寻找最大的甲烷来源

阻止来自垃圾填埋场、油田、天然气管道等的甲烷泄漏是我们迅速减缓全球变暖的最有力手段之一。威胁是肉眼看不见的：成吨的甲烷从西伯利亚蜿蜒而过的天然气管道吹向天空。过去，俄罗斯石油业务去年释放的那些强效温室气体羽流可能没有引起人们的注意。但是，凭借强大的新成像技术，一颗寻找甲烷的卫星嗅出排放物并追踪它们的来源。由于技术的快速发展，越来越多的卫星现在正致力于通过识别来自太空的此类泄漏来帮助关闭甲烷阀门。这项任务至关重要，最近的一系列报告发出了越来越紧迫的减少甲烷排放的呼吁。甲烷虽然比二氧化碳寿命更短且含量更少，但在吸收热量方面的能力要强得多，因此在短期内对全球变暖的影响要大 80 倍以上。世界上大约 60% 的甲烷排放是由人类活动产生的——其中大部分来自农业、废物处理和化石燃料生产。环境保护基金估计，人为造成的甲烷至少占当今全球变暖的 25%。联合国环境规划署的一项新的全球甲烷评估强调，阻止这些排放是迅速遏制变暖的最大希望。杜克大学地球科学教授、联合国报告的主要作者德鲁·辛德尔说：“这是我们在未来 30 年内减少变暖以及气候变化带来的所有影响的最有力手段。”科学家强调，二氧化碳和甲烷的大幅减少对于避免极端气候变化至关重要。 “它不是减少二氧化碳的替代品，而是一种补充，”辛德尔说。根据联合国的评估，人类活动每年释放的大约 3.8 亿公吨甲烷中的近一半可以在本十年通过可用且具有成本效益的方法减少。这样做将在 2040 年代避免近 0.3C 的变暖——为控制其他温室气体排放争取宝贵的时间。联合国报告称，最简单的收益可以通过修复泄漏的管道、阻止蓄意排放（例如从钻井平台排放不需要的气体）以及石油和天然气行业的其他行动来获得。从垃圾填埋场中的腐烂材料中捕获烟雾并抑制反刍家畜的气体打嗝也将有所帮助。不过，就目前而言，趋势正朝着相反的方向发展：美国国家海洋和大气管理局年度温室气体指数显示，地球大气中的甲烷浓度在过去五年中一直在飙升。尽管发生了大流行，但 2020 年还是出现了有记录以来最大的一年增长。近期飙升的原因尚不清楚，但可能包括天然气压裂、温度升高导致产甲烷微生物产量增加，或人为和自然力量的共同作用。

专家说，所有这些都强调了追踪和堵塞任何可以控制的泄漏或来源的必要性。然而，追踪排放物的源头并非易事。发布通常是间歇性的，很容易错过。地面传感器可以检测局部地区的泄漏，但其覆盖范围有限。飞机和无人机调查耗时且成本高昂，而且世界大部分地区的空中通道都受到限制。这就是一组先进的卫星——一些是最近发射的，一些即将部署——的用武之地。过去五年由国家航天机构和私营公司发射的一组卫星极大地加深了我们对甲烷泄漏的看法在哪里。在接下来的几年里，新的卫星项目即将发射——包括加利福尼亚州的公私合作伙伴 Carbon Mapper 和环境保护基金的子公司 MethaneSAT——这将有助于以前所未有的范围和细节来填充图片.专家表示，这些努力不仅对于发现泄漏至关重要，而且对于制定法规和指导执法也至关重要——这两者都非常缺乏。较早的卫星，例如 2009 年发射的日本航空航天探索公司的 Gosat，能够探测到甲烷，但它们的分辨率不足以识别特定来源。但是卫星技术现在正在迅速发展，提高了传感器分辨率，缩小了尺寸，并获得了许多尖端功能。太空中强大的新眼睛包括欧洲航天局的 Sentinel 5P（2017 年发射）、意大利航天局的 Prisma（2019 年发射）以及由加拿大私营公司 GHGSat 运营的系统（卫星于 2016 年、2020 年和 2021 年发射）。法国 Kayrros 等公司正在使用人工智能来增强卫星成像，结合空中和地面数据，提供详细的甲烷报告。在过去的一年里，寻找甲烷的卫星取得了许多令人担忧的发现。其中：尽管有大流行，2020年俄罗斯油气业务的甲烷排放量增加了32%。卫星还观察到土库曼斯坦的天然气管道、孟加拉国的垃圾填埋场、加拿大的一个天然气田和煤矿的大量排放。美国阿巴拉契亚盆地。根据 Kayrros 的说法，在任何时候，全世界大约有 100 次大容量甲烷泄漏，还有大量较小的甲烷泄漏，这些泄漏大大增加了总数。欧洲航天局表示，从太空在全球范围内瞄准发射器提供了“应对气候变化的重要新工具”。

现在，Carbon Mapper 正在开发它承诺的最灵敏和最精确的点源定位工具。该项目的目标是在 2023 年发射两颗卫星，最终发展到多达 20 颗的星座，将在全球范围内提供近乎恒定的甲烷和二氧化碳监测。合作伙伴包括美国宇航局的喷气推进实验室、加州空气资源委员会、私人卫星公司 Planet 以及大学和非营利组织，资金来自彭博慈善基金会等主要私人捐助者。亚利桑那大学遥感科学家、Carbon Mapper 首席执行官莱利·杜伦 (Riley Duren) 表示，推动因素是当前的全球监测差距。 “没有哪个组织拥有必要的授权、资源和制度文化来提供温室气体的运行监测系统，”杜伦说。 “至少不是在我们需要的时间范围内。” Duren 将 Carbon Mapper 比作美国国家气象局，因为它将通过常规、持续的温室气体监测提供“必不可少的公共服务”。杜伦说，该项目的主要重点是寻找超级发射器。他和同事通过对加利福尼亚州的石油和天然气作业、垃圾填埋场、废水处理和农业进行的甲烷传感飞机调查进行了一项先前的研究，该研究发现该州近一半的甲烷产量来自不到 1% 的基础设施。在该调查中，垃圾填埋场占该州总排放量的最大份额，其次是农业，然后是石油和天然气。调查指出，有必要“通过进入太空来扩大规模并在全球范围内实施”，杜伦说。轨道飞行器将采用喷气推进实验室设计的“高光谱”光谱仪，该项目的网站称其将提供“无与伦比的灵敏度、分辨率和多功能性”。迷你冰箱大小的卫星将能够瞄准 30m（100 英尺）范围内的释放，精确到足以识别泄漏的确切设备。当检测到排放时，Planet 将在 24 小时内通知快速警报服务的订户，Planet 是一家位于旧金山的私营卫星运营商，将建造和管理 Carbon Mapper 卫星。加州空气资源委员会排放监测项目负责人 Jorn Herner 表示，这些卫星将加强加州空气资源委员会的监测，覆盖范围更广、更频繁。他说，现在每季度进行一次监测。当部署完整的碳映射卫星星座时，这将增加到几乎每天。 Herner 说：“您只需更好地处理正在发生的 [和] 时间，并且您将能够更快地解决任何泄漏问题。”加入轨道猎手的还有 MethaneSAT，这是一颗将扫描更广阔区域的卫星——尽管分辨率较低，但分辨率可达 200 公里（124 英里）。该程序使用一种特殊算法，可从卫星数据生成通量率。 “因此，您实际上获得的不仅仅是一张照片或快照，而是更多的电影，”MethaneSAT 导演 Ely 说。她说，这是基于卫星的传感技术的第一次，也是追踪被风吹回的羽流源头的福音。

Ely 说，MethaneSAT 将专注于全球石油和天然气行业，并致力于足够敏感，以揭示可能占大部分排放量的大量小规模甲烷释放。调查结果将近乎实时地提供给行业运营商、监管机构、投资者和公众。她说，这些数据将有助于“优先考虑在减排和缓解方面最有意义的事情”。然而，虽然世界追捕甲烷排放者的能力正在增强，但为此采取行动所需的全球政策尚未到位。目前减少甲烷的大部分方法都依赖于石油和天然气行业的自愿行动。联合国报告的主要作者 Shindell 和其他人说，卫星可以帮助解决这个问题，通过识别泄漏，如果停止泄漏，将为这些公司节省或赚钱。 “如果你捕获甲烷而不是让它逃逸到大气中，你就会得到一些非常有用的东西，”辛德尔说。 “所以有一个很好的经济激励，不要浪费它。”但如果天然气价格不够高，运营商会觉得不值得花费和努力寻找、阻止和利用失控的排放。 “制定更严格的法规真的很关键，”辛德尔说。联合国报告指出，当今的甲烷排放法规是地方和国家措施的拼凑而成，很少有国际协议设定具体目标。在美国，州政策的范围从加利福尼亚州和科罗拉多州等一些州的相当严格的控制到德克萨斯州和其他州的很少执行。与此同时，欧盟目前正在制定新的能源部门排放法规。然而，根据国际能源署的分析，俄罗斯等其他排放大国几乎没有有效的甲烷限制政策。在 11 月联合国气候变化会议 COP26 之前，国际能源论坛本月启动了甲烷测量方法项目，让成员国可以访问来自 Sentinel 5P 卫星的数据以及来自 Kayrros 的分析，以更好地处理来自能源行业。科学家们说，卫星数据可以提供一个有用的政治杠杆，迫使各国打击排放。例如，对俄罗斯管道泄漏的精确测量可以使作为俄罗斯石油和天然气主要客户的欧盟能够根据生产和运输的排放量征收边境关税。更好的监控还有助于股东和法院最近采取的行动，迫使大型化石燃料公司控制温室气体排放。无论采取何种措施，政策制定者和监管机构都需要密切关注这些规则是否有效，并查明违规者并激励变革。

正如 Carbon Mapper 的 Duren 所说：“让隐形可见有很多用途。”这篇文章最初由耶鲁环境 360 发布，经许可重新发布 - 请在此处阅读原始故事。这也是为什么这个故事没有估计其碳排放量的原因，因为未来星球的故事通常会这样做。通过在 Facebook 上点赞我们，或在 Twitter 或 Instagram 上关注我们，加入一百万未来的粉丝。如果您喜欢这个故事，请注册每周 bbc.com 专题通讯，称为“基本清单”。从 BBC 未来、文化、工作生活和旅行中精心挑选的故事，每周五发送到您的收件箱。