CARBONSAT
Messkonzept erfolgreich getestet
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bremen
astronews.com
7. März 2014

Der Treibhausgas-Satellit CarbonSat könnte der achte Satellit werden, der innerhalb des Earth Explorer-Programms der ESA verwirklicht wird. Derzeit läuft eine entsprechende Machbarkeitsstudie. Bei einer Messkampagne wurde nun das entscheidende Sensorsystem für eine solche Mission erfolgreich getestet. Weitere Messkampagnen sind geplant.

So könnte CarbonSat einmal aussehen. Bild: Institut für Umweltphysik der Uni Bremen

Emissionsquellen von Treibhausgasen lassen sich aus großer Höhe mittels einer neuen Technologie genau erfassen: Das ist das Ergebnis einer Forschungsmesskampagne, die im Auftrag der europäischen Weltraumagentur ESA unter der Leitung des Instituts für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen erfolgte.

Dabei haben Sensormessungen von Flugzeugen aus erstmals gezeigt, dass sich lokale Emissionen der beiden wichtigen Treibhausgase CO₂ und Methan (CH₄) aus der Ferne - und wie zukünftig auch vom Weltraum aus geplant - genau bestimmen lassen. Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung eines satellitengestützten Sensorsystems, wie es etwa an Bord des Satelliten CarbonSat verwirklicht werden könnte. CarbonSat ist eine derzeit von der ESA erwogene Earth Explorer-Mission, die es erlauben würde, weltweit und unabhängig die Emission von Treibhausgasen zu messen.

Im Sommer 2012 wurde mit zwei Flugzeugen eine intensive Messkampagne durchgeführt, um die Frage zu beantworten, ob man Änderungen des atmosphärischen CO₂, wie sie beispielsweise durch Emissionen von Kohlekraftwerken verursacht werden, so genau vermessen kann, dass man daraus zuverlässig die Emission der CO₂-Quelle bestimmen kann. Deutsche Kohlekraftwerke eignen sich sehr gut für solche Untersuchungen, da ihre Emissionen bekannt sind - was längst nicht bei allen Quellen und in allen Ländern der Erde der Fall ist.

Deshalb ist ein wichtiges Ziel des CarbonSat-Projektes, die jetzt erprobte Messtechnik später auf unbekannte Quellen anzuwenden. CarbonSat wird zudem erfassen, wieviel Kohlendioxid Pflanzen aus der Atmosphäre aufnehmen. In der Kombination lässt sich dann besser erforschen, wie natürliche und von Menschen verursachte Prozesse das Klima beeinflussen oder auch vom Klima beeinflusst werden.

Im Rahmen der Messkampagne wurde mit dem in Bremen entwickelten flugzeuggestützten Sensor MAMAP die CO₂-"Wolke" eines Kohlekraftwerkes "von oben" - also wie vom Satelliten - vermessen. Mit einem zweiten Forschungsflugzeug wurden Querschnitte durch die CO₂-"Wolke" erfasst. Letzteres geschah mit einem sehr genauen Standardverfahren, so dass die neuartige Messtechnik von MAMAP verlässlich überprüft werden konnte.

Neben CO₂-Emissionen aus Kohlekraftwerken wurden auch Methanemissionen aus Wetterschächten des aktiven Kohlebergbaus vermessen. Die Auswertung der mit MAMAP gemessenen Daten belegt in doppelter Hinsicht die erfolgreiche Bremer Entwicklungsarbeit. Zum einen konnte nachgewiesen werden, dass mit spektroskopischen Fernerkundungsmethoden auch sehr kleine Konzentrationsänderungen in CO₂ und CH₄ sehr genau festgestellt werden können. Zum anderen lassen sich die Emissionsquellen bestimmen. Die unabhängigen Messungen des zweiten Kontrollforschungsflugzeuges bestätigen die hohe Qualität der neuen Fernerkundungsmethode.

Nach dem Erfolg der CarbonSat-Messkampagne werden Forscher vom IUP gemeinsam mit amerikanischen Kollegen in diesem Jahr eine zweite Forschungsrunde in Kalifornien vornehmen. Neben guten Wetterbedingungen zeichnet sich Kalifornien durch eine Vielzahl interessanter "Hot Spots" (zum Beispiel durch natürliche Leckagen von Erdgas aus dem Meeresboden) aus. Dieses Projekt wird von der ESA und der NASA unterstützt.

Und die Entwicklung ist damit noch nicht beendet: "Wir haben inzwischen so viel gelernt, dass wir die Messtechnik des Flugzeugsensors nochmals drastisch steigern können. Das Projekt 'MAMAP Next Generation' steht bereits in den Startlöchern", so der Bremer Umweltphysiker und Initiator des MAMAP-Projektes Heinrich Bovensmann.

CarbonSat ("Carbon Monitoring Satellite") soll die globale Verteilung der Treibhausgase Kohlendioxid (CO₂) und Methan ( CH₄) in der Atmosphäre mit hoher Genauigkeit kartieren. Basierend auf diesen Messungen könnten die Verteilung und Konzentrationen dieser Treibhausgase weltweit vergleichbar bestimmt werden. Dabei würde CarbonSat erstmalig klein-skalige starke Emissionsquellen flächendeckend vermessen und damit einen wichtigen Beitrag zur Unterscheidung zwischen natürlichen und von Menschen gemachten Emissionen leisten.

Die Mission ist eine von zwei Missionen, die von der ESA als achte Earth-Explorer-Mission erwogen werden. Gegenwärtig laufen entsprechende Machbarkeitsstudien (astronews.com berichtete).