加拿大溫室氣體監(jiān)測公司GHGSat的第二顆溫室氣體監(jiān)測衛(wèi)星“Iris”（愛麗絲）擬由Vega火箭于美洲時間28日晚發(fā)射升空（圖1）（EDT: 9:51pm, 28/06/ 2020），該衛(wèi)星將用于甲烷泄露的監(jiān)控[1]，實現(xiàn)在任何選定的設(shè)施周圍的12公里乘12公里的視野內(nèi)檢測甲烷的排放量和豐度。由于當?shù)靥鞖庠蚓唧w時間有可能會調(diào)整，但火箭發(fā)射的準備工作已經(jīng)全部就緒。

圖1 “Iris”甲烷監(jiān)測衛(wèi)星（重量16kg，體積20cm x 30cm x 40cm，來源：GHGSat）

“Iris”是GHGSat公司發(fā)射的第二顆溫室氣體監(jiān)測衛(wèi)星，早在2016年6月，第一顆溫室氣體監(jiān)測衛(wèi)星“Claire”就已成功發(fā)射。“Claire”是通過氣體吸收特定波長的光，為每種氣體創(chuàng)造出“光譜指紋”，利用陽光找到這些“指紋”，并測量這些其亮度，以確定在衛(wèi)星的視野中有多少該氣體存在[2]?！癈laire”實現(xiàn)了針對目標設(shè)施的二氧化碳和甲烷排放量的監(jiān)測，并每隔兩周對有關(guān)設(shè)施再進行檢查。而此次發(fā)射的“Iris”衛(wèi)星主要針對甲烷泄露，在“Claire”的基礎(chǔ)上提高了分辨率，達到了“Claire”十倍以上的性能，使得“Iris”可以發(fā)現(xiàn)更小的甲烷泄露，并更準確地追蹤其來源。

目前已有研究表明，甲烷對全球變暖的貢獻率約占18[LX1] %[3]。盡管甲烷的生命周期短于二氧化碳，但由于其吸收熱量的效率大于二氧化碳，其在短期內(nèi)氣候的破壞可能更大[4]。在甲烷釋放后的最初20年里，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的84倍[5]。根據(jù)全球甲烷倡議組織（Global Methane Initiative，GMI）的預(yù)測，在未來10年里，全球人為甲烷的總排放量將增加9個百分點，其中最主要的排放源是油氣行業(yè)，其次是城市垃圾和煤礦瓦斯[6]（圖2）。

圖2 全球人為甲烷排放（1990-2030）（來源:GMI）

在了解全球甲烷排放水平方面，最新和最有希望的進展之一就是衛(wèi)星的使用。衛(wèi)星優(yōu)勢在于，它們可以幫助人們迅速定位大型污染源[7]。一旦發(fā)現(xiàn)泄漏事故或者甲烷含量異常的區(qū)域，通?？梢韵鄬ρ杆俚刈R別并傳達數(shù)據(jù)信息給相關(guān)部門。同時，衛(wèi)星還可以幫助我們監(jiān)測甲烷濃度變化的數(shù)據(jù)，并估計引起這種變化的排放源的排放速率及潛在成因。

雖然用天然氣取代煤炭對城市空氣質(zhì)量有明顯益處，但如果不對供應(yīng)鏈上的甲烷泄漏加以控制，對溫室氣體減排的益處就不太明顯[8]。甲烷處理方面，由于甲烷在大氣的濃度往往比二氧化碳氣體低，只有二氧化碳的兩百分之一，甲烷捕集的難度比二氧化碳要大。最佳的方式是在項目工藝流程進行控制和捕集，如垃圾填埋廠的甲烷捕集和煤層氣回收已經(jīng)有商業(yè)可行的技術(shù)和模式[9]。由于甲烷的溫室氣體勢能值遠高于二氧化碳，按照每噸二氧化碳25美元的價格估算，每噸甲烷從一百年維度評估的減排價值超過500美元[10]。

GHGSat公司并不是唯一一個開展衛(wèi)星監(jiān)測甲烷排放的機構(gòu)。2015年，美國加利福尼亞州天燃氣公司AlisoCanyon發(fā)生天然氣泄漏事件，該次泄露事故共噴出近10萬噸甲烷（約等于一臺60萬千瓦燃煤電廠的年碳排放當量），美國宇航局（NASA）通過地球觀測衛(wèi)星-1號（EO-1）上的Hyperion成像光譜儀首次利用從低空軌道觀測到該地區(qū)的甲烷泄露情況[11]。

在2018年，俄亥俄州貝爾蒙特縣的一口油氣井發(fā)生爆炸，導(dǎo)致天然氣（主要是甲烷）在接下來的20天里大量逸散，美國環(huán)保協(xié)會（EDF）的專家獲取了歐洲航天局發(fā)射的TROPOMI衛(wèi)星儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，受損油井的甲烷逸散速率為每小時120噸。假設(shè)該油井泄露周期長20天，每天的泄露速率一致，那么此次事件產(chǎn)生的甲烷總排放量總計約為6萬噸，相當于俄亥俄州每年油氣行業(yè)甲烷排放總量的四分之一[12]。

2019年，全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)分析公司Kayrros使用歐洲空間局哥白尼計劃Sentinel-5P衛(wèi)星的數(shù)據(jù)并結(jié)合機器學習方法，建立了一個探測和量化模型，追蹤甲烷排放的源頭，并對世界各地的能源和自然資源進行重點監(jiān)測[13]（圖3）。

圖3 Kayrros檢測到的異常甲烷濃度樣本，2019年。圓圈的大小和顏色表示探測到的羽流的大小和強度。顏色越紅，甲烷的濃度就越高。
（來源：Kayrros）

衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展拓寬了人們對甲烷泄露及排放的認知。之前人們對于溫室氣體排放的估計主要依靠紙質(zhì)計算，該計算基于人和企業(yè)消耗的能源量，是從排氣管和煙囪中的排放得出的。但是隨著衛(wèi)星技術(shù)的進步，研究人員開始對數(shù)據(jù)進行壓力測試的早期結(jié)果及部分衛(wèi)星監(jiān)測結(jié)果均表明，油氣行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的泄漏比以前想象的要多得多。如2018年GHGSat通過衛(wèi)星，在土庫曼斯坦Korpezhe油田附近的管道和壓縮機基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)現(xiàn)了另一處重大泄漏[14]；2019年，Kayrros發(fā)現(xiàn)了北非撒哈拉沙漠中石油和天然氣設(shè)施的泄漏[15]。

衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展將為溫室氣體減排提供極大的幫助，這也引起了越來越多研究機構(gòu)的重視。美國環(huán)保協(xié)會分支機構(gòu)MethaneSAT計劃于2022年發(fā)射同名衛(wèi)星MethaneSAT[16]。MethaneSAT搭載的高靈敏度的光譜儀將能夠檢測出濃度低至2ppb的甲烷，而其高空間分辨率和200公里寬的視野范圍，將使MethaneSAT能夠在大尺度內(nèi)量化很小的排放源，該項目同時得到了新西蘭政府2600萬紐幣（約1700萬美元）的支持，這是新西蘭政府有史以來對航天項目進行過的最大投資[17]。

衛(wèi)星監(jiān)測所查明的一些甲烷泄露，也促使一些大型石油和天然氣公司更重視甲烷泄漏問題，例如英國石油公司和荷蘭皇家殼牌公司，希望通過與衛(wèi)星公司簽署監(jiān)測合作協(xié)議來解決甲烷泄露問題，以便他們能夠發(fā)現(xiàn)并堵住泄漏點，并堅持削減排放的承諾[18]，但仍有部分公司對檢測到甲烷泄露問題不予回應(yīng)。在溫室氣體減排重要性日益增強的未來，衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和推廣，能夠提高各個行業(yè)對人為甲烷排放的控制力度，降低全球甲烷排放的排放水平。

在2020中國甲烷論壇上，生態(tài)環(huán)境部應(yīng)對氣侯變化司司長李高表示，甲烷在我國也是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，能源行業(yè)是最重要的人為甲烷排放源，根據(jù)我國的溫室氣體清單，2014年我國人為源甲烷排放約5500萬噸，其中能源活動的排放約2500萬噸，主要來自于煤炭開采、洗選加工運輸和廢棄礦井以及油氣系統(tǒng)的逃逸[19]。因此，在未來應(yīng)對氣候變化工作中，應(yīng)加強甲烷監(jiān)測和控制。

[1] GHGSat. 2016. GHGSAT-C1 – IRIS. https://www.ghgsat.com/our-platforms/iris/

[2] GHGSat. 2020. GHGSAT-D – Claire.https://www.ghgsat.com/our-platforms/claire/

[3] IPCC. 2018. Changes in Atmospheric Constituents and in RadiativeForcing. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ar4-wg1-chapter2-1.pdf

[4]美國環(huán)保協(xié)會. 2020. 衛(wèi)星讓“隱形氣候威脅”現(xiàn)身，下一步是什么？https://mp.weixin.qq.com/s/Vi42MTptfw2f__3XhfEcAA

[5] University of Oxford. 2017. Methane Emissions: from blind spot tospotlight.

[6] GMI. 2020. Global Methane Emissions and Mitigation Opportunities.

[7] Sentinel-5P衛(wèi)星與全球甲烷追蹤器. https://mp.weixin.qq.com/s/XGJIcZJ6Vcd4ShKSGHA7uQ

[8]甲烷減排項目會不會是碳匯項目之后的又一個方向？www.tanpaifang.com/tanguwen/2020/0115/67724.html

[9]R.B.Jackson,E.I.Solomon, et al. 2019. Methane removal and atmospheric restoration. NatureSustainability. 2019(2) : 436–438

[10]DavidL. Chandler. 2017. Capturing Wasted Methane. MIT Technology Review. https://www.technologyreview.com/2017/12/19/146941/capturing-wasted-methane/

[11] Science. NASA EO-1衛(wèi)星首次從太空觀測到甲烷泄露.https://mp.weixin.qq.com/s/a3A7uIysndyFOHERPn3vdw

[12] Tropomi. 2019. Methane Emissionshttp://www.tropomi.eu/data-products/methane

[13]衛(wèi)星揭示新的天然氣行業(yè)重大甲烷泄漏. https://www.sohu.com/na/404163699_120573662

[14]甲烷獵手. 2020. https://www.chainnews.com/articles/602466379201.htm

[15]衛(wèi)星揭示新的天然氣行業(yè)重大甲烷泄漏. https://www.sohu.com/a/404163699_120573662

[16] MethaneSAT. https://space.skyrocket.de/doc_sdat/methanesat.htm

[17] New Zealand finally has a space programme. 2019.https://www.stuff.co.nz/science/117422950/nz-finally-has-a-space-programme

[18]全球關(guān)注甲烷減排. 2019. https://www.sohu.com/a/302634360_825950?sec=wd

[19]澎湃新聞. 2020. 推進甲烷減排將為我國長期低碳排放戰(zhàn)略提供巨大貢獻. https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_5517181

封面圖片來源：GHGSAT，從BBC新聞截取