Methaanemissies

Na elke duizendste bezoeker aan deze site een artikel waar ik anders niet voor gekozen zou hebben. Na de 32000ste bezoeker een tekst over methaanemissies uit vuilnisbelten en uit de winning van fossiele brandstoffen. Daarover bestaat sinds kort mooie plaatjes van de Tropomisatelliet.
Meteen ook wat extra aandacht voor de Global Methane Pledge en over methaan in Nederland.

Wereldkaart met methaanemissies door de Tropomisatelliet

Dit is een wereldkaart van methaan in de atmosfeer, gemaakt door de Tropomisatelliet. De legenda komt erop neer dat in gebieden met de roodste kleur er 1950 molekulen methaan op een miljard moleculen lucht zitten.

Methaan
Als organisch materiaal, onder de juiste omstandigheden, zuurstofarm of -loos gedurende langere tijd wordt opgesloten ontstaat vaak methaan (CH4). Als dat (door een ondoordringbare aardlaag) niet weg kan, blijft  het zitten en zo zijn geologisch lang geleden onze aardgasvoorraden (en onder iets andere omstandigheden olievoorraden) ontstaan.
De chemische en biologische processen, die ten grondslag liggen aan de vorming van methaan, zijn echter sinds het Carboon niet of nauwelijks veranderd, zodat dezelfde oorzaken nog steeds leiden tot dezelfde gevolgen.

Je wilt methaan niet in de atmosfeer omdat het een krachtig broeikasgas is. De halfwaardetijd in de atmosfeer is ruim 12 jaar (van CO2 veel langer), en het effect hangt ervan af over hoeveel jaar je rekent en dus hoeveel van die periodes je meerekent. Meestal neemt men een aantal periodes mee en rekent men dat methaan ongeveer 30* zo veel opwarmend effect heeft als CO2. Het RIVM werkt met 25.
Het is goed voor ca een kwart van  het door mensen veroorzaakte broeikasgaseffect (bij sommige bronnen iets meer).

De belangrijkste bronnen waaruit methaan vrijkomt zijn wetlands, fossiele brandstoffen, stortplaatsen, herkauwers (koeien e.d.), rijstvelden en biomassaverbranding.
Als een sterke bron geconcentreerd is, kun je dat zien vanuit de ruimte. Onder andere de Nederlandse Tropomisatelliet is er erg goed in om allerlei in de atmosfeer rondhangende gassen waar te nemen. Zie http://www.tropomi.eu/data-products/methane .

De methaanwetenschap is een compleet eigen bedrijfstak binnen het grotere geheel van de klimaatwetenschap. Zo uitgebreid dat het hier niet te behandelen is. Ik licht er een paar zaken uit, met name die waarbij de recent in bedrijf genomen Tropomi een rol speelt. Dat betreft methaan uit vuilstorten, methaan uit kolenmijnen, methaan uit gasbronnen, de Global Methane Pledge bij COP26 in Glasgow en methaan in Nederland.

Methaan uit vuilstorten
Een groep geleerden heeft de Tropomi gebruikt om de methaanemissies van vier grote vuilstorten in kaart te brangen ( https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9683 ): die van  Buenos Aires, Lahore, Mumbai en Delhi.
Omdat de Tropomi wereldwijd meet en aan de grond een pixelgrootte heeft van 7*7km, werd de hulp ingeroepen van het Canadese GHGSat Instruments ( https://earth.esa.int/eogateway/missions/ghgsat ), dat een gebied van 12*12km kan waarnemen met een pixelgrootte aan de grond van 25*25m.

Je krijgt dan het volgende overzicht:

(A) Norte III (Buenos Aires, Argentina), (B) Lakhodair (Lahore, Pakistan), (C) Kanjurmarg (Mumbai, India), and (D) Ghazipur (Delhi, India)


Wat uitleg, gebruikmakend van het plaatje en het bijbehorende artikel:

  • Rechtsboven de meetdatum, windrichting en windsnelheid. De windrichting is bepaald met GEOS-FP, maar die methode wordt bij lage windsnelheden onnauwkeurig, vandaar dat bij de onderste twee plaatjes de pluimrichting niet lijkt te kloppen.
  • Linksonder de hoeveelheid methaan die in de pluim ontsnapte ten tijde van de meting (dat is dus een momentopname). De UNFCCC-methode komt voor de Argentijnse stort jaargemiddeld over 2019 op 16,5 ton per uur
  • In diagram A zijn meer pluimen te zien. Die binnen de witte hokjes zijn niet volledig getekend. Het aangegeven getal is van de getekende en de linkse, niet-volledig getekende pluim samen.
  • De Argentijnse diagrammen zijn zo gedetailleerd dat je kunt zien dat het westelijke deel van de stort actief in gebruik is, en het Oostelijke deel afgedekt met (zegt een andere bron) een laag aarde met een methaan-inzamelsysteem
  • De Tropomimetingen laten zien dat oudere schattingen van de methaanemissies door het stedelijk gebied als geheel een onderschatting zijn. De emissie van de stedelijke regio Buenos Aires als geheel is gemiddeld ongeveer 58 ton/uur, waarbinnen de stort dus voor ruim een kwart van de emissies zorgt.
  • Omdat satellieten door de hele atmosfeer heen kijken, tellen ze de emissies boven elke m2 op vanaf de grond tot aan de rand van de atmosfeer. De diagrammen  bevatten dus geen informatie over de hoogte van de pluim.
  • 1Mol methaan is 16 gram. De kleurcode 0,1Mol/m2 betekent dus dat er boven een m2 met die kleurcode, over de gehele kolom van de grond tot de rand van de atmosfeer 1,6gr methaan zit.
  • Methaan is van zichzelf kleurloos en reukloos. De getoonde kleuren zijn dus een wiskundige constructie.

Methaanemissies van steenkoolwinning
Bij alle winning van fossiele brandstoffen kan methaan vrijkomen. Deze post is goed voor een derde van de anthropogene methanemissies op aarde.  

Tropomi liet zien dat bij kolenwinning in Australië veel  methaan vrijkwam (veel meer dan gedacht). In Limburg heette dat indertijd mijngas. De Ingenieuw heeft er een artikel over geschreven op https://www.deingenieur.nl/artikel/australie-lekt-meer-methaan-dan-gedacht . Het achterliggende originele artikel, waarop de Ingenieur zich baseerde is https://www.researchgate.net/publication/352644055_Methane_Emissions_from_Super-emitting_Coal_Mines_in_Australia_quantified_using_TROPOMI_Satellite_Observations , maar het artikel in De Ingenieur is toegankelijker. De plaatjes komen uit het originele artikel.

De twee figuren gaan over hetzelfde gebied in Queensland (in het NO van Australië).
Op het eerste plaatje de ligging van de mijnen.
Bron 1 is Hail Creek, een kolenmijn in dagbouw. Die was in 2018-2019 goed voor 7,7 miljoen ton kolen (7,7 miljard kg), en in 2019-2020 voor 5,8 miljoen ton. De geschatte jaarlijkse methaanemissie is 230 miljoen kg.
Bron 2 is de combinatie Broadmeadow, Moranbah North, en Grosvenor. Dit zijn ondergrondse mijnen die in genoemde twee jaren samen goed waren voor ongeveer 19 miljard kg kolen, en waarvan de geschatte gezamenlijke methaanemissie 190 miljoen kg bedraagt.
Bron 3 is de combinatie Grasstree and Oaky North. Dat zijn ondergrondse mijnen in genoemde twee jaren samen goed waren voor ongeveer 13 miljard kg kolen, en waarvan de geschatte gezamenlijke methaanemissie 150 miljoen kg bedraagt.
In de schattingen zit nogal wat onzekerheid.

Methaanemissies uit gasinfrastructuur
Twee voorbeelden vanuit de satelliet.

De eerste komt van het KNMI ( https://www.knmi.nl/over-het-knmi/nieuws/methaanemissies-volgen-vanuit-de-ruimte ) en betreft een methaanlek bij een raffinaderij rond Hassi Messaoed in Algerije. De afbeelding spreekt verder voor zichzelf.

De tweede komt uit PNAS “Satellite observations reveal extreme methane leakage from a natural gas well blowout” van 16 dec 2019 ( https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1908712116 ). Het betreft een incident dd 15 febr 2018 in Belmont county of Ohio. Het grote gebeuren kan gevolgd worden op https://youtu.be/D0F450ESHP8 . Ook hier werd het incident ontdekt door de Tropomisatelliet.
De bron is de ster, die nog net in Ohio ligt, en de pijlen stellen de wind voor op 10m hoogte.
Omdat de satelliet alleen goed werkt bij wolkenloze hemel, bestaan voor een deel van de kaart (de witte vlakken) en voor sommige dagen geen metingen.
In PNAS wordt geschat dat er in 20 dagen 60 miljoen kg methaan de lucht in ging.

COP26 in Glasgow en de Global Methane Pledge
COP26 in Glasgow (nov 2021) was geen groot succes, maar er is door een aantal landen wel de Global Methane Pledge aangenomen.
Op zich zit daar logica in, want het gas is goed voor een kwart van de opwarming van de aarde en dat tikt aan. Bovendien blijft het gas relatief kort in de atmosfeer, dus als men van de Pledge een succes zou weten te maken, heeft dat op korte termijn effect.

Ruim honderd landen steunen het initiatief van de EU en de VS, samen goed zijnde voor ongeveer de helft van de mondiale emissies. Daaronder UK, Brazil, Japan, Saudi Arabia, Indonesia and South Korea, en daaronder bijvoorbeeld niet China, Russia, India and Australia. 
De Pledge heeft zijn eigen website op https://www.globalmethanepledge.org/ . Na enig zoeken kun je daar de Pledge downloaden, en anders zie onder


Bedoeling is dat de methaanemissies in 2030 30% lager zijn dan in 2020.
Het belangrijkste inhoudelijke besluit is “Commit to take comprehensive domestic actions to achieve that target, focusing on standards to achieve all feasible reductions in the energy and waste sectors and seeking abatement of agricultural emissions through technology innovation as well as incentives and partnerships with farmers. “
Er is terecht op gewezen dat de landbouwpassage nogal vaag is. Er  staat bijvoorbeeld niets in over minder dieren.

Methaan in Nederland
Methaan gedraagt zich in praktijk grillig en complex. 30% verminderen is gemakkelijker gezegd dan gedaan. Dat blijkt bij methaan in Nederland

Sterk uitvergroot Tropomi – methaanbeeld van Nederland.

De aan het begin genoemde methaan-wereldkaart is niet gedetailleerd genoeg om er in Nederland veel mee te kunnen. De Nederlandse emissies zijn te diffuus om uit de ruimte te zien. Zo op het oog zie je veengebieden in Friesland en de kop van Noord-Holland, en landbouwgebieden in Zuid- en Oost-Nederland en misschien de Gelderse vallei. Je zou een betere Tropomikaart moeten hebben, liefst in combinatie met de Canadese satelliet. Zou interessant zijn.

Mondiaal neemt men onderstaande verdeling van de methaanproductie over de bronnen:

In hoeverre deze verdeling voor Nederland ook geldt, heb ik niet kunnen vinden.
Voor het ‘blauwe’ deel bestaat goede, Nederlandse statistiek. Het National Inventory Report 2020  (van broeikasgassen) van het RIVM geeft onderstaande statistiek van de anthropogene methaanproductie in Nederland, in een iets grovere indeling.
Het RIVM hanteert dat 1 kg methaan over 100 jaar hetzelfde broeikasgaseffect heeft als 25 kg CO2. Wisselwerkingen op grote hoogte met ozon zijn daarin meegenomen. Mogelijk is daarom dit getal iets lager dan je zou verwachten.
Voor methaan komt dus 5Tg CO2,eq  (één eenheid op de as) overeen met 0,2Tg methaan (200 miljoen kg). In 2018 dus in Nederland ca 700 miljoen kg anthropogene methaan.

De anthropogene methaanproductie is flink gedaald en dat komt vooral door de daling van methaan uit afval. Er zijn geen open vuilstorten meer in Nederland.
De gasinfrastructuur is in zijn geheel goed voor 22 miljoen kg methaan.
Veruit de grootste methaanbron is de landbouw (600 miljoen kg in 2018). Daarvan nam de veeteelt in 2016 512 miljoen kg methaan voor zijn rekening ( https://www.rvomagazines.nl/rvopublicaties/2018/01/ontwikkeling-in-broeikasgasemissies ).

De niet-anthropogene methaanproductie is een lastig verhaal omdat er over dat methaanaspect erg weinig bekend is. Het gaat dan om veengronden, waterlopen met organisch materiaal op de bodem, getijdengebieden als de Waddenzee en de Deltawateren.

Veengronden worden in het National Inventory Report 2020 uitvoerig behandeld volgens de internationale LULUCF-systematiek (Kyotoverdrag), maar alleen voor zover ze een beetje op bodem lijken en zo lang het niet om methaan gaat want daarover is te weinig bekend. Vast staat dat er methaan uitkomt, maar het blijft volstrekt onduidelijk hoeveel.
Bovendien speelt bij veengebieden het grondwater een belangrijke rol. Daarvan kun je het peil beinvloeden en dan is de vraag waar anthropogeen ophoudt en natuurlijk begint.

Enkele andere onderzoekers uit kringen van ECN en Wageningen hebben zich (ergens rond 2010 aan een experiment gewaagd om broeikasgasemissies te meten in drie verschillende veenweidepolders. Als samenvatting twee afbeeldingen:

Afhankelijk van het beheer produceert veenweide (weer bij een omrekenfactor 25) 120 tot 320 kg methaan per hectare per jaar. Het lijkt me verstandig dit als indicatief aan te merken.
Let wel dat de aan de natuur overgelaten polder, over alle broeikasgassen samen, netto broeikasgassen vastlegt.

Afgaand op de oppervlakte die het National Inventory Report 2020 geeft (in 2018 275000 hectare veen- of veenachtige grond), zou dit experiment orde van grootte van 55 miljoen kg methaan uitkomen. Dat tikt behoorlijk aan.

Mogelijk lozen de met kroos dichtgegroeide kleine slootjes (die niet onder de Kader Richtlijn Water vallen) en waar alle leven onder het kroos de pijp uit is, nog wat meer. Voormalig directeur Vos van de GGD Utrecht noemde in een brief aan Down to Earth (Milieudefensie) een getal van 1000kg methaan per hectare per jaar. Vraag is hoeveel hectare er van die slootjes bestaat.

Maar mogelijk de grootste bron is nog niet genoemd, namelijk de Waddenzee met zijn grote zand- en slibplaten met  heel veel zuurstofloos begraven organisch materiaal. De Waddenvereniging kwam in 2009 uit de losse pols tot de schatting dat de Waddenzee goed is voor 750 miljoen kg methaan per jaar – wat meer zou zijn dan de totale nederlandse anthropogene emissie die in 2018 ongeveer 700 miljoen kg besloeg (zie https://www.waddenacademie.nl/organisatie/publicatie-lijst/publicatie-detail/klimaatverandering-en-het-waddengebied-position-paper-klimaat-en-water ). Of ze gelijk hebben valt moeilijk te zeggen, want er is nauwelijks onderzoek. De Waddenvereniging baseert zich op nog ouder Duits onderzoek nabij de Wesermonding en de Jadebusen ( https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272771408004605 ) waarvan ik de toepasbaarheid niet meteen beoordelen kan.

Toch benieuwd hoe Nederland de Global Methane Pledge gaat uitvoeren als de grootste bron niet meetelt (de Waddenzee) en als de een na grootste bron in het vage gehouden is (de veeteelt). 30% af van wat precies? Het worden nog gezellige tijden met de boeren.

Tropomi-satelliet geeft sensationele eerste foto’s door over luchtverontreiniging

Het was al op het NOS-journaal, maar daar ging het snel en bewegend en klein: de eerste foto’s van de pas gelanceerde Tropomi-satelliet. Ik heb daarover al geschreven op TROPOMI meet de atmosfeer met niet eerder vertoonde kwaliteit .

De eerste resultaten zijn nu binnen gekomen en die overtreffen alles, wat er op dit gebied tot nu toe te bewonderen was.
De publicatie gaat via het KNMI op www.knmi.nl/over-het-knmi/nieuws/tropomi-ziet-luchtkwaliteit-scherper-dan-ooit . Klik daarin ‘eerste beelden’ aan.
Hier staat ook het animatiefilmpje dat op het journaal te zien was.

Ik geef er nu drie van de NO2 – concentraties in Nederland.

NO2-concentraties, 07 november 2017, Zuidenwind

NO2-concentraties, 17 november 2017, NW-wind

NO2-concentratie, 22 nov 2017, windrichting niet vermeld (zo op het ook ongeveer windstil)

Bruin-grauw betekent bewolkt en dus geen resultaten.
De beelden zijn nog niet getalsmatig geijkt.
De kleinste afmeting is aan de grond een hok van 13*7 km.

Ik kom er op terug als er meer nieuws is.

TROPOMI meet de atmosfeer met niet eerder vertoonde kwaliteit

De satelliet en het meetinstrument
TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument) is een meetinstrument dat met eerder vertoonde kwalificaties de samenstelling van de atmosfeer gaat meten. Het instrument is met toebehoren gemonteerd op het platform Sentinel 5-precursor. Het geheel is wat men in de volksmond een ‘kunstmaan’ noemt.

Die kunstmaan is gelanceerd op vrijdag 13 oktober 2017 en nog wel van-
uit Rusland, maar alles ging goed. De satelliet draait in een polaire baan op 824km boven de oppervlakte. Daardoor kan hij in één dag de hele aarde zien.

De ontwikkeling duurde zes jaar en kostte 80 miljoen (valt mee).

Tropomi heeft zijn eigen website www.tropomi.nl/ .

Het Sentinel 5-P platform (links) en het TROPOMI-instrument (rechts)

Tropomi staat in een traditie van eerdere instrumenten (Nederland is sterk in deze tak van sport). De diepblauwe afbeelding in de intro is gemaakt door een voorganger, de OMI (Ozone Monitoring Instrument). Het is het aantal NO2-molekulen in een atmosferische kolom van onder naar boven, links gemiddeld over oktober 2005 en rechts over oktober 2016. Wie daar lol in heeft, kan kaarten voor allerlei stoffen op allerlei
tijden vinden op www.temis.nl/airpollution/no2col/no2regioomimonth_v2.php .

Er vinden nu allerlei voorbereidende bewerkingen plaats. Daarna ziet het instrument elke dag de hele aarde en levert daarbij 20 miljoen waarnemingen per dag  – dat zijn er tien keer zoveel als de voorgangers bij elkaar. Die datavloed moet binnen drie uur verwerkt zijn, bijv. om van invloed te zijn op weerberichten en smogwaarschuwingen.

De pixelgrootte van Tropomi op de grond is 7*7km (ter vergelijking, dat was bij OMI 13*24km). 7*7km op een kaart van Eindhoven ziet er zo uit:

7km bij 7 km – pixel op Eindhoven gelegd

Tropomi kan dus Veldhoven, Eindhoven en Nuenen uit elkaar houden.
De gedachte is dat het bij dit oplossend vermogen mogelijk wordt sommige individuele bronnen te zien.

Het instrument meet en vergelijkt straling, die rechtstreeks van de zon binnen komt, met straling die van de zon, heen en terug door de atmosfeer binnen komt. Die laatste geeft absorptiekenmerken, die het gevolg zijn van de aanwezigheid van geringe concentraties aan allerlei gassen. Die absorbtiekenmerken worden zichtbaar als je een spectrum van het binnenvallende licht maakt en dat gebeurt 300 maal per seconde.
Die absorptie kan op allerlei plaatsen in het spectrum plaatsvinden. Vandaar dat TROPOMI in verschillende gebieden kijkt (OMI, GOME en Sciamachy zijn voorgangers).

Het golflengtebereik van TROPOMI en zijn voorgangers

Sommige gassen zijn vooral van belang omdat ze toxisch zijn (bijv. NO2 en HCOH = formaldehyde en O3 laag in de atmosfeer), sommige omdat ze voor het klimaat van belang zijn (bijv. CO2 en CH4 = methaan), en sommige voor de ozonlaag hoog in de atmosfeer (bijv. sommige chloorverbindingen).
Ze kunnen ook meervoudig van belang zijn (bijv. hoge ozon).
“Fijn stof” zit in het plaatje als “Aerosols”.

Het KNMI heeft een goed verhaal over TROPOMI op www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/achtergrond/tropomi-sensing-the-troposphere-from-space .

Het KNAW-symposium
De Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen (KNAW) had op 25 september 2017 een symposium belegd over Tropomi. Daar spraken bouwers en gebruikers. Ik ben er naar toe geweest.

  • Als belangrijkste bouwer sprak Nick van der Valk van TNO. De man was apetrots op zijn machientje en daar had hij groot gelijk in want er zitten uiterst innovatieve hoogstandjes aan hightech in. Maar dat  gaat te ver voor een algemeen publiek. Ik doe hem onrecht, maar laat het achterwege.
  • Maarten Krol, hoogleraar in Wageningen en met nog een stel andere wetenschappelijke functies, begon met het statement dat zij in Nederland gemiddeld een jaar korter leven vanwege de luchtvervuiling en de gemiddelde Beijing-Chinees drie jaar korter, en gaf daarna puntsgewijs aan waar het wetenschappelijke nut zit:
    –  Wetenschappelijk onderzoek.
    Met verschillende satellieten samen kon men van augustus t/m december 2015 kwantitatief redelijk de bosbranden in Indonesie in kaart brengen door CO (koolmonoxide) te meten.
    –  trends volgen.
    Men kon bijna in real  time de ontwikkeling van het ozongat volgen (dat zich traag herstelt na de aanslag door de CFK’s – het Verdrag van Montreal is een succes, zij het geen snel succes).

    Dit geeft de omvang van het ozongat bij de Zuidpool, per maand en over een aantal jaren.
    (Hoog op de verticale as = een groot gat = slecht).

    Ook een trend is dat het luchtkwaliteitsbeleid van de overheid, althans bij NO2 , een succes blijkt. De concentraties dalen: het introplaatje uit 2005 is een stuk feller gekleurd dan het vergelijkbare plaatje uit 2016.
    (Het probleem is alleen, dat de concentraties op sommige plaatsen en tijden niet genoeg dalen om onder de wettelijke limiet te komen, zie het Milieudefensievonnis. Het dieselgesjoemel speelt hier ook een rol bg).
    – 
    Voorspellen:
    Bijv. ozonconcentraties in Amsterdam bij een zomersmogsituatie.

  • De bijdrage van Pepijn Veefkind overlapte gedeeltelijk die van Krol en zijn bijdrage heb ik al elders in dit verhaal verwerkt. Ik beperk me tot een website, waarop een goed interview met hem staat waarin ook meer in extenso een beeld gegeven wordt waar het in dit veld om draait: www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-5P/Pepijn_Veefkind_KNMI_Senior_Scientist . Het lezen waard.
  • Ilse Aben is bijzonder hoogleraar aan de VU inzake de fysica en de chemie van de aardatmosfeer, met speciale interesse voor de koolstofkringloop. Ze hield zich vooral bezig met methaan.
    Methaan is een zeldzamer, maar veel krachtiger broeikasgas dan CO2 en haalt daarom toch nog 60% van het broeikaseffect van CO2 . Sinds het begin van de industriele revolutie is de methaanconcentratie met 150% gestegen.

Satellietmetingen wijzen bijvoorbeeld uit dat (opgeteld over het hele productieproces) uit de conventionele gaswinning veel meer methaan naar de atmosfeer weglekt dan eerder gedacht.

In Nederland ziet de satelliet niets spannends – “Nederland is saai”. (Overigens was Nederland in 2012 met 0,024% van het mondiale land-
oppervlak goed voor 0,24% van de mondiale, door mensen veroorzaakte, methaanproductie bgerard
)

Onderstaande kaart van de mondiale methaanconcentraties in de atmosfeer is uit andere bron. Bedenk dat methaan een jaar of negen in de atmosfeer blijft en goed mengt. De meeste methaan waait dus weg. Als je dus op de kaart een fors signaal ziet, betekent dat dat er daar nog veel meer in de lucht komt dan er wegwaait.

Mondiale methaanconcentraties in de atmosfeer

Tenslotte
Voor alle meetsystemen geldt dat het goed is dat ze er zijn, maar dat ze op zichzelf niets oplossen. Ze zijn er om een olossing te ondersteunen, niet om die te vervangen. Daarvoor moet er gehandeld worden: minder dieren, betere auto’s, minder fossiele brandstoffen (bgerard)