Trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu và giảm phát thải khí nhà kính, việc phát hiện rò rỉ khí mê-tan - tác nhân đáng kể gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu - ngày càng trở nên quan trọng. Các nhà nghiên cứu đang khai thác sức mạnh của công nghệ vệ tinh tiên tiến để theo dõi những rò rỉ này từ không gian. Khí mê-tan là một loại khí nhà kính mạnh và là chất làm khí hậu nóng lên lớn thứ hai sau carbon dioxide. Mặc dù một tấn khí metan chỉ tồn tại khoảng 10 năm trong khí quyển nhưng hơn một thế kỷ nó vẫn giữ nhiệt lượng gấp 30 lần so với một tấn carbon dioxide. Điều này có nghĩa là khí mêtan là tác nhân mạnh mẽ làm nóng hành tinh.


Thiết bị Tropomi trên vệ tinh Copernicus Sentinel-5P là thiết bị vệ tinh duy nhất lập bản đồ nồng độ mêtan toàn cầu hàng ngày. Hôm nay, các nhà nghiên cứu tại SRON, viện nghiên cứu vũ trụ Hà Lan, đã tiết lộ một thuật toán mới sử dụng máy học để tự động phát hiện các luồng siêu phát thải khí mêtan trong dữ liệu Sentinel-5P. Nguồn: ESA/SRON

Nhưng đây là tin tốt: Vì khí mê-tan không tồn tại lâu như carbon dioxide nên nó cho chúng ta cơ hội thực hiện hành động tương đối nhanh chóng về khí hậu. Nếu chúng ta giảm lượng khí thải mêtan, chúng ta thực sự có thể thấy lượng khí mêtan toàn cầu giảm đáng kể chỉ sau một thập kỷ. Điều này lần lượt giúp giảm thiểu sự gia tăng hiệu ứng nhà kính.


Hình ảnh này cho thấy một trong những luồng siêu phát thải khí mêtan được nhóm phát hiện Copernicus Sentinel-5P phát hiện tại một địa điểm khai thác dầu ở Libya vào ngày 26 tháng 7 năm 2021. Vệ tinh GHGSat, đang quan sát các mục tiêu do Tropomi phát hiện trong khu vực, đã phát hiện khí thải từ một khu vực ngọn lửa không sáng. Nguồn hình ảnh: ESA

Bây giờ, hãy nói về “siêu phát”. Các nguồn phát thải khí mê-tan là bất kỳ nguồn khí mê-tan nào, bao gồm các quá trình tự nhiên như vùng đất ngập nước hoặc các hoạt động của con người như nông nghiệp, nhưng các nguồn phát thải khí mê-tan thải ra lượng khí mê-tan lớn không tương xứng so với các nguồn phát khác.

Những nguồn siêu phát này thường được tìm thấy trong các cơ sở công nghiệp, chẳng hạn như hoạt động dầu khí, mỏ than và thậm chí cả bãi chôn lấp, nơi các vấn đề về thiết bị hoặc cơ sở hạ tầng có thể dẫn đến rò rỉ khí mêtan lớn. Những nguồn phát thải này là "quả dễ thu hoạch" trong nỗ lực giảm lượng khí thải của chúng tôi. Việc sửa chữa những bộ phát siêu phát này không đòi hỏi những giải pháp phức tạp hoặc đắt tiền. Trong nhiều trường hợp, việc sửa chữa tương đối đơn giản có thể mang lại lợi ích khí hậu đáng kể.

Tuy nhiên, chúng tôi phải đối mặt với một thách thức: trước tiên chúng tôi cần xác định những nguồn siêu phát này. Bằng cách này, chúng ta có thể trở thành mục tiêu và tạo ra sự khác biệt trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Thiết bị Tropomi trên vệ tinh Copernicus Sentinel-5P là thiết bị vệ tinh duy nhất lập bản đồ nồng độ khí mêtan toàn cầu hàng ngày.

Vệ tinh đo khí mêtan bằng cách quan sát bầu khí quyển Trái đất, đặc biệt là trong dải hồng ngoại sóng ngắn. Những dải này giống như dấu vân tay độc nhất của khí mê-tan, cho phép Sentinel-5P phát hiện sự hiện diện của khí mê-tan với độ chính xác cao.

Dữ liệu phong phú này đóng một vai trò quan trọng trong sự hiểu biết và ứng phó của chúng ta với hậu quả khí hậu và môi trường do phát thải khí mê-tan, khiến dữ liệu này trở thành công cụ không thể thiếu trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Các nhà nghiên cứu tại viện vũ trụ SRON ở Hà Lan đã công bố một thuật toán mới sử dụng công nghệ học máy để tự động phát hiện các luồng siêu phát thải khí mêtan trong dữ liệu Sentinel-5P.

Nó cũng có thể tự động tính toán lượng khí thải liên quan dựa trên nồng độ đo được và tốc độ gió trong cùng khoảng thời gian.

Hình ảnh này cho thấy các quan sát vệ tinh nhiều lớp về rò rỉ khí mê-tan ở Algeria vào ngày 4 tháng 1 năm 2020. Gần mỏ dầu/khí Hassi Messaoud ở Algeria, các nhà nghiên cứu từ viện vũ trụ SRON của Hà Lan đã phát hiện ra một cơ sở rò rỉ phát ra khí mê-tan trong sáu ngày liên tiếp. Vào ngày 4 tháng 1 năm 2020, Sentinel-5P đã phát hiện một luồng khí mê-tan trên bầu trời Algeria, kéo dài hơn 200 km về phía đông bắc.


Nhóm đã sử dụng hình ảnh Sentinel-2 để phóng to nguồn của luồng khí mêtan và xác định chính xác vị trí rò rỉ là giếng dầu/khí, trong khi Sentinel-3 cho thấy rò rỉ tiếp tục trong sáu ngày. Nguồn hình ảnh: SRON/JPL (Dữ liệu: Chứa dữ liệu Copernicus Sentinel đã sửa đổi (2020), do ESA xử lý)

SRON's Berend Schuit giải thích: "Trước đây, chúng tôi đã xác định thủ công các nguồn phát lớn nhất, nhưng vẫn khó tìm kiếm trong số hàng triệu pixel Tropomi. Các luồng khí mêtan thường chỉ bao phủ một vài pixel. Giờ đây, chúng tôi phát hiện chúng hàng ngày từ máy móc. Một danh sách phát hiện được tự động thu được từ mô hình học máy. Chúng tôi kiểm tra thủ công các phát hiện này hàng tuần để đảm bảo rằng chúng tôi tin tưởng vào kết quả phát hiện. Đối với phần còn lại, hàng chục luồng khí mêtan được công bố trực tuyến. Chúng tôi chuyển thông tin về các vụ rò rỉ đang diễn ra cho các vệ tinh khác với độ phân giải cao hơn để họ có thể xác định nguồn rò rỉ.

Một trong những đồng tác giả, Bram Maasakkers từ SRON, nói thêm: "Hàng chục luồng khí mê-tan được Tropomi phát hiện mỗi tuần thực sự mang đến cơ hội một lần trong đời để chống lại hiện tượng nóng lên toàn cầu. Nếu nó có thể nhìn thấy được từ không gian thì đó là điều nghiêm trọng. Bây giờ, lần đầu tiên, chúng tôi đã có được bức tranh đầy đủ về những siêu khí thải này rõ ràng. Trong ấn phẩm của chúng tôi, chúng tôi mô tả 2.974 luồng khí thải này." chúng tôi đã phát hiện vào năm 2021; 45% trong số này đến từ các cơ sở dầu khí, nhưng chúng tôi cũng thấy các luồng khí từ khu vực thành thị (35%) và các mỏ than (20%) nơi chúng tôi phát hiện khí thải do con người tạo ra có tác động lớn hơn nhiều đến khí hậu. Trong nhiều trường hợp, những rò rỉ này rất dễ khắc phục.
0

https://doi.org/10.5194/acp-23-9071-2023

Phương pháp phát hiện khí mê-tan cấp độ thứ ba

Việc phát hiện khí thải mêtan thường dựa vào Copernicus Sentinel-5P. Chỉ gần đây, các nhà khoa học mới bắt đầu theo dõi lượng khí thải mêtan từ không gian bằng cách sử dụng kết hợp dữ liệu từ nhiều vệ tinh, bao gồm cả khả năng kết hợp của vệ tinh Copernicus Sentinel-5P và Sentinel-2.

Các công cụ dựa trên không gian công nghệ cao này phối hợp với nhau để giám sát và đánh giá lượng khí thải mêtan trên quy mô toàn cầu, cho phép các nhà nghiên cứu không chỉ phát hiện sự hiện diện của khí mêtan mà còn định vị và định lượng chính xác lượng khí thải.

Sentinel-5P bao phủ toàn cầu mỗi ngày và được biết đến với các phép đo khí mê-tan có độ chính xác cao, cho phép phát hiện rò rỉ khí mê-tan ở bất kỳ đâu trên Trái đất. Tuy nhiên, có một vấn đề. Độ phân giải không gian tương đối thấp, chỉ 7 × 5,5 km. Điều này có nghĩa là nó có thể xác định được sự hiện diện của khí mê-tan nhưng không thể xác định được nguồn gốc của nó.

Mặt khác, vệ tinh Sentinel-2 được trang bị các thiết bị đa băng tần không được thiết kế để quan sát nồng độ khí mê-tan nhưng có thể xác định chính xác vị trí của các vụ rò rỉ khí mê-tan lớn (phát ra hơn một tấn mỗi giờ) với độ phân giải lên tới 20 mét.

Còn nhiệm vụ Sentinel-3 thì sao? Các vệ tinh được trang bị máy đo phóng xạ đa băng tần có thể quan sát các dải hồng ngoại sóng ngắn rất nhạy cảm với nồng độ khí mêtan. Các vệ tinh này cung cấp phạm vi phủ sóng toàn cầu hàng ngày với độ phân giải pixel mặt đất là 500 mét.

Trong một bài báo gần đây đăng trên tạp chí Viễn thám về môi trường, các nhà nghiên cứu của SRON đã phát hiện ra rằng vệ tinh Sentinel-3 có thể thu được các giá trị tăng cường khí mê-tan từ các phép đo dải hồng ngoại sóng ngắn của nó. Thật ấn tượng, nó có thể phát hiện lượng rò rỉ khí mêtan tối đa ít nhất 10 tấn mỗi giờ mỗi ngày, tùy thuộc vào các yếu tố như vị trí và điều kiện gió. Điều này đặt nó vào vị trí độc nhất để xác định và giám sát rò rỉ khí mê-tan.