Monitoreo de las emisiones de metano en California

En octubre de 2016, una aeronave equipada con el instrumento AVIRIS-NG (Espectrómetro de imágenes infrarrojas visibles aerotransportadas) de la NASA detectó múltiples columnas de metano que surgían del vertedero Sunshine Canyon cerca de Santa Clarita, California

Mapas sobre las mediciones de metano realizadas por el instrumento AVIRIS-NG durante los vuelos de octubre de 2016 y 2017 sobre Santa Clarita, California

Las columnas eran lo suficientemente grandes como para que los investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) notificaran a los operadores de las instalaciones y a las agencias de aplicación locales al respecto. Fue un paso importante en un proceso de mejor contabilidad de las emisiones locales de gas.

El metano es un gas de efecto invernadero de corta duración pero poderoso que ha sido responsable de aproximadamente el 20 por ciento del calentamiento global desde la Revolución Industrial.

El metano y sus fuentes

Las vacas lecheras y el ganado de carne producen metano a través de sus entrañas y lo liberan en eructos. Su estiércol también produce metano, y cuando se almacena en lagunas de estiércol, puede ser una fuente importante de emisiones. La producción de petróleo y gas natural libera metano del subsuelo y la infraestructura para almacenarlo y transportarlo puede tener fugas. Y los vertederos son una fuente de metano cuando las bacterias descomponen los materiales orgánicos en condiciones anaeróbicas.

El estado de California tiene como objetivo reducir dichas emisiones de metano, tratando de reducirlo a un 40 por ciento por debajo de los niveles de 2013 para fines de esta década. Pero para reducir las emisiones, el estado necesita controlar mejor las fuentes.

La Junta de Recursos del Aire de California (CARB), la agencia estatal que supervisa los esfuerzos de control de la contaminación del aire, tradicionalmente estimaba las emisiones de gases de efecto invernadero haciendo un inventario de las actividades emisoras conocidas. Pero este enfoque puede pasar por alto fugas u otras emisiones fugitivas, por lo que el personal de CARB se interesó en medir las emisiones del aire para mejorar la contabilidad de gases de efecto invernadero y para identificar oportunidades de mitigación.

Vertedero en California

Las imágenes de arriba muestran las mediciones de metano realizadas por el instrumento AVIRIS-NG durante los vuelos de octubre de 2016 y 2017 sobre Santa Clarita, California. Las emisiones de metano del vertedero de Sunshine Canyon se muestran en un gradiente de amarillo a rojo, donde el rojo representa las concentraciones más altas. La imagen de la derecha muestra la reducción en las concentraciones de metano después de que se implementaron las mejoras en el relleno sanitario.

Los vuelos fueron parte de California Methane Survey, un proyecto en curso para mapear las fuentes de emisiones de metano en todo el estado. Pero antes de que despegara cualquier vuelo, la científica climática Francesca Hopkins de la Universidad de California, Riverside, y Riley Duren de JPL (ahora en la Universidad de Arizona) se propusieron mapear todas las fuentes potenciales de metano en todo el estado para enfocarse mejor el tiempo de vuelo y priorizar las observaciones.

Decidieron utilizar un enfoque basado en GIS, asimilando muchos conjuntos de datos geoespaciales disponibles públicamente para desarrollar un mapa que podría ayudarlos a relacionar rápidamente las columnas de metano con las fuentes probables. El equipo de investigación organizó la infraestructura potencial emisora de metano en California en tres sectores: energía, agricultura y residuos. El conjunto de datos, llamado Fuentes de emisiones de metano (Vista-CA) , incluye más de 900.000 entradas y está disponible en el Centro de Archivos Activos Distribuidos del Laboratorio Nacional Oak Ridge de la NASA ( ORNL DAAC ).

Desde agosto de 2016 hasta noviembre de 2017, un equipo basado en JPL voló aviones equipados con el instrumento AVIRIS-NG en más de 22,000 millas cuadradas del estado. “Actualmente no existe un sistema de observación de metano que pueda inspeccionar de manera eficiente toda la superficie terrestre a alta resolución”, dijo Duren. “Tuvimos que enfocarnos en áreas de alta prioridad”. Las rutas de vuelo se planificaron para que cubrieran al menos el 60 por ciento de la infraestructura de fuentes puntuales de metano en California.

Para acelerar el análisis de datos, Duren y sus colegas utilizaron técnicas de aprendizaje automático (como redes neuronales) para identificar automáticamente las columnas detectadas durante los vuelos. En paralelo, la estudiante de posgrado Talha Rafiq de UC Riverside desarrolló un algoritmo para atribuir las observaciones de la columna de metano a la fuente más probable de Vista-CA. Las tecnologías permitieron al equipo compartir sus hallazgos en semanas con los operadores de instalaciones y reguladores en California para alertarlos sobre emisiones fugitivas de metano y ayudar a acelerar la remediación.

Fuentes de metano en California

Se encuestaron más de 272,000 instalaciones individuales y componentes de equipos. De esos sitios, las emisiones de menos del 0.2 por ciento de esa infraestructura fueron responsables de al menos un tercio del inventario de metano de California. Los vertederos y las instalaciones de compostaje fueron responsables del 41 por ciento de las emisiones medidas. Duren, Hopkins y otros publicaron sus hallazgos en Nature en 2019.

En el caso de Sunshine Canyon, el operador confirmó las emisiones de metano y determinó que se debían a problemas con la cobertura superficial y con los sistemas de captura de gas. Durante el año siguiente, el operador instituyó una serie de cambios que redujeron drásticamente las emisiones. Los sobrevuelos posteriores con AVIRIS-NG confirmaron una reducción del metano. Estos hallazgos fueron documentados por Duren, Daniel Cusworth (científico del proyecto en la Universidad de Arizona) y otros en Environmental Research Letters en 2020.

Los datos de la encuesta se pueden ver en el portal del Buscador de fuentes de metano. La financiación de parte de la investigación provino del Programa de conexiones colaborativas avanzadas para la ciencia del sistema terrestre de la NASA.

Imagen de NASA Earth Observatory por Lauren Dauphin, utilizando datos de Cusworth, Daniel, et al. (2020) , datos Landsat del Servicio Geológico de EE. UU. Y datos topográficos del National Elevation Dataset (NED). Historia de Emily Cassidy, NASA Earthdata.

NASA Earth Observatory

Esta entrada se publicó en Reportajes en 09 Sep 2021 por Francisco Martín León