Estimation of methane emissions using TROPOMI and divergence analysis: A top-down assessment of Ghana’s national-scale methane budget

Methaan is een krachtig broeikasgas, onzichtbaar voor het oog maar machtig genoeg om warmte in de atmosfeer vast te houden en klimaatverandering aan te drijven. Hoewel kooldioxide vaak de boventoon voert in het gesprek, is methaan op de korte termijn veel efficiënter in het opwarmen van de planeet, waardoor de beheersing ervan een cruciale prioriteit vormt voor wereldwijde klimaatdoelstellingen. In veel delen van de wereld, vooral in ontwikkelingslanden, is het traceren van de herkomst van dit gas een moeilijke puzzel. Traditionele methoden vertrouwen op het tellen van activiteiten — zoals het tellen van het aantal koeien of het meten van brandstofverbruik — en het vermenigvuldigen van die aantallen met geschatte emissiecijfers. Deze benadering, bekend als een bottom-up inventarisatie, mist vaak het doel omdat deze afhankelijk is van onvolledige gegevens en aannames die mogelijk niet de werkelijkheid op de grond weerspiegelen. Om een duidelijker beeld te krijgen, wenden wetenschappers zich tot een top-down benadering: het observeren van de atmosfeer zelf. Door de werkelijke concentratie methaan in de lucht vanuit de ruimte te meten, kunnen onderzoekers terugwerken om te achterhalen hoeveel gas er onder het oppervlak wordt uitgestoten, wat een directe controle biedt op wat er in de echte wereld gebeurt.

In een nieuwe studie gericht op Ghana hebben onderzoekers Nadine Osei-Essah en Yuichi S. Hayakawa deze satellietgebaseerde visie toegepast om voor het eerst op nationale schaal de methaanemissies van het land in kaart te brengen. Ze maakten gebruik van gegevens van de Sentinel-5P-satelliet, die een instrument genaamd TROPOMI draagt dat in staat is om methaanmoleculen in de atmosfeer te detecteren. Het team keek niet simpelweg naar waar de concentratie van het gas het hoogst was; ze analyseerden hoe de wind dat gas verplaatste. Door de metingen van de satelliet van methaanniveaus te combineren met gedetailleerde windgegevens, gebruikten ze een wiskundige techniek genaamd divergentieanalyse. Deze methode volgt in essentie hoe het gas zich verspreidt terwijl het met de wind meereist. Als de wind een luchtbel met hoge methaanconcentraties wegvoert van een bron, onthult de verandering in concentratie over dat gebied de sterkte van de emissie eronder. Deze aanpak stelde de wetenschappers in staat om de noodzaak van grondgebonden sensoren, die schaars zijn in de regio, te omzeilen en in plaats daarvan de atmosfeer zelf het verhaal te laten vertellen van waar het gas vandaan komt.

De resultaten schetsen een duidelijk beeld van het methaanlandschap van Ghana, waarbij een duidelijke tweedeling tussen het noorden en het zuiden zichtbaar werd. De satellietgegevens toonden aan dat de methaanconcentraties aanzienlijk hoger waren in het zuidelijke deel van het land, met name langs de kustregio's en in het Volta-rivierbekken. In tegenstelling hiertoe waren de niveaus in de noordelijke gebieden veel lager. De onderzoekers vonden dat de windpatronen in de regio, aangedreven door de West-Afrikaanse moesson, de lucht over het algemeen van het noorden naar het zuiden en van oost naar west duwden. Deze beweging hielp bij het transporteren van emissies van hun bronnen, waardoor er een stroom ontstond die de wetenschappers konden meten. De meeste delen van het land vertoonden lage tot matige emissiecijfers, waarbij de fluxen over het algemeen onder de 35 kilogram per vierkante kilometer per uur bleven. Deze niveaus suggereren dat de primaire bronnen waarschijnlijk gerelateerd zijn aan landbouw, zoals rijstteelt en veeteelt, evenals gemengde menselijke activiteiten, in plaats van massale industriële lekken of 'super-emitters' uit fossiele brandstofinfrastructuur. De studie identificeerde echter een paar duidelijke hotspots met veel hogere emissies, die opliepen tot bijna 88 kilogram per vierkante kilometer per uur, geconcentreerd in de regio's Greater Accra, Western en Volta.

Toen de onderzoekers hun satellietafgeleide cijfers vergeleken met de officiële nationale inventaris, die gebaseerd is op de bottom-up telmethode, ontstond er een aanzienlijk verschil. De satellietanalyse suggereerde dat de bestaande inventaris de totale hoeveelheid methaan die wordt uitgestoten, onderschat. De satellietgegevens legden een breder bereik van emissie-intensiteiten vast en lieten zien dat de werkelijke emissies hoger waren dan wat de traditionele rapportages aangaven. Deze kloof is niet verrassend, aangezien bottom-up inventarissen vaak moeite hebben met het verklaren van de complexe, diffuse aard van emissies in tropische omgevingen, waar factoren zoals wetlands en verspreide landbouwpraktijken gas kunnen vrijgeven op manieren die moeilijk te voorspellen zijn met standaardformules. De studie benadrukte ook dat de satellietmethode niet perfect is; bewolking en atmosferische deeltjes in de zuidelijke kustgebieden blokkeerden soms het zicht van de satelliet, wat betekende dat sommige gebieden met hoge emissies mogelijk over het hoofd zijn gezien of onderschat zijn. Ondanks deze beperkingen bevestigt de studie dat satellietobservaties, wanneer ze worden gecombineerd met windanalyse, een krachtig en noodzakelijk instrument vormen voor het monitoren van broeikasgassen in regio's met een tekort aan gegevens.

De bevindingen bieden een nieuw fundament voor het begrijpen van de bijdrage van Ghana aan de wereldwijde methaanniveaus en ondersteunen de inspanningen van het land om zijn klimaatverplichtingen na te komen. Door aan te tonen dat satelliettechnologie succesvol de emissies in een tropisch land in kaart kan brengen, biedt de studie een reproduceerbaar kader voor andere landen in Sub-Sahara Afrika die geen uitgebreide netwerken voor grondmonitoring hebben. Het onderzoek onderstreept dat hoewel traditionele inventarissen een basislijn bieden, ze misschien niet het hele verhaal vertellen. De atmosfeer, wanneer deze correct wordt gelezen, onthult een complexer en vaak groter beeld van emissies, gedreven door een mix van natuurlijke wetlands en menselijke activiteit. Terwijl de wereld streeft naar de reductie van methaan om klimaatverandering te vertragen, worden deze top-down inzichten essentieel voor het verifiëren van vooruitgang en het sturen van effectief beleid, zodat de inspanningen om emissies te beperken gebaseerd zijn op wat er daadwerkelijk in de lucht gebeurt, en niet alleen op wat er op papier wordt geregistreerd.