Vermessung von CO 2 -Emissionen aus Kraftwerken aus dem All – DLR-Kompaktsatellitenmission „CO2Image“ in Phase A
Kohlendioxid (CO2) ist maßgeblich für die durch den Menschen verursachte Verstärkung des Treibhauseffekts in der Erdatmosphäre verantwortlich. Um die Klimaerwärmung auf unter 2 °C der vorindustriellen Durchschnittstemperatur zu begrenzen, wurde deshalb im Dezember 2015 das Pariser Klimaabkommen geschlossen und vier Jahre später im Dezember 2019 für Europa durch den European Green Deal konkretisiert. Das Pariser Abkommen sieht ab 2023 Bestandsaufnahmen (“stock takes”) vor, die in Fünfjahreszyklen den Fortschritt dokumentieren und gegebenenfalls mangelnden Fortschritt offenlegen sollen. Für eine unabhängige Überprüfung der weltweiten CO2-Emissionen ist hierfür aber ein zuverlässiges und globales Beobachtungssystem notwendig. Ein zentraler Bestandteil wird hierbei die geplante CO2M (Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring) Mission der EU sein, die weltweit anthropogene CO2-Emissionen auf nationaler und regionaler Ebene vermessen und die Effizienz von Reduktionsmaßnahmen bewerten soll.
Ungefähr 30 % der fossilen CO2-Emissionen stammen derzeit aus Kohlekraftwerken mit anvisierten Stilllegungen in Europa und im Gegenzug dazu dem Ausbau der Kapazitäten in China und Indien. Von den geplanten Satellitenmissionen wie CO2M wird ungefähr ein Viertel dieser Emissionen aus den größten Kraftwerken detektierbar sein. Circa 90 % der CO2-Emissionen von Kraftwerken könnten hingegen mit der Demonstratormission „CO2Image“ des DLR zugänglich gemacht werden, wie eine aktuelle, vom DLR Institut für Physik der Atmosphäre erarbeitete Studie zeigt.
CO2Image befindet sich derzeit im Wettbewerb mit einer anderen Nutzlast in Missionsphase A, an welcher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener DLR-Institute (Physik der Atmosphäre, Optische Sensorsysteme, Methodik der Fernerkundung) in enger Zusammenarbeit mit der Universität Heidelberg arbeiten. Die in der Studie untersuchte Nutzlast soll dabei in den unter Federführung vom Institut für Raumfahrtsysteme entwickelten Satellitenbus „CompactSat" integriert werden.
Das vorgeschlagene Instrumentenkonzept basiert auf ähnlichen Technologien wie das anderer Treibhausgasmissionen. Die Missionsidee von CO2Image hingegen ist komplementär. CO2Image widmet sich ausschließlich der Vermessung von lokalisierten Quellen wie Kohlekraftwerken und verwendet hierfür ein spektral recht niedrig auflösendes Gitterspektrometer, welches eine entsprechend höhere Bodenauflösung ermöglicht (≈50m). Letzteres ist dann auch der entscheidende Vorteil bei der Detektion von Emissionen aus CO2–Punktquellen: Die Konzentrationsüberhöhung pro Bodenpixel ist um ein Vielfaches höher, da das CO2-Signal nur über eine kleine Fläche gemittelt wird und somit deutlich leichter messbar ist.
CO2Image soll, im Falle einer Auswahl, 2024 oder 2026 starten und als Begleiter der europäischen CO2M-Mission quasi „die Lupe“ auf Kohlekraftwerksemissionen legen. Nach erfolgreicher Demonstration des Konzepts könnte das kompakte und kostengünstige Instrumentendesign dann zukünftig in Konstellationen von Kleinsatelliten oder als Sekundärnutzlast eingesetzt werden und somit einen entscheidenden Beitrag zur unabhängigen Überprüfung von CO2-Emissionen und der Effizienz der angestrebten Reduktionsmaßnahmen leisten.
Links: Geographische Verteilung der geschätzten jährlichen CO2-Emissionen aus Kraftwerken weltweit (CARMA Datenbank). Rechts: Kumulative Verteilung der links dargestellten CO2-Emissionen. Abzulesen ist, dass ca. 64 % der CO2-Emissionen aus mittelstarken Kraftwerken stammt (1-10Mt pro Jahr). (Bilder: Strandgren et al.) |