Ab 2027 starten die neuen Satelliten zur CO2-Messung (CO2M) in den Orbit. Ursprünglich waren nur zwei Exemplare geplant – doch Simulationen der Empa überzeugten die Europäische Kommission, einen dritten Satelliten bauen zu lassen. Damit verbessert sich die Messabdeckung deutlich: Statt alle fünf Tage können die Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) rund um den Globus nun alle 3,5 Tage erfasst werden.
Die neuen Instrumente werden flächendeckende Treibhausgasbilder mit einer Auflösung von zwei Kilometern liefern, die ganze Regionen erfassen und nicht nur schmale Messstreifen wie bisherige Satelliten. So lassen sich die Emissionen von einzelnen Ländern, Städten oder gar von einzelnen Kraftwerken räumlich detailliert bestimmen. Die CO2M-Mission ist Teil des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus der Europäischen Union. Sie wird von der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelt und anschliessend für den Betrieb an die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) übergeben. Ihr Ziel ist die weltweite Überwachung der vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen.
Stickstoffdioxid-Messungen machen den Unterschied
«Satelliten messen die Konzentrationen von Treibhausgasen und Luftschadstoffen in der Atmosphäre – doch erst mithilfe aufwendiger Ausbreitungssimulationen lässt sich daraus ableiten, wie viele Emissionen ein Kraftwerk, eine Stadt oder gar ein ganzes Land wirklich ausstösst», erklärt Gerrit Kuhlmann von der Empa-Abteilung «Luftfremdstoffe / Umwelttechnik».
Um herauszufinden, welche Technologien sich für solche Analysen eignen, simulierten die Empa-Forschenden bereits vor einigen Jahren die CO2-Messdaten eines künftigen Satelliten. Diese Computersimulationen im Auftrag der ESA waren entscheidend dafür, dass die CO2M-Satelliten nicht nur CO₂, sondern auch Stickstoffdioxid (NO₂) messen werden. Diese Kombination ist wichtig, weil sich damit menschengemachte Emissionen von natürlichen Quellen unterscheiden lassen: Bei der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas entsteht neben CO₂ stets auch NO₂ – im Gegensatz zu den natürlichen CO₂-Emissionen der Biosphäre.
Heute wenden die Empa-Forschenden ihre Modelle auf reale Satellitendaten an. Wie zuverlässig die Methode ist, zeigen Messungen des europäischen Copernicus-Satelliten Sentinel-5P. Sein TROPOMI-Instrument erkennt beispielsweise die Stickoxidemissionen grosser Kraftwerke in den USA.
«Wir konnten die Abgasfahnen mehrerer Kraftwerke deutlich identifizieren und ihre Stickoxidemissionen bestimmen», so Kuhlmann. «Kraftwerke in den USA müssen ihre Emissionen täglich rapportieren – und unsere Berechnungen stimmen sehr gut mit diesen Meldungen überein.» Damit ist klar: Satelliten sind ein verlässliches Werkzeug, um Emissionen nicht nur zu beobachten, sondern auch mit einer räumlichen Auflösung von wenigen Quadratkilometern zu quantifizieren.