Categorie: ruimtevaart

Steeds preciezer houden satellieten de aarde in de gaten. Vanuit de ruimte speuren ze naar gaslekken, stiekeme vervuilers en illegale bomenkap. Nederlandse innovaties spelen daarbij een belangrijke rol vooral in de ontwikkeling van meetinstrumenten. En die ontwikkelingen gaan in razend tempo door.

Amerikanen konden eind ­jaren vijftig horen hoe de Sovjet-Unie ze in de ruimte voorbijstreefde. Hun radio’s vingen de pieptoon op die de Spoetnik uitzond, de allereerste satelliet.

Ruim zestig jaar later is het leven onvoorstelbaar zonder de circa zesduizend navolgers van Spoetnik. Dankzij satellieten navigeren we met gps en kunnen we wereldwijd communiceren. Maar de apparaten houden ook de aarde in de ­gaten. Dat is handig wanneer observatie vanaf de grond onpraktisch is. Of wanneer je ergens niet kan of mag komen.

Minder luchtvervuiling tijdens lockdown

Satellieten kwijten zich steeds beter van hun spionnentaak. Wetenschappers zien preciezer dan ooit waar bomen worden omgehakt. Ze krijgen elke dag verse gegevens over luchtvervuiling. En jaarlijks lanceren ze nieuwe satellieten met nog meer mogelijkheden.

Nederland speelt hierin een belangrijke rol. Aan het begin van de coronapandemie gingen kaartjes de wereld over met daarop de door de lockdown extreem afgenomen luchtvervuiling in Wuhan en Noord-Italië. De kaartjes waren gemaakt met Tropomi, van Tropospheric Monitoring Instrument, een apparaat grotendeels bedacht en gebouwd in Nederland. In 2017 ging de meetapparatuur met een satelliet van het Europese ruimtevaart­agentschap ESA de ruimte in.

Vooral de technologie zet stappen vooruit

Dat satellieten steeds krachtiger worden, is vooral te danken aan technologische vooruitgang, zegt Ilse Aben (56), ­verantwoordelijk voor Tropomi bij het Nederlands ruimtevaartinstituut SRON en hoogleraar aan de Vrije Universiteit.

Elke keer als er een satelliet met een nieuw of verbeterd snufje de ruimte in gaat, groeien de mogelijkheden. Tropomi is daarvan een goede illustratie. Voorheen kon de luchtkwaliteit maar beperkt worden gemeten, maar Tropomi gaat dagelijks de hele wereld af voor metingen op stadsniveau. ‘Buitenlandse collega’s noemen Tropomi een game changer,’ zegt Aben. Zij en haar team gebruiken het instrument om enorme gaslekken op te sporen (zie ‘Zoeken naar gaslekken vanuit de ruimte’).

Een app helpt oerwoudbeschermers in Congo

Naast de ‘hardware’ verbeteren wetenschappers ook de analyse van data en weten ze deze slim te combineren. Zo worden radarsatellieten, waarmee je ontbossing door de wolken heen kunt zien, steeds nauwkeuriger. Het aantal pixels dat die naar de aarde sturen, neemt toe. En wetenschappers lukt het steeds beter om die gegevens te analyseren met kunstmatige intelligentie.

Johannes Reiche (37) en zijn team aan Wageningen University & Research maakten een algoritme dat ontbossing opspoort. Vorig jaar lanceerden zij het Radar Meldingen Systeem voor Detectie van Ontbossing (RADD) dat palmolie­leveranciers als Unilever een melding stuurt als er in Indonesië oerwoud wordt gekapt of platgebrand. In januari volgde een alarmsysteem voor het Congobekken (zie ‘Automatische melding als bomen worden gekapt’ ).

Maar ook de technische innovatie blijft doorgaan. SRON werkt momenteel onder meer aan de Sentinel-5. Die moet volgend jaar 817 kilometer de lucht in en vervangt de Sentinel-5P. De satelliet meet door middel van Nederlandse technologie de troposfeer, het laagste deel van de atmosfeer. Zo meet het methaan, koolmonoxide en andere broeikasgassen. ‘Dit is belangrijke informatie over de aarde en het klimaat,’ zegt Aaldert van Amerongen (43), hoofd van het aard­observatieprogramma van SRON.

In de ruimte wordt het steeds drukker

Weer een andere satelliet – SPEXone – gaat het stof in de lucht analyseren. ‘Door uitvindingen in samenwerking met onder meer de Universiteit Leiden, Airbus Defence and Space Netherlands, en TNO Delft kunnen we nu fijnstof met een factor 10 nauwkeuriger meten,’ zegt Van Amerongen. ‘We zien nu niet alleen het stof, maar ook wat voor stof het is: zeezout, zand of roet.’ In 2023 moet de SPEXone de lucht in, zo’n 676 kilometer.

Het is in de ruimte wel drukker dan in de tijd van de Spoetnik. Al lang lanceren niet meer alleen overheden de satellieten, maar ook commerciële partijen, zoals SpaceX, het ruimtevaart­bedrijf van Tesla-topman Elon Musk. Zijn ruim zeshonderd satellieten (op 346 kilometer hoogte) maken internet mogelijk, en dat worden er nog duizenden meer.

Voorbeeld 1: Zoeken naar gaslekken vanuit de ruimte

In Turkmenistan was in 2019 iets vreemds aan de hand. Een Canadees bedrijf zag met een proefsatelliet enorme wolken methaan – het voornaamste bestanddeel van aardgas – de lucht in gaan. Midden in de woestijn, waar niemand woont. En niemand had enig idee hoelang dit al gaande was.

Dus klopten de Canadezen bij Nederland aan. Hier hadden wetenschappers een jaar eerder het Tropomi-instrument gelanceerd, dat naast luchtvervuiling ook methaan kan ‘zien’. Uit de gegevens bleek dat in de Centraal-Aziatische woestijn al veel langer methaan lekte, zegt Ilse Aben (56), hoogleraar aan de Vrije Universiteit en onderzoeker bij ruimtevaartinstituut SRON. Boosdoener was een pijpleiding bij een compressorstation. Deze informatie werd doorgespeeld aan de Turkmenen, en warempel, vanuit de ruimte zagen Aben en haar collega’s dat het lekken stopte.

‘Lekken zijn vaak geen kwade opzet’

Het dichten van zulke lekken is nuttig, zegt Aben. Veel methaan komt vrij bij de gaswinning – uit lekke leidingen of bij boorputten en compressors die niet goed werken. Dit kost bedrijven geld. ‘Veel lekken zijn geen kwade opzet,’ zegt Aben. ‘Ze weten het gewoon niet.’ Dat komt doordat infrastructuur vaak afgelegen ligt en na de aanleg zelden wordt gecheckt. En de kennis is beperkt. Recent onderzoek in Mexico, zegt Aben, liet zien dat daar bij olie- en gaswinning op zee veel minder methaan lekt dan op het land. Terwijl de Mexicaanse overheid het tegenovergestelde dacht.

Ook voor het klimaat is het dichten slim. Methaan is over twintig jaar bezien zo’n 86 keer zo effectief als CO2 in het vasthouden van warmte. Na CO2 is methaan het voornaamste broeikasgas. De hoeveelheid in de atmosfeer groeit, deels door onnodige lekkages. Al komt ook methaan vrij door boerende koeien en uit moerassen.

Al weer tal van nieuwe lekken gevonden

Na Turkmenistan werkt Abens team nog altijd met het Canadese bedrijf. Tropomi houdt de hele wereld in de gaten. Als ze iets verdachts zien, seinen ze hun collega’s in. De nieuwe Canadese satelliet observeert maar kleine oppervlakten, maar kan lekken wel tot op 30 meter nauwkeurig lokaliseren. Aben vond al diverse nieuwe lekken, maar ze werkt nog aan de officiële publicatie.

Omdat Tropomi elke dag de wereld afgaat, is het geschikt om kortdurende lekken te spotten. Een voorbeeld is de Ohio blowout, een immens lek dat in 2018 ontstond na een ongeluk. In een kleine drie weken stootte het meer methaan uit dan de Nederlandse olie- en gassector in een jaar. Tropomi was de enige die kon meten hoeveel methaan de lucht in ging.

Voorbeeld 2: Klimaatbeleid: vertrouwen is goed, controle is beter

De ambities zijn ­af­gelopen jaar flink opgevoerd in het klimaatbeleid. Steeds meer landen willen in 2050 geen broeikasgassen meer uitstoten – zelfs China wil in 2060 naar nul. Nu moet blijken of die woorden worden omgezet in ­daden.

Om hun voortgang te volgen, houden landen een immense klimaatboekhouding bij. Daarin staat hoeveel steenkool er de hoogovens in gaat, hoeveel kilometers auto’s rijden, hoeveel gas cv-ketels verstoken en nog veel meer. Alle broeikasgassen die zo vrijkomen, tellen op tot de totale uitstoot. Die dus veel sneller moet gaan dalen.

Veel landen werken met tegenzin aan klimaatbeleid

Tot dusver moeten landen elkaar ‘op hun blauwe ogen geloven’. Naast de boekhouding zijn er geen onafhankelijke metingen van de CO2-uitstoot. Ook niet voor landen die met frisse tegenzin meewerken aan het klimaatbeleid, zoals Rusland en Brazilië. Of die, zoals China, geen goede reputatie hebben bij het aanleveren van statistieken.

Er zijn diverse initiatieven om de CO2-uitstoot vanuit de ruimte te gaan meten. Een van de meer ambitieuze is van de ­Europese Commissie. Vanaf 2025 gaan er drie CO2M-satellieten de ruimte in om de uitstoot van CO2 te meten. Dat levert nuttige inzichten op voor de welwillenden. Welk beleid helpt de uitstoot succesvol naar beneden? Waar neemt de ­natuur weer CO2 op?

Vals spelen gaat steeds meer lonen voor klimaatbeleid

Maar er kan ook worden gekeken of landen hun beloftes nakomen. En ook of er bedrijven zijn die zich niet aan de regels houden. Naarmate het klimaatbeleid meer tanden krijgt, loont het steeds meer om vals te spelen. Het verleden illustreert dat. Een paar jaar geleden betrapten wetenschappers nog Chinese ­fabrieken op het produceren van cfk’s. Deze stoffen tasten de ozonlaag aan en zijn al decennia verboden.

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA heeft al ervaring met het meten van CO2. In 2014 lanceerde zij een satelliet, genaamd OCO-2. Deze bewees dat compacte steden per inwoner echt minder broeikasgassen uitstoten. Ook kon de satelliet inschatten hoeveel CO2 vrijkwam bij een grote bosbrand.

Ambities zijn wel heel groot

Aangezien de EU-plannen veel ambi­tieuzer zijn, moet er nog flink wat vooruitgang worden geboekt. Zelfs veel experts zijn sceptisch of het gaat lukken om de klimaatboekhouding te doen met echte waarnemingen. En dan is er ook nog grote haast. Het lanceerjaar 2025 lijkt ver weg. ‘Maar voor satellietbouw is dat gevoelsmatig overmorgen,’ zegt Aaldert van Amerongen (43), hoofd van het aardobservatieprogramma bij ruimtevaartinstituut SRON.

Ook hier kan Nederland een bijdrage gaan leveren. Zo wordt de meting van CO2 op diverse manieren verstoord. Denk aan kleine deeltjes in de lucht. Door deze deeltjes precies te meten – iets wat Nederlandse ingenieurs goed kunnen – valt daarvoor te corrigeren en worden de CO2-metingen nauwkeuriger.

Voorbeeld 3: Automatische melding als bomen worden gekapt

In het Congobekken, een gebied dat zich uitstrekt over de Democratische Republiek Congo, de Republiek Congo, de Centraal-Afrikaanse Republiek, Gabon en Kameroen, wil de strijd tegen de bomenkap nog niet zo lukken. Het tempo van ontbossing is sinds 1990 gelijk gebleven en de laatste jaren zelfs versneld.

De lokale autoriteiten hebben er een middel bij gekregen in hun strijd tegen illegale bomenkap: de app RADD (Radar Meldingen Systeem voor Detectie van Ontbossing). Twee jaar werkten de wetenschappers van Wageningen University & Research (WUR) daaraan onder leiding van ­Johannes Reiche, en in januari is de app gelanceerd.

De Europese radarsatelliet Sentinel-1 (die op 693 kilometer hoogte draait) kan door het wolkendek heen kijken, wat gunstig is boven een tropisch regenwoud. Elke zes tot twaalf dagen stuurt de satelliet foto’s op een schaal van 10 bij 10 meter. Het is niet te doen om deze beelden handmatig te controleren op gaten in het bosgebied. Dat proces is door de WUR nu geautomatiseerd. ‘Het systeem vergelijkt de nieuwe foto met de eerdere foto,’ legt Reiche uit. ‘Als er een afwijking is, stuurt het automatisch een alert die je krijgt in de app.’

‘Veel bomenkamp is illegaal’

Met de app is het mogelijk om tot op hectareniveau te zien wat er gebeurt. Zo worden specifieke boomsoorten gekapt omdat ze ‘tropisch hardhout’ op­leveren. En waar dat gebeurt, ontstaan opeens wegen. ‘Veel bomenkap is illegaal,’ zegt Reiche.

Hij hoopt dat het alarmsysteem meer transparantie zal brengen. Een uitdaging in een land als Congo, dat op de corruptielijst op plaats 168 (van de 180) staat. ‘De gegevens zijn nu bijna realtime beschikbaar,’ zegt Reiche. Hij hoopt dat de ­lokale autoriteiten er daardoor sneller bij zijn. Door de samenwerking met Global Forest Watch, een onlineplatform dat de wereldwijde ontbossing laat zien, is de ontbossing voor ­iedereen te volgen.

Bevolking blijft maar groeien in het Congobekken

Volgens Reiche is het belangrijk om het Congobekken in de gaten te houden, omdat dit het grootste tropisch regenwoudgebied ter wereld is. Maar dat staat onder druk door de bevolkingsgroei. In Congo alleen al is de verwachting dat er in 2100 zo’n 362 miljoen mensen wonen, tegen nu 90 miljoen.

En al die mensen moeten eten. ‘Je ziet dat er bomen “verdwijnen” voor zelfvoorzienende landbouw,’ zegt Reiche. ‘Maar er is armoede. Dus wie zijn wij om te zeggen dat ze hun familie niet mogen voeden?’ Hij richt zich dus vooral op de illegale bomenkap en op mijnbouw, de derde belangrijke oorzaak van ontbossing in het Congobekken. Daarbij gaat het om kleine ­boeren die zoeken naar onder meer mineralen die worden gebruikt in telefoons. Vanuit de lucht is deze activiteit te herkennen aan wat Reiche open pit mining noemt. De handel in delfstoffen uit het Congobekken is schimmig, maar de vindplaatsen zijn nu goed te zien.