Internationale scheepvaartemissies en luchtkwaliteit

Dankzij metingen van satellietinstrument Tropomi kan voor het eerst de uitstoot van stikstofdioxide door individuele schepen worden gedetecteerd. Dit blijkt uit een internationaal onderzoek onder leiding van het KNMI.

Uitstoot van zwaveldioxide en stikstofdioxide door schepen – vooral de internationale scheepvaart – leiden tot slechtere luchtkwaliteit, vooral in kustgebieden en nabij havens. Daarom wordt er gewerkt aan internationale regelgeving voor scheepvaartemissies. Zo mag sinds januari van dit jaar wereldwijd het percentage zwavel in scheepsbrandstof niet meer dan 0,5 procent bedragen (was 3,5 procent). Ook normen voor de uitstoot van stikstofoxides worden stap voor stap aangescherpt. Vanaf 2012 is op de Noordzee voor nieuwgebouwde schepen de norm 80 procent lager ten opzichte van de eisen uit 2000. Vanaf 2021 worden nog strengere eisen aan de uitstoot van stikstofoxides van nieuwe scheepsmotoren gesteld.

Handhaven van deze wet- en regelgeving is niet eenvoudig. Er varen zo veel schepen dat inspecteren maar af en toe kan. Bovendien kunnen de schepen (ver) op zee vrijwel niet geïnspecteerd worden.

Satellietwaarnemingen van stikstofdioxide

Hier kunnen satellietmetingen licht op de zaak werpen. Het is al langer bekend dat satellieten emmissies van stikstofdioxide langs internationale scheepvaartroutes konden of kunnen meten. Dat lukt door heel veel metingen te middelen, waardoor het gezamenlijke effect van veel schepen tevoorschijn komt, vooral op drukke scheepvaartroutes. Dergelijke meetgegevens zijn echter beperkt bruikbaar voor handhaving, want individuele schepen zijn daarin niet terug te vinden.

In satellietmetingen van Tropomi zijn patronen ontdekt die sterk lijken op emissiepluimen van schepen

In metingen van satellietinstrument Tropomi zijn patronen ontdekt die sterk lijken op emissiepluimen van schepen. Ze maken daarbij gebruik van de spiegeling van zonlicht in golven op het water. De golven werken als spiegeltjes en sommige weerkaatsen zonlicht precies terug naar de satelliet. Hierdoor bereikt extra veel zonlicht de detectoren van de satelliet, waardoor de stikstofdioxidemetingen nauwkeuriger worden en kleinere hoeveelheden gemeten kunnen worden.

Dit soort spiegelingen, die iedereen wel kent van een zonsondergang op het strand, komen ook in satellietwaarnemingen voor. Het was in de praktijk echter moeilijk om dergelijke metingen te gebruiken. Algoritmes waren niet in staat de spiegelingen van wolken te onderscheiden. Dergelijke metingen werden dan ook terzijde geschoven.

Strepen in het beeld: scheepvaartemissiepluimen

Eerder dit jaar hebben we echter een manier bedacht om dit probleem te omzeilen. Tropomi levert tegelijkertijd namelijk ook informatie over de hoogte van wolken. De 'wolken' die algoritmes produceren bij sneeuw of ijs – of een spiegelend wateroppervlak - blijken dan op het aardoppervlak te liggen. Dat resulteert in een pseudo-wolk, maar die blijken verder geen effect te hebben op de metingen van stikstofdioxide in atmosfeer erboven. Met als voordeel dat met meer gereflecteerd licht de Tropomi-metingen nauwkeuriger worden.

Deze streepvormige structuren worden gecombineerd met informatie van locatie en vaarsnelheid van schepen

Het toepassen van deze methode op stikstofdioxidemetingen boven spiegelingen van zonlicht op het zeewater brachten boven open zee streepvormige structuren aan het licht in de Tropomi-metingen van stikstofdioxide. Door deze te combineren met informatie van de locatie en vaarsnelheid van schepen en rekening te houden met windsnelheden, kunnen die structuren aan individuele schepen gekoppeld worden.

In de Tropomi-metingen blijken die streepvormige structuren altijd zeer grote containerschepen, tankers of schepen die dichtbij elkaar varen. Kleinere schepen blijken nooit overeen te komen met waargenomen structuren. Niet zo vreemd, het zijn de grootste schepen die het meeste stikstofdioxide uitstoten. Het is ook belangrijke informatie voor toekomstige nieuwe satellieten die fijnmaziger gaan meten, en naar verwachting ook emissies van kleinere schepen in kaart gaan brengen.

Monitoren internationale wateren

Ondertussen heeft Tropomi al bijna drie jaar aan dagelijkse metingen geleverd die gebruikt kunnen worden om detectiemethodes te verfijnen, emissies af te leiden en te koppelen aan specifieke schepen. Daarom is de Inspectie Leefomgeving en Transport - in samenwerking met de Universiteit van Wageningen en de Universiteit van Leiden - een groter onderzoeksproject gestart (AVES-oculuS), met als doel het systematisch monitoren van scheepvaartemissies in internationale wateren.

KNMI-klimaatbericht door Jos de Laat in samenwerking met ILT

Resultaten zijn afkomstig van het project 'First Assessment of Shipping emissions in Tropomi data (FAST)'. FAST is deels gefinancierd door de Inspectie Leefomgeving en Transport (ILT) uit Anders Omgaan Met Data gelden en deels door het KNMI. Het onderzoek is gezamenlijk uitgevoerd door het KNMI, Universiteit van Wageningen, ILT, met bijdrages van de Universiteiten van Thessaloniki (Griekenland) en Nanjing (China).