Methaansatellieten vinden vuilnisbelten met klimaatimpact van honderdduizenden auto’s
Methaan is een bijna dertigmaal krachtiger broeikasgas dan CO₂. Onderzoekers van SRON (Netherlands Institute for Space Research) speuren daarom naar grote methaanlekken over de hele wereld. Een vuilnisbelt in Buenos Aires blijkt tientallen tonnen methaan per uur uit te stoten. Dit is vergelijkbaar met de klimaatimpact van anderhalf miljoen auto’s. Ook wijzen ze vuilnisbelten in India en Pakistan aan als grote uitstoters.
Methaan levert na CO₂ het grootste aandeel in het door de mens versterkte broeikaseffect. Dit komt door zijn hoge Global Warming Potential (GWP-100). Per gewicht is methaan bijna dertig maal krachtiger als broeikasgas dan CO₂. Bij menselijke activiteit, denk aan olie-installaties, kolenmijnen, veestallen of vuilnisbelten, komt methaan vrij. Je maakt het minder schadelijk door het af te fakkelen en het zo om te zetten naar CO₂. En als je het opvangt, kun je die omzetting nuttig gebruiken in je CV-ketel of gasfornuis.
Methaansatellieten
SRON-onderzoekers hebben nu met satellietdata grote hoeveelheden methaan waargenomen rond een aantal vuilnisbelten. Vier vuilnisbelten in Argentinië, India en Pakistan stoten meerdere of zelfs tientallen tonnen methaan per uur uit.
Ruimte-instrument Tropomi
Het methaan-onderzoeksteam van SRON gebruikte het Nederlandse ruimte-instrument Tropomi om steden met veel uitstoot te identificeren. Buenos Aires, Delhi, Lahore en Mumbai vielen op. Hun stedelijke uitstoot ligt hier gemiddeld dubbel zo hoog als schattingen op basis van wereldwijde inventarisaties. Vervolgens vroegen ze de Canadese satelliet GHGSat om in te zoomen. Daaruit bleek dat de vuilnisbelten in deze steden verantwoordelijk zijn voor een groot deel van de uitstoot. De vuilnisbelt in Buenos Aires stoot 28 ton methaan per uur uit, vergelijkbaar met de klimaatimpact van anderhalf miljoen auto’s*. De drie andere vuilnisbelten zijn goed voor respectievelijk drie, zes en tien ton methaan per uur. Deze aantallen komen nog steeds neer op de impact van honderddertigduizend tot vijfhonderdduizend auto’s.
*Op basis van de schatting van de Amerikaanse Environment Protection Agency (EPA) van 4,6 ton CO2 die een typisch passagiersvoertuig jaarlijks uitstoot.
Strijd tegen klimaatverandering
Met het opsporen van de methaanlekken is nieuw laaghangend fruit gevonden in de strijd tegen klimaatverandering. “Methaan is geurloos en kleurloos. Het is dus moeilijk om te zien waar het lekt”, zegt hoofdauteur Bram Maasakkers van SRON. “Maar satellieten zijn hier bij uitstek voor geschikt. Met Tropomi speuren we super-emitters op die grote methaanwolken de atmosfeer in pompen. Dat is zonde want met relatief weinig moeite los je het op. Je kunt bijvoorbeeld het GFT-afval scheiden en composteren zodat er veel minder methaan vrijkomt. En als je toch al het afval mixt, kun je alsnog het geproduceerde methaangas opvangen of affakkelen.”
Methaan heeft levensduur van 10 jaar in atmosfeer
Methaan heeft een levensduur van ongeveer tien jaar in de atmosfeer. Maasakkers: “Dus als we nu iets aan de uitstoot doen, zien we al snel het resultaat in de vorm van minder opwarming van de aarde. Natuurlijk is alleen methaanbeperking niet voldoende, ook CO₂ moeten we inperken, maar we kunnen er klimaatverandering wel mee afremmen.”
Beeld: Links: Methaanconcentraties in 2018-2019 gemeten door Tropomi rondom Buenos Aires. Rechts: zoom-in door GHGsat op 19 april 2021 waarbij methaanpluimen zichtbaar zijn afkomstig van de vuilnisbelt in het centrum van de stad. De witte pijl geeft de windrichting aan. Credit: SRON/GHGSat, bevat Copernicus Sentinel data (2018–2019), verwerkt door SRON
Lees ook: Nederlandse fijnstofmeter SPEXone gemonteerd op NASA’s klimaatsatelliet
Nederlandse fijnstofmeter SPEXone gemonteerd op NASA’s klimaatsatelliet
De afgelopen weken is een groep engineers van SRON, Airbus Nederland en NASA bezig geweest om het Nederlandse aerosolinstrument SPEXone te installeren op de PACE-satelliet. PACE doet vanaf 2024 metingen aan oceanen en aerosolen om onder meer de invloed van fijnstof op het klimaat te ontrafelen. Op 23 juni werd het laatste schroefje aangedraaid. De integratie is nu officieel voltooid.
Op NASA’s Goddard Space Flight Center in Maryland staat de klimaatsatelliet PACE ongeduldig te wachten op haar eerste meetinstrument. Op 8 juni loopt een groep Nederlandse en Amerikaanse engineers de cleanroom binnen. SPEXone gaat samen met de instrumenten HARP2 en OCI het ruimtevaartuig voorzien van een haarscherp blikveld op de aarde. Het doel is om de kleur van de oceanen te meten en de eigenschappen van aerosolen in kaart te brengen. Het Nederlandse SPEXone-instrument neemt samen met HARP2 de aerosolmetingen voor zijn rekening. Het wordt nu als eerste instrument geïntegreerd op de satelliet. SRON en Airbus Nederland ontwikkelden SPEXone, met ondersteuning van TNO.
Aerosolen
Aerosolen zijn kleine deeltjes als roet, as en woestijnstof in onze atmosfeer. Ze hebben grote invloed op klimaatverandering en luchtvervuiling. Hun precieze rol is echter onvoldoende bekend. Mede hierdoor liggen de opwarmingscenario’s voor het jaar 2100 wel drie graden Celsius uit elkaar. De meeste aerosolen weerkaatsen licht. Daardoor hebben ze een afkoelend effect op de aarde. Maar ze kunnen door absorptie ook een opwarmend effect hebben. SPEXone gaat de eigenschappen van aerosolen bepalen. Denk daarbij aan afmeting, samenstelling, vorm en hun absorberend en weerkaatsend vermogen. Het helpt ook het OCI-instrument om de kleur van de oceanen te meten en daarmee de hoeveelheid plankton in de gaten te houden. Daarvoor is namelijk een correctie nodig vanwege aerosolverstrooiing.
Tests uitgevoerd
Begin 2021 werd in Nederland de laatste hand gelegd aan SPEXone, onder toeziend oog van toenmalig OCW-minister Van Engelshoven. Het ging vervolgens op transport naar Goddard. Sindsdien heeft het Nederlandse team verschillende tests uitgevoerd. Het is belangrijk na te gaan of het instrument heelhuids is aangekomen en of het de maandenlange opslag heeft overleefd. “Maar dit wordt het spannendste moment”, zegt SRON-engineer Alexander Eigenraam vlak voor vertrek naar Amerika. “De uitlijning luistert heel nauw. Het is vooral een precisiewerkje om te zorgen dat hij niet iets gedraaid zit. We monteren SPEXone op een verticale zijde van de satelliet, dus dat maakt het extra lastig. We moeten ook overschakelen op de testsystemen en elektronica van NASA. Dat moet omdat SPEXone vanaf nu gekoppeld is aan de satelliet, en daar mogen geen computers van buitenaf mee verbonden zijn.”
Het Nederlandse SPEXone-instrument is kandidaat om ook onderdeel te worden van de Europese CO2M-satelliet, die de concentraties CO2 in de aardatmosfeer in kaart gaat brengen. Aerosolen beïnvloeden CO2-metingen, dus een aerosolinstrument is nodig voor correcties.
Foto: Nederlandse en Amerikaanse engineers monteren SPEXone op de PACE satelliet. Credit: GSFC
Bron: SRON
Mitsubishi Electric gaat satellietantennes 3D-printen in de ruimte
Mitsubishi Electric Corporation wil satellietantennes 3D-printen in de ruimte. Het Japanse bedrijf presenteert een additieve productietechnologie die gebruikt kan worden in de ruimte. De technologie maakt gebruik van lichtgevoelige hars en ultraviolet zonlicht.
Het produceren van antennereflectoren voor satellieten is een complex proces. Zo bestaan er conflicterende eisen voor het realiseren van een hoge opbrengst, brede bandbreedte en laag gewicht. Een hoge opbrengst en brede bandbreedte vragen bijvoorbeeld om een grote apertuur. Een conventionele lancering vraagt echter tegelijkertijd om een lichtgewicht en klein ontwerp, dat – vaak opgevouwen – in een lanceervoertuig past. Het combineren van deze eisen is een uitdaging.
Satellietbus met 3D-printer lanceren
Voor deze uitdaging denkt Mitsubishi Electric nu een oplossing te hebben. Het bedrijf lanceert in plaats van een volledig satelliet, een satellietbus met een 3D-printer. Deze 3D-printer print vervolgens in de ruimte antennes met een grote aperture. Zo realiseert het bedrijf de gewenste hoge opbrengst en brede bandbreedte.
De hars waarvan de nieuwe technologie gebruik maakt is speciaal ontwikkeld door deze toepassing. Het materiaal is ontworpen voor stabiliteit in een vacuüm. De hars maakt de productie van structuren in de ruimte mogelijk met behulp van een duurzame proces. Dit proces maakt gebruik van ultravioletlicht van de zon voor fotopolymerisatie. Het polymeer dat ontstaat door het uitharden van het materiaal is bestand tegen temperaturen van minimaal 400°C. Dit is hoger dan de maximale temperatuur die satellieten in een baan om de aarde moeten weerstaan.
Grote componenten niet meer lanceren
Met de nieuwe technologie wil Mitsubishi Electric kleine satellietbussen – het hoofdlichaam van een satelliet – kunnen voorzien van grote structuren, zoals efficiënte antennereflectoren. Dergelijke omvangrijke componenten kunnen met behulp van de technologie in de ruimte worden vervaardigd. Zij hoeven hierdoor niet langer te worden gelanceerd vanaf de aarde.
Dit biedt diverse voordelen. Zo kunnen componenten van satellieten naar verwachting een stuk dunner worden. Huidige satellieten zijn ontworpen met het oog op de stress die ontstaat tijdens het verlaten en binnenkomen van de dampkring. Indien componenten buiten de dampkring worden vervaardigd hoeven ontwerpers hiermee geen rekening te houden. Dit kan zowel het totale gewicht van de satelliet als de lanceringskosten reduceren.
Geen ondersteunende structuren nodig
Doordat het printproces in de ruimte plaatsvindt zijn ondersteunende structuren niet nodig. De 3D-printer maakt gebruik van de stutten van de antenne en motors bedoeld voor het aanpassen van de hoek van de antenne.
In de onderstaande video licht Mitsubish Electric de ontwikkeling toe.
Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto: Mitsubishi Electric
Eerste tests ruimtetelescoop Plato in ruimtecondities
Samen met haar partners ontwikkelt ESA een nieuwe exoplaneetjager: ruimtetelescoop Plato. De lancering staat gepland in 2026. Astronomen verwachten hiermee aardachtige planeten te ontdekken binnen de leefbare zone rond een ster. Dit is mogelijk vanwege Plato’s vermogen om kleinere planeten te spotten in grotere banen dan de huidige telescopen. SRON maakt onderdeel uit van het project.
SRON (Netherlands Institute for Space Research) zal Plato’s camera’s testen in een speciaal gebouwde ruimtesimulator. SRON-onderzoekers zijn klaar met het testen van het cameraprototype. Alle functies werken zoals verwacht.
Ruimtesimulator
Het is belangrijk om de extreme omstandigheden van de ruimte te simuleren. Daarom hebben SRON-wetenschappers een ruimtesimulator gebouwd. Deze is speciaal toegespitst op het testen van Plato. Hij creëert de omstandigheden die je in de ruimte tegenkomt. Denk bijvoorbeeld aan een ontzettend lage luchtdruk, lage temperaturen en kunstmatig sterlicht. Een mechanisme dat ook in de ruimte moet werken, beweegt de camera om zijn volledige blikveld te benutten. Daarbij meten de onderzoekers met een precisie van een miljoenste van een cirkel in welke richting de camera kijkt.
Intensief testprogramma
Plato heeft alvast een prototype camera, het zogenoemde Engineering Model. Deze heeft gedurende zes weken een intensief testprogramma ondergaan. Doel was om te kijken of de vereiste prestaties werden behaald. Ook moest men zeker weten dat die niet gebukt gaat onder de grote temperatuurwisselingen die je buiten de dampkring kunt verwachten. “Het blijkt dat alle functies van het Engineering Model werken zoals verwacht”, zegt Lorenza Ferrari, de projectmanager. “Dat is goed nieuws voor Plato in het algemeen. En het toont aan dat onze ruimtesimulator uitstekend werkt.”
SRON Plato-team
Tijdens de lente en de zomer moeten andere simulators in Parijs en Madrid de testresultaten reproduceren met dezelfde camera. Daarmee leveren ze dus de benodigde cross-kalibratie tussen de drie opstellingen. De uiteindelijke versie van Plato is het Flight Model. Dit model zal met 26 camera’s aan boord de ruimte in gaan. Er is een strak schema om de lancering in 2026 te behalen volgens planning. Daarom wordt het testen van elke individuele camera verdeeld. Het testen zal gebeuren in Groningen (SRON), Parijs (IAS) en Madrid (INTA). SRON ontvangt de eerste van acht vluchtcamera’s in de herfst van dit jaar. Het testen van alle acht zal tot eind 2023 in beslag nemen.
Vacuümkamer
Het raamwerk dat de 26 camera’s op zijn plek moet houden ondergaat nu een test van een maand bij ESA. Het wordt “in de week” gelegd in een vacuümkamer om zijn houdbaarheid te testen onder ruimtecondities. De test omvat ook een ‘thermal cycling’ toets. Daarbij kijken de onderzoekers hoe het raamwerk zich houdt bij de sterke temperatuurschommelingen die gepaard gaan met de overgang van zonlicht naar complete duisternis. En welke invloed die hebben op de operationele temperatuur van de camera’s.
Toelichting openingsfoto
Inspectie van de ruimte-simulator. Een van de doelen is om met een precisie van een miljoenste deel van een cirkel te zien in welke richting de camera kijkt. Op deze foto wordt een gimbal geïnspecteerd met een theodoliet. Dit is een optisch instrument dat rotatiehoeken meet. Dit proces gebeurt in een cleanroom omdat zelfs het kleinste stofdeeltje voor afwijkingen kan zorgen. Via een videoverbinding is er contact met de controlekamer. Credit: SRON