지구 온난화의 주요 원인인 메탄 누출을 감지하는 것은 기후 변화에 맞서 싸우고 온실가스 배출을 줄이는 데 점점 더 중요해지고 있습니다. 연구원들은 최첨단 위성 기술의 힘을 활용하여 우주에서 이러한 누출을 모니터링하고 있습니다. 메탄은 강력한 온실가스이며 이산화탄소 다음으로 기후를 따뜻하게 만드는 가스 중 두 번째로 큰 가스입니다. 1톤의 메탄은 대기 중에서 약 10년 동안만 지속되지만, 100년이 넘는 기간 동안 1톤의 이산화탄소보다 30배 많은 열을 보유합니다. 이는 메탄이 지구를 온난화시키는 강력한 역할을 한다는 것을 의미합니다.
Copernicus Sentinel-5P 위성의 Tropomi 장비는 매일 전 세계 메탄 농도를 매핑하는 유일한 위성 장비입니다. 오늘 네덜란드 우주 연구소인 SRON의 연구원들은 기계 학습을 사용하여 Sentinel-5P 데이터에서 메탄 슈퍼 방출 기둥을 자동으로 발견하는 새로운 알고리즘을 공개했습니다. 출처: ESA/SRON
하지만 좋은 소식이 있습니다. 메탄은 이산화탄소만큼 오래 머물지 않기 때문에 상대적으로 빠른 기후 조치를 취할 수 있는 기회를 제공합니다. 메탄 배출량을 줄이면 실제로 단 10년 안에 전 세계 메탄 수준이 크게 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 결국 온실 효과의 증가를 완화하는 데 도움이 됩니다.
이 이미지는 2021년 7월 26일 리비아 석유 추출 현장의 탐지 그룹에서 Copernicus Sentinel-5P가 탐지한 메탄 슈퍼 방출 기둥 중 하나를 보여줍니다. GHGSat 위성은 해당 지역에서 Tropomi가 탐지한 목표물을 관찰하면서 조명되지 않은 조명탄에서 방출을 탐지했습니다. 이미지 출처: ESA
이제 "슈퍼 이미터"에 대해 이야기해 보겠습니다. 메탄 배출원은 습지와 같은 자연적 과정이나 농업과 같은 인간 활동을 포함한 모든 메탄 배출원이지만, 메탄 슈퍼 배출원은 다른 배출원에 비해 불균형적으로 많은 양의 메탄을 배출합니다.
이러한 슈퍼 방출체는 석유 및 가스 작업, 탄광, 심지어 매립지와 같은 산업 시설에서 흔히 발견되며, 장비나 인프라 문제로 인해 대규모 메탄 누출이 발생할 수 있습니다. 이러한 배출원은 배출을 줄이기 위한 노력의 "낮은 열매"입니다. 이러한 슈퍼 이미터를 수정하는 데는 복잡하거나 값비싼 솔루션이 필요하지 않습니다. 많은 경우 비교적 간단한 수리만으로도 기후에 상당한 이점을 제공할 수 있습니다.
그러나 우리는 먼저 이러한 슈퍼 이미터를 식별해야 한다는 과제에 직면합니다. 이런 방식으로 우리는 기후 변화에 맞서 싸우는 데 목표를 두고 변화를 가져올 수 있습니다.
Copernicus Sentinel-5P 위성에 탑재된 Tropomi 장비는 매일 전 세계 메탄 농도를 매핑하는 유일한 위성 장비입니다.
위성은 지구 대기, 특히 단파 적외선 대역을 관찰하여 메탄을 측정합니다. 이러한 밴드는 메탄의 고유한 지문과 같아서 Sentinel-5P가 매우 정확하게 메탄의 존재를 감지할 수 있게 해줍니다.
이 풍부한 데이터는 메탄 배출이 기후와 환경에 미치는 영향을 이해하고 대응하는 데 중요한 역할을 하며, 기후 변화에 맞서 싸우는 데 없어서는 안 될 도구가 됩니다.
네덜란드 SRON 우주 연구소의 연구원들은 기계 학습을 사용하여 Sentinel-5P 데이터에서 메탄 슈퍼 방출 기둥을 자동으로 발견하는 새로운 알고리즘을 공개했습니다.
또한 측정된 농도와 동시 풍속을 기반으로 관련 배출량을 자동으로 계산합니다.
이 이미지는 2020년 1월 4일 알제리의 메탄 누출에 대한 다층 위성 관측을 보여줍니다. 알제리 Hassi Messaoud 유전/가스전 근처에서 네덜란드 SRON 우주 연구소의 연구원들은 6일 연속으로 메탄을 방출하는 누출 시설을 발견했습니다. 2020년 1월 4일 Sentinel-5P는 알제리 상공에서 북동쪽으로 200km 이상 뻗어나가는 메탄 기둥을 감지했습니다.
팀은 Sentinel-2 이미지를 사용하여 메탄 기둥의 출처를 확대하고 석유/가스 유정의 누출 위치를 정확히 찾아냈으며 Sentinel-3에서는 누출이 6일 동안 계속되었음을 보여주었습니다. 이미지 출처: SRON/JPL(데이터: ESA에서 처리한 수정된 Copernicus Sentinel 데이터(2020) 포함)
SRON의 Berend Schuit는 다음과 같이 설명합니다. "이전에는 가장 큰 방출원을 수동으로 식별했지만 여전히 수백만 개의 Tropomi 픽셀 중에서 검색하기가 어려웠습니다. 메탄 기둥은 종종 몇 개의 픽셀만 덮었습니다. 이제 우리는 매일 자동으로 기계 학습 모델에서 탐지 목록을 얻습니다. 우리는 탐지 결과에 대한 확신을 갖기 위해 매주 수동으로 이러한 탐지를 확인합니다. 나머지 수십 개의 메탄 기둥은 온라인에 게시됩니다. 진행 중인 누출에 대한 정보를 더 높은 해상도의 다른 위성에 전달합니다. UN 국제 메탄 배출 관측소는 이 정보를 사용하여 책임 있는 회사나 당국과 협력하여 해결책을 찾습니다."
공동저자 중 한 명인 SRON의 Bram Maasakkers는 다음과 같이 덧붙였습니다. "Tropomi가 매주 감지하는 수십 개의 메탄 기둥은 지구 온난화에 대처할 수 있는 일생에 한 번뿐인 기회를 제공합니다. 우주에서 볼 수 있다면 심각한 상황입니다. 이제 처음으로 우리는 이러한 슈퍼 배출의 전체 범위에 대한 명확한 그림을 갖게 되었습니다." 우리 간행물에서는 2021년에 발견한 2,974개의 기둥에 대해 설명합니다. 이 중 45%는 석유 및 가스 시설에서 발생했지만 도시 지역(35%)과 탄광(20%)에서도 발생했습니다. 우리가 감지한 인위적 배출이 기후에 미치는 영향은 네덜란드의 총 온실가스 배출보다 훨씬 큽니다. 많은 경우 이러한 누출은 쉽게 고칠 수 있습니다."
이 논문은 오늘 Atmospheric Chemistry and Physics에 게재되었으며 여기에서 볼 수 있습니다.
https://doi.org/10.5194/acp-23-9071-2023
메탄 검출에 대한 3단계 접근 방식
메탄 배출 감지는 일반적으로 Copernicus Sentinel-5P에 의존합니다. 최근에야 과학자들은 Copernicus Sentinel-5P 및 Sentinel-2 위성의 결합된 기능을 포함하여 여러 위성의 데이터 조합을 사용하여 우주에서 메탄 배출을 모니터링하기 시작했습니다.
이러한 첨단 우주 기반 도구는 함께 작동하여 전 세계적으로 메탄 배출량을 모니터링하고 평가하므로 연구자는 메탄의 존재를 감지할 뿐만 아니라 배출량을 정확하게 찾아 정량화할 수 있습니다.
매일 전 세계를 누비고 있는 Sentinel-5P는 고정밀 메탄 측정으로 유명하며, 지구 어디에서나 메탄 누출을 감지할 수 있습니다. 그러나 문제가 있습니다. 공간 해상도는 7×5.5km로 상대적으로 낮습니다. 이는 메탄의 존재를 식별할 수 있지만 그 출처를 정확히 찾아낼 수는 없음을 의미합니다.
반면 Sentinel-2 위성에는 메탄 농도를 관찰하도록 설계되지 않았지만 최대 20m의 분해능으로 주요 메탄 누출(시간당 1톤 이상 방출)의 정확한 위치를 식별할 수 있는 다중 대역 장비가 장착되어 있습니다.
그렇다면 Sentinel-3 임무는 어떻습니까? 위성에는 메탄 농도에 민감한 단파 적외선 대역을 관찰할 수 있는 다중 대역 복사계가 장착되어 있습니다. 이 위성은 500미터의 지상 픽셀 해상도로 매일 전 세계를 커버합니다.
Remote Sensing of Environment에 발표된 최근 논문에서 SRON 연구진은 Sentinel-3 위성이 단파 적외선 대역 측정을 통해 메탄 강화 값을 얻을 수 있음을 발견했습니다. 놀랍게도 위치, 바람 조건 등의 요인에 따라 매일 시간당 최소 10톤의 최대 메탄 누출을 감지할 수 있었습니다. 이를 통해 메탄 누출을 식별하고 모니터링할 수 있는 독특한 위치에 놓이게 됩니다.