Präzise Schadstoffermittlung aus dem All

Stickoxidemissionen im nördlichen Rheinland. Die Auswertung gemittelter Satellitendaten (April bis Oktober 2018) mit Hilfe der neuen Methode grenzt die Emissionen der Braunkohlekraftwerke Niederaußem und Neurath klar von denen der Städte Köln und Düsseldorf ab. Quelle: MPIC, S. Beirle

Stickoxide (NO und NO2) tragen wesentlich zur Luftverschmutzung bei. Um die Luftqualität möglichst gut vorherzusagen und Strategien zur Reduktion der Verschmutzung zu entwickeln, sind präzise Emissionsdaten notwendig.

Dazu helfen unter anderem tägliche Satellitenmessungen. Das Messgerät blickt dabei auf eine bestimmte Fläche und registriert dabei alle Schadstoffe zwischen Erdboden und Satellit. Da die Schadstoffwerte oftmals stark variieren, werden sie in der Regel über einen Zeitraum von mehreren Monaten gemittelt.

Der Haken: Wechselnde Winde „verschmieren“ die vom All aus ermittelten Emissionswerte und verringern so das räumliche Auflösungsvermögen der Messungen.

Wissenschaftlern aus Deutschland, China und den USA ist es nun gelungen, die räumliche Auflösung der Stickoxidemissionsdaten deutlich zu verbessern und so die ausgestoßenen Schadstoffmengen besser zu bestimmen. Wie das Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie in der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins Science Advances berichtet, kombinierte es Messungen des kürzlich gestarteten Forschungssatelliten S5P/TROPOMI der Europäischen Weltraumorganisation ESA mit Winddaten. Aus dem horizontalen Transport des Schadstoffs kann auf die zugrunde liegenden Emissionen geschlossen und so das Verschmieren des Signals zurückgerechnet werden.

Industrieanlagen auf zwei Kilometer genau lokalisierbar

„Unser Verfahren macht es möglich, punktuelle Emissionsquellen wie einzelne Kohlekraftwerke von der Hintergrundverschmutzung auf bis zu zwei Kilometer genau zu lokalisieren“, sagt Steffen Beirle, Erstautor der Studie.

„Wir können die emittierten Schadstoffmengen auch zuverlässiger quantifizieren.“ Laut Beirle können damit Emissionsinventare beispielsweise auf ihre Aktualität und räumliche Muster überprüft werden.

Laut nationalen und internationalen Konventionen wie dem Kyoto-Protokoll sind Länder zur Angabe verpflichtet, wie viele Treibhausgase und Luftschadstoffe sie produzieren. Diese Daten werden in sogenannten Emissionsinventaren erfasst.

Für die Gegend um die saudi-arabische Hauptstadt Riad entstand mit Hilfe der neuen Methode ein detailliertes Emissionsmuster, das die Schadstoffemissionen der verschiedenen Öl- und Gaskraftwerke in der Umgebung von Riad abbildet.

Das Emissionsmuster erlaubt die eindeutige Zuordnung zu Punktquellen und Trennung von Kraftwerken und anderen Quellen wie Verkehr. Das gleiche wiederholten die Wissenschaftler für Deutschland und Südafrika. Hier sind Kohlekraftwerke die größten Einzelquellen von Stickoxiden.

Die Stickoxidwerte erhielten die Forscher vom Messgerät TROPOMI. TROPOMI steht für Tropospheric Monitoring Instrument. Das Spektrometer misst neben Stickoxiden auch andere Schadstoffe und Treibhausgase wie Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Ozon und Methan und fliegt an Bord des Sentinel-5 Precursor (S-5P) Satelliten der ESA seit Oktober 2017 um die Erde.

Dr. Steffen Beirle
Max-Planck-Institut für Chemie
Telefon: 06131-3054740
E-Mail: steffen.beirle@mpic.de

Originalpublikation:
Pinpointing Nitrogen Oxide Emissions from Space
Steffen Beirle, Christian Borger, Steffen Dörner, Ang Li, Zhaokun Hu, Fei Liu, Yang Wang und Thomas Wagner
ScienceAdvances, Vol. 5, no. 11, 2019
DOI: 10.1126/sciadv.aax9800

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Dr. Susanne Benner Max-Planck-Institut für Chemie

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