Satellieten scannen aarde op broeikasgassen en luchtvervuiling | Technisch Weekblad
Nieuws

TNO ontwikkelt optische instrumenten en dataverwerking van aardobservaties


Satellieten scannen aarde op broeikasgassen en luchtvervuiling

In de Amerikaanse staat Ohio vond in 2018 een explosie plaats bij een gasbron. Dit zorgde, in de twintig dagen tot het lek gedicht was, voor een uitstoot van 50.000 ton methaan. Dat is meer dan de emissies van de volledige olie- en gasindustrie in Nederland in een jaar.

Nederlandse en Amerikaanse onderzoekers merkten dit grote lek op dankzij het ruimte-instrument TROPOMI, waarmee ze sinds 2017 onderzoek doen naar klimaat en luchtverontreiniging. TROPOMI bevindt zich aan boord van de Europese Sentinel 5P-satelliet van de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA).

Onderzoekers publiceerden eind vorig jaar hun bevindingen over het methaanlek in Ohio in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS. Ze laten hiermee zien dat TROPOMI incidenten met broeikasgassen goed kunnen detecteren. ‘Tot een jaar geleden waren dit soort metingen niet mogelijk’, vertelt Anton Leemhuis van TNO. ‘Zulke enorme uitbraken van broeikasgassen konden toen ongemerkt voorbij gaan.’

Aardobservaties door satellieten bieden onafhankelijke metingen. Emissies van broeikasgassen en luchtvervuiling worden nu nog vaak geschat op basis van modellen. Dat geeft soms een verkeerd beeld. Ammoniak-emissies bleken in Duitsland bleken bijvoorbeeld aanzienlijk hoger te liggen dan gerapporteerd. Wereldwijde dekking met satellieten zorgt bovendien dat alles met dezelfde meetapparatuur bekeken wordt. Daardoor kunnen gebieden vergeleken worden en wordt handhaving eenvoudiger.

Het Nederlandse TNO is betrokken bij het ontwerp en de verwerking emissiemetingen van TROPOMI, dat dagelijks de hele aarde scant. Terwijl de satelliet om de aarde draait meet een camera het zonlicht dat door het aardoppervlak weerkaatst wordt. In de satelliet wordt dat licht uiteengerafeld in de verschillende golflengten. De stoffen waar het weerkaatste zonlicht onderweg van de aarde naar de camera mee in aanraking komt, zorgen voor veranderingen in de karakteristieken van de golflengten van het licht. Uit die veranderingen kunnen onderzoekers afleiden waar bijvoorbeeld stikstofdioxide, methaan of CO2 in de lucht zit.

TNO is gespecialiseerd in het maken van optiek – spiegels en lenzen – die gebruikt wordt in het meetinstrument. In de werkplaats in Delft maken technici bijvoorbeeld zogeheten ‘vrije vorm’ spiegels en lenzen in bijna elke mogelijke complexe vorm. Dat maakt slimme onderwerpen mogelijk voor kleinere en betere optische instrumenten.

De computermodellen die TNO daarnaast ontwikkelt voor de analyse van de metingen, worden onder meer gebruikt door het Nederlandse meteorologische instituut KNMI en de Europese Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), die de Europese voorspellingen van luchtkwaliteit maakt.

Wereldwijd gaat er ongeveer € 9,7 miljard om in aardobservatie. Het grootste gedeelte daarvan, circa 70 %, gaat naar techniek zoals satellieten, instrumenten en grondstations die de metingen van de satellieten ontvangen. De overige 30 % gaat vooral naar het datagebruik.

Beter en kleiner

De laatste jaren ontwikkelt aardobservatie zich snel. Zo kunnen er steeds kleinere details worden waargenomen. ‘Er zijn commercieel verkrijgbare afbeeldingen van spionagesatellieten met een resolutie van enkele tientallen centimeters’, zegt Leemhuis. ‘Eind vorig jaar bevestigde een tweet van Donald Trump wat veel mensen al wisten: er zijn spionagesatellieten die details van een paar centimeter groot kunnen onderscheiden.’

Daarnaast lanceren de afgelopen vijf jaar steeds meer commerciële bedrijven satellieten voor aardobservatie. ‘Dat komt doordat satellieten steeds kleiner en goedkoper worden’, vertelt Leemhuis. ‘De meeste die nu gelanceerd worden zijn zogeheten nanosatellieten, die minder dan 20 kg wegen, terwijl de klassieke satellieten 200 tot 1.000 kg zijn.’

Dat zorgt voor een flinke kostenreductie. Waar grote atmosfeermissies zoals TROPOMI € 300 miljoen tot een miljard kosten, kun je nu voor € 10 tot 20 miljoen een complete wetenschappelijke missie realiseren met veel kleinere instrumenten. Leemhuis: ‘Daardoor kan er steeds meer de lucht in. Er worden nu bijna tienmaal zoveel aardobservatiesatellieten gelanceerd als tien jaar geleden.’

TNO ontwikkelt al ruim 30 jaar onderdelen van grote optische instrumenten voor ESA en NASA. Het werkt ook aan de ontwikkeling van complete, kleinere instrumenten. Dan gebeurt samen met de Nederlandse industrie die – beter dan TNO – de productie van grote aantallen aankan.

Leemhuis is positief over de ontwikkelingen in de aardobservatie: ‘Als je weet waar broeikasgassen en luchtvervuiling vandaan komt, kun je het verbeteren. Satellieten kunnen ons daarbij helpen.’

Kaart TROPOMI NO2-metingen boven Europa. Beeld: KNMI, ESA en Copernicus

Kaart TROPOMI NO2-metingen boven Europa in juni 2018. Beeld: KNMI, ESA en Copernicus

Ontvang de nieuwsbrief, binnenkort 2 keer per week

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW