私人太空竞赛瞄准温室气体排放源

四年前，当大气科学家托马斯·拉沃克斯向宾夕法尼亚州官员简要介绍了他对当地甲烷排放量的测量结果时，他将可能枯燥的数字列表转换成了该州地图上零星分布的红色条块。排放热点——来自匹兹堡附近的煤矿和该州东南部的农田——清晰地跳了出来。拉沃克斯意识到，这种原本不可见的 газовых шлейфов 可视化可以帮助决策者和行业领导者集中精力寻找温室气体的来源，特别是甲烷，甲烷正在加剧世界日益恶化的气候危机。

尽管二氧化碳是最丰富的温室气体，但甲烷的增温能力是二氧化碳的 80 倍。自工业革命以来，地球 0.8 摄氏度的温升中有超过四分之一归咎于甲烷——甲烷来自石油和天然气生产、燃烧化石燃料的发电厂和车辆、工业规模农场中数百万头打嗝的奶牛以及垃圾填埋场。为了能够采取行动，公司和州监管机构需要精确地知道这些排放源位于何处，以及每个排放源排放多少甲烷。地面传感器，例如用于制作拉沃克斯向宾夕法尼亚州官员展示的地图的传感器，实际上无法在足够广泛的范围内部署，以详细查明所有各种来源。

另一方面，卫星可以监测大面积区域，但测量精度较低。这些方法的各自局限性在甲烷监测工作中留下了一个空白。但是，改进的、更便宜的卫星技术开始将卫星的广泛覆盖范围与更接近地面测量的精度相结合。这种发展可能使发现目前未被识别的排放源变得更容易，并更准确地测量已知的排放源。几家初创公司和非营利组织正在利用这种技术转变，目标是帮助公司了解其业务运营的排放水平，并追究最严重的污染者的责任。

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“一旦我们拥有这种类型的甲烷追踪微型卫星，能够真正将排放源精确定位到[油井或气井]井口，那么甲烷来自哪里就毫无疑问了”，Yotam Ariel 说，他是加利福尼亚州帕洛阿尔托市 Bluefield Technologies 公司的创始人兼首席执行官，该公司是参与这项工作的公司之一。

认识竞争者

从历史上看，如果科学家想要详细的排放读数，放置在排放源附近的地面传感器是唯一的选择。然而，这些传感器仅限于特定地点，除非科学家团队驾车四处进行耗时的调查，这在大规模范围内是不切实际的，并且仅部署用于测量已知的排放源。然而，卫星可以调查地球的大片区域。它们使用单个传感器也提供了更高的一致性，使得来自不同地点的测量结果可以直接比较。然而，空中客车防务与航天公司（位于法国图卢兹）的工程师 Laure Brooker Lizon-Tati 表示，直到最近，卫星一直非常昂贵，而且它们的光谱传感器的精度不如地面附近的传感器。

在过去十年中，随着更广泛的行业需求推动了电子设备的微型化和火箭发射成本的降低，这种动态开始发生变化。这使得开发更小、更便宜的卫星成为可能，这些卫星携带的传感器能够放大到单个地点，以捕获高分辨率的甲烷测量数据。公司和一个环保组织已跃跃欲试，利用这种卫星能力为渴望精确定位单个当地甲烷源的行业和决策者服务。但是，政府和大型航空航天公司受到漫长的规划流程的束缚，在从专注于测量区域和全球范围内的甲烷排放量方面转型较慢。2016 年，总部位于蒙特利尔的 GHGSat 公司率先推出了一颗名为 Claire 的概念验证卫星，该卫星成功检测到来自特定地点的甲烷排放。

其他一些团体也纷纷效仿。非营利组织环境保护基金已招募多家公司开发所谓的 MethaneSAT，一旦该卫星在 2021 年发射，它将能够每周覆盖全球多达 80% 的主要石油和天然气生产基地。其数据将免费提供给想要可靠、独立的排放量测量数据的决策者。其广泛的全球覆盖范围意味着它可以补充更高分辨率的卫星，例如 GHGSat 计划未来专注于特定区域的卫星。这两个组织还希望在 GHGSat 计划的数据库上进行合作，该数据库汇编了来自世界各地站点的测量数据，并使用人工智能分析各个公司、行业或地区的排放趋势，这种方式可以“用于更好地控制和减少排放”，GHGSat 总裁 Stephane Germain 说。

行业和政府监管机构都对这些私人卫星监测工作产生了兴趣。例如，Bluefield 和总部位于旧金山的 Planet Labs 公司正在与加利福尼亚州合作开展甲烷监测项目，这些项目可以精确定位来自石油和天然气设施、垃圾填埋场甚至奶牛群的甲烷羽流。尽管 Bluefield 尚未发射其首颗甲烷追踪卫星（预计将于 2020 年发射），但几家最大的石油和天然气公司也已签约成为 Bluefield 的客户，以便在决策者开始将这些新数据纳入污染法规之前，测量并开始控制其排放，Ariel 说。

这些卫星公司将提供的独立视角也很重要，因为环保组织和学术研究人员 ранее 与行业以及美国环境保护署 (EPA) 等监管机构就研究人员所说的低估甲烷泄漏问题发生过冲突，拉沃克斯说，他受聘于巴黎-萨克雷大学气候与环境科学实验室，并且为这些研究做出了贡献。

让卫星数据发挥作用

Lizon-Tati 表示，GHGSat 和 Bluefield 等公司是否能够实现他们的高瞻远瞩的愿景，仍有待观察，她正在协调欧盟的空间碳观测站 (SCARBO)。该计划旨在开发微型传感器，以便从 2030 年开始，从太空更频繁地监测甲烷和二氧化碳水平，且成本更低。“目前很难评估[私人团体]正在开发的传感器是否达到测量甲烷所需的精度水平”，她说。到目前为止，GHGSat 和 Bluefield 一直在通过测量已知的排放源和受控的甲烷释放来测试其甲烷探测器，并将他们的测量结果与来自地面传感器和政府卫星的测量结果进行比较。

拉沃克斯希望，建造自己的排放监测卫星的公司能够允许学者或联邦实验室评估他们的方法。GHGSat 已与多所大学的研究小组在已发表的研究中开展合作。Bluefield 的 Ariel 表示，他的公司愿意让科学家下载关于甲烷排放的卫星数据，这些数据在商业上并不重要，但在科学上仍然有价值，例如来自已退役的油气井、旧煤矿、垃圾填埋场或北极附近可能融化的永久冻土层的排放测量数据。

如果这些公司能够帮助开创卫星监测排放的新时代，他们的努力可能会在几个方面导致地面上的有意义的改变。拉沃克斯说，使公司能够迅速发现和修复来自井场和管道的更多甲烷泄漏，就已经可以为解决排放问题做出贡献。然而，也有无形的益处，因为更多的卫星数据可以帮助生成“大量甲烷四处漂浮”的清晰直观的图像，这将比单纯的数字更能引起普通民众的共鸣，拉沃克斯说。他补充说，当足够多的公众开始关注时，更多的官员最终可能会感到有义务为此做些什么。

“气候变化对你来说是一个难以理解的概念：你无法触摸它，你无法看到它，”拉沃克斯说。“但是，当你开始看到甲烷从罐中倾泻而出时，我认为卫星图像真的会不言自明。”