Methaan in de atmosfeer. Wat heeft dat met mij te maken?

SRON-aardatmosfeeronderzoeker Jochen Landgraf zit in het vliegtuig en overpeinst de sterke toename van methaan in de aardatmosfeer. Methaan is een krachtig broeikasgas, dus het is belangrijk om de bronnen op te sporen. Maar hoe? Hoe sterk zijn die bronnen en waar zitten ze precies? Bronnen van methaan zijn notoir lastig te bepalen. Het Nederlandse ruimte-instrument TROPOMI gaat ons antwoord op deze vragen geven.

Ik zit in het vliegtuig terug van mijn reis naar China. Naast me brommen de motoren op een hoogte van 10 kilometer ergens over Rusland. Als je uit de raam kijkt is het moeilijk te beseffen dat bijna alles wat het weer beïnvloedt en ons klimaat verandert in deze onderste 10 kilometer van onze atmosfeer gebeurt. Na een KLM-diner beef en een beetje geklets met de stewardess constateer ik dat iedereen om me heen al slaapt, of tenminste zo doet alsof. Ik kan niet slapen in een vliegtuig, nooit.

Zo kijk ik naar buiten en denk aan de methaanmetingen van ons satellietinstrument TROPOMI, dat vanaf 800 kilometer hoogte op de aarde kijkt. Vanaf begin maart zijn die methaanmetingen voor iedereen vrij beschikbaar op internet. Dat klinkt een beetje als de honderdste aflevering van Wie is de mol? maar voor mij en mijn collega’s van het KNMI en SRON is het een belangrijke mijlpaal. Hier hebben we de afgelopen tien jaar hard aan gewerkt.

Toenemende concentraties van methaan

Methaan komt van nature voor in onze atmosfeer. Natuurlijke bronnen zijn vooral natte gebieden, zoals moerassen en venen. Sinds ongeveer 1850 – het begin van de industriële revolutie – zien we een sterke stijging van methaanconcentraties. De hockeystick-curve van methaan (zie boven) is naast zijn zus, de gelijksoortige curve van de atmosferische toename aan kooldioxide, een van de bekendste grafieken in het moderne aardatmosfeeronderzoek. Ze laat op een indrukwekkende manier zien hoe drastisch de mens de aarde aan het veranderen is.

Tot ongeveer 1850 was de atmosferische concentratie van methaan met 600 deeltjes per miljard luchtmoleculen (dat is 0.00006% van de lucht) constant. Met het begin van het industriële tijdperk neemt die vervolgens flink toe. Tegenwoordig komt de methaanconcentratie uit op 1800 deeltjes per een miljard luchtmoleculen, drie keer zoveel als in het pre-industriële tijdperk. Daarmee heeft de industrialisatie een prominente plek op de geologische tijdschaal ingenomen, en lijkt de geest onherroepelijk uit de fles.

Grafieken hebben de eigenschap dat je ze snel weer kunt vergeten. Ze zijn abstract en hun inhoud is meestal niet direct tastbaar. Anders is dat bij de hockeystick-curve van methaan, die ons allemaal treft. De curve gaat niet alleen terug tot de ontdekking van de stoommachine, maar is ook een gevolg van de enorme groei van de wereldbevolking en ons streven naar welvaart. De belangrijkste door de mens veroorzaakte methaanbronnen zijn immers de productie en het gebruik van fossiele brandstoffen (kolen, olie, gas), rijstbouw, afvalverwerking en veeteelt.

De nachtelijke skyline van Chengdu vanuit mijn hotelkamer (Beeld: Jochen Landgraf, SRON)

Miljoenenstad Chengdu

Tijdens mijn verblijf in China keek ik vanuit mijn hotelkamer naar het centrum van Chengdu, een miljoenenstad in het midden van China. Een zee van wolkenkrabbers, de één nog hoger dan de ander. Een plek voor tien miljoen mensen, die hun weg zoeken op de straten en in het openbare vervoer van Chengdu. Het is van een dimensie die we in Nederland helemaal niet kennen, een gekrioel en gigantisme die je laten verstommen. De stedelijke bevolking van Chengdu is in de afgelopen 70 jaar enorm gegroeid.

De grafiek hierboven laat een toename zien van 600.000 tot heden 10 miljoen inwoners, met grote gevolgen voor het stadsbeeld, de infrastructuur en verkeer. Het is waar dat het aantal elektrische vervoersmiddelen de afgelopen jaren is toegenomen en dat je steeds vaker de groene nummerborden ziet van elektrische auto’s op de straten van Chengdu. Maar toch vraag ik me af waar dat allemaal heen gaat.

Hoge nauwkeurigheid

Methaan is het op één na belangrijkste broeikasgas in de atmosfeer. Het gas draagt een kwart, dus 0.25 graden Celsius, bij aan de tegenwoordige mondiale opwarming van 1 graad. Als we hier iets aan willen doen, moeten we de verschillende bronnen van het sporengas, de gassen in de atmosfeer die in kleine hoeveelheid voorkomen, beter kunnen kwantificeren. Hier kunnen onze satellietmetingen helpen.

Ongeveer negen jaar verblijft het broeikasgas in de atmosfeer en binnen deze tijd wordt het heel goed gemengd. De in afbeelding 3 (hieronder) getoonde en door TROPOMI gemeten mondiale verdeling van methaan laat een variatie van 8% en minder zien. Willen we iets te weten komen over de bronnen van methaan, dan moeten we deze variaties met een hoge nauwkeurigheid van 1% meten. Omdat ons instrument TROPOMI op een satelliet op 800 km boven de grond vliegt, is dat een uitdaging. Daaraan hebben we de afgelopen tien jaar bij SRON gewerkt.

Afbeelding 3: De mondiale verdeling van methaan gemeten door TROPOMI (Beeld: SRON)

Zichzelf versterkend effect

Een mooi voorbeeld van de TROPOMI-metingen is die van methaan boven het moeras van de Niger-rivierdelta in Nigeria. Door anaerobe, dus zuurstofloze, vertering van organisch stof door bacteriën, komt onder het wateroppervlak methaan vrij dat wordt afgegeven aan de atmosfeer. De vorming van het moerasgas is sterk gevoelig voor warmte. Daarom verwachten klimaatonderzoekers dat de opwarming van de aarde tot nog meer methaanemissies leidt, die de atmosfeer weer verder opwarmen. Dus een zichzelf versterkende terugkoppeling in het broeikaseffect.

De door TROPOMI gemeten hogere methaanconcentraties kunnen we gebruiken om de emissies van deze belangrijke methaanbron nauwkeurig in kaart te brengen. Maar TROPOMI meet niet alleen methaan uit moerassen. Op dezelfde manier kunnen we methaanemissies van de olie en gasindustrie afleiden. Op deze manier zal ons TROPOMI nog veel gegevens leveren, die we hopelijk kunnen gebruiken om de klimaatverandering op onze planeet beter te begrijpen en om ons beleid hierop af te stemmen.

Verhoogde methaanconcentratie in de Nigerdelta in Nigeria. Inzet links laat links de ruimtelijke verdeling van het moeras zien en rechts de door TROPOMI gemeten CH4-hoeveelheid (Beeld: SRON)

Melding uit de cockpit: stormachtig weer in Amsterdam. Nou, dat zal wel iedereen in het vliegtuig wakker schudden. Als onze methaanmetingen hetzelfde doen voor het klimaatbeleid in ons land ben ik een tevreden man. Het is in ieder geval een goed gevoel om te weten dat de methaandata nu voor iedereen toegankelijk zijn.