähän työhön. Ihmisperäisten hiilidioksidipäästöjen kartoittamisen kannalta sen kapea mittauskaista asettaa kuitenkin haasteita.

Eräs keskeisistä ongelmista ilmakehätieteissä on laskea päästöt yksittäisistä päästölähteistä kuten kaupungeista ja voimaloista. Tämä on erityisen haastavaa hiilidioksidin (CO₂) kohdalla, kun taas typen oksidien NOₓ-päästöjä on monitoroitu satelliiteista lähes rutiininomaisesti jo 1990-luvulta alkaen. Ilmanlaadun kannalta NOₓ- ja CO₂-päästöjen välinen suhde kertoo käytetyn tekniikan puhtaudesta.

Juuri julkaistussa tutkimuksessa kehitettiin uusi menetelmä, jolla voidaan laskea NOₓ/CO₂-suhde avaruudesta käsin. Näin laskettua suhdetta voidaan hyödyntää myös, jos halutaan kääntää NOₓ-päästöt hiilidioksidipäästöiksi. Tutkimuksessa tätä menetelmää sovellettiin Etelä-Afrikassa sijaitsevaan Matimba-hiilivoimalaan. Se on tutkimuksen kannalta erinomainen koelaboratorio, sillä se on voimakas pistemäinen päästölähde ja suhteellisen etäällä muista päästölähteistä.

Tutkimuksessa hyödynnettiin vuonna 2017 laukaistun eurooppalaisen Sentinel 5 Precursor S5P-satelliitin tekemiä mittauksia, jotka mahdollistavat ensi kertaa yksittäisten typpidioksidipilvien (NO₂-pilvet) kartoittamisen satelliitista käsin. Tutkimuksessa yhdistettiin S5P-satelliitin havaitsemat NO₂-pilvet ja OCO-2-satelliitin CO₂-havainnot. Vuosilta 2018–2020 löydettiin yhteensä 14 satelliitin ylilentoa, jossa kapealla kaistalla mittaavan OCO-2-satelliitin havainnot kyettiin kytkemään S5P-satelliittiin mittaamiin NO₂-pilviin.

Kuvassa S5P ja OCO-2-satelliittien havaintoja vuosilta 2018–2020 yhdistettynä. Matimba-hiilivoimala on merkitty kuvaan punaisella kolmiolla. Hiilivoimalasta peräisin olevat NOₓ-päästöt näkyvät kuvassa punaisesta kolmiosta lähtevänä pilvenä lähialueella. OCO-2-satelliittin tekemät mittaukset hiilidioksidista näkyvät kapeina viivoina kuvassa. Nämä havainnot yhdistämällä voidaan laskea NOₓ/CO₂-suhde. Kuva: Hakkarainen et al. 2021. CC BY 4.0.

Ilmakehää mallinnettiin FLEXPART-mallilla ja tuloksena saatiin Matimba-hiilivoimalan NOₓ/CO₂-suhteeksi (2.6 ± 0.6) × 10^-3 ja hiilidioksidipäästöiksi noin 60 kilotonnia päivässä, joka on suuruusluokaltaan noin puolet koko Suomen hiilidioksidipäästöistä. Tutkimuksessa lasketut arviot ovat yhteneviä aikaisempien päästöinventaarioiden (esim. ODIAC) tulosten kanssa.

Tutkimusta on tehty erityisesti Euroopan Avaruusjärjestö ESAn rahoittamassa DACES-projektissa, josta voit lukea lisää projektin verkkosivuilta.

Viite:

Janne Hakkarainen, Monika E. Szeląg, Iolanda Ialongo, Christian Retscher, Tomohiro Oda, and David Crisp: Analyzing nitrogen oxides to carbon dioxide emission ratios from space: A case study of Matimba Power Station in South Africa, Atmospheric Environment: Volume 10, 2021.

Lue tieteellinen artikkeli täältä: https://doi.org/10.1016/j.aeaoa.2021.100110