Google και NASA εντοπίζουν διαρροές μεθανίου από το Διάστημα με AI

Η Google Research και το Jet Propulsion Laboratory της NASA ανέπτυξαν το μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης MAPL-EMIT, το οποίο αξιοποιεί υπερφασματικά δεδομένα από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για να χαρτογραφεί εκπομπές μεθανίου σε παγκόσμια κλίμακα.

Το μεθάνιο είναι ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου: η ικανότητά του να παγιδεύει θερμότητα μπορεί να είναι έως και τριάντα φορές μεγαλύτερη από εκείνη του διοξειδίου του άνθρακα σε ορίζοντα εκατό ετών. Αντιστοιχεί περίπου στο 25% της ανθρωπογενούς υπερθέρμανσης του πλανήτη από την έναρξη της βιομηχανικής επανάστασης, γεγονός που καθιστά κρίσιμους τον γρήγορο εντοπισμό και τον περιορισμό των εκπομπών του.

Πώς λειτουργεί το MAPL-EMIT

Το MAPL-EMIT, από τις λέξεις Methane Analysis and Plume Localization with EMIT, βασίζεται σε νευρωνικό δίκτυο αρχιτεκτονικής Swin-S transformer. Μετατρέπει τα ακατέργαστα υπερφασματικά δεδομένα του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού σε λεπτομερείς χάρτες εκπομπών και μπορεί να εντοπίζει πηγές μεθανίου με χωρική ανάλυση 60 μέτρων ανά pixel.

Το σύστημα έχει εντοπίσει 23.000 νέες πηγές ρύπανσης και αναγνωρίζει 50% περισσότερα ίχνη μεθανίου σε σύγκριση με την ανθρώπινη ανάλυση. Η εκπαίδευσή του βασίστηκε σε 3.6 εκατομμύρια συνθετικά παραδείγματα εκπομπών, που δημιουργήθηκαν με μοντέλα διασποράς Lagrangian και ενσωματώθηκαν σε πραγματικές εικόνες του αισθητήρα EMIT.

Με αυτή τη διαδικασία, το μοντέλο εκπαιδεύτηκε σε διαφορετικούς ρυθμούς διαρροής, συνθήκες αναταράξεων και γεωμορφολογικά περιβάλλοντα. Σύμφωνα με τα αυστηρότερα πρότυπα της NASA, έφθασε σε ποσοστό ανάκλησης 84%.

Αντί να αναλύει κάθε pixel μεμονωμένα, το MAPL-EMIT εξετάζει το πλήρες φάσμα φωτός μαζί με το ευρύτερο χωρικό πλαίσιο. Έτσι υπολογίζει την ποσότητα μεθανίου ανά pixel, οριοθετεί νέφη αερίου ακόμη και όταν αλληλεπικαλύπτονται και προσδιορίζει τη γεωγραφική προέλευση της εκπομπής, λαμβάνοντας υπόψη τη διασπορά του αερίου από τα ρεύματα του ανέμου.

Από τη μελέτη ορυκτής σκόνης στις διαρροές μεθανίου

Η παρατήρηση αερίων από το Διάστημα απαιτεί υπερφασματικούς αισθητήρες, οι οποίοι καταγράφουν εκατοντάδες ζώνες φωτός και αναλύουν τις χημικές υπογραφές στοιχείων στην ατμόσφαιρα. Το όργανο Earth Surface Mineral Dust Source Investigation της NASA, γνωστό ως EMIT, είχε σχεδιαστεί αρχικά για τη μελέτη της σύνθεσης ορυκτής σκόνης σε άνυδρες περιοχές. Η υψηλή ευκρίνειά του, όμως, αξιοποιήθηκε και για την ανίχνευση μεθανίου.

Ο Sentinel-5P καλύπτει μεγάλες εκτάσεις, σαρώνοντας ζώνες 2.600 χιλιομέτρων, αλλά η χωρική ανάλυσή του είναι 5.5 επί 3.5 χιλιόμετρα. Αυτό δεν επιτρέπει τη στόχευση συγκεκριμένων κτιρίων ή αγωγών. Το EMIT έχει οπτικό πεδίο 80 χιλιομέτρων και ανάλυση 60 μέτρων, ώστε να μπορεί να συνδέσει μια διαρροή με συγκεκριμένη βαλβίδα ή ΧΥΤΑ.

Οι ΧΥΤΑ και το ευρωπαϊκό κενό παρακολούθησης

Ο κανονισμός της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το μεθάνιο προβλέπει συνεχή δορυφορική παρακολούθηση και προειδοποιήσεις για ακραία περιστατικά, όμως εστιάζει στον άνθρακα, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ο τομέας διαχείρισης απορριμμάτων εξαιρείται, παρότι οι οργανισμοί ifeu Institute και Prognos εκτιμούν ότι τα αστικά απόβλητα που θα καταλήξουν σε ευρωπαϊκούς χώρους υγειονομικής ταφής έως το 2050 θα απελευθερώσουν μεθάνιο ισοδύναμο με 1.5 δισεκατομμύριο τόνους διοξειδίου του άνθρακα.

Το λογισμικό της Google εντόπισε μεγάλες πηγές ρύπανσης στους 24 από τους 25 μεγαλύτερους ρυπαίνοντες χώρους υγειονομικής ταφής παγκοσμίως. Τα δεδομένα αυτά φέρνουν στο προσκήνιο τις δυνατότητες παρακολούθησης των εκπομπών από χώρους διαχείρισης αποβλήτων.

Η Ελλάδα βρίσκεται στην τροχιά του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, με αποτέλεσμα ο αισθητήρας EMIT να σαρώνει συχνά τον εθνικό εναέριο χώρο. Τα δεδομένα μπορούν να προσφέρουν σε ερευνητές και αρχές πρόσβαση σε πλατφόρμα υψηλής ανάλυσης για τον έλεγχο ελληνικών ΧΥΤΑ, όπου παραδοσιακά υπήρχε δυσκολία ακριβούς μέτρησης του παραγόμενου βιοαερίου.

Ενώ η Ευρώπη αναμένει το 2027 την εκτόξευση των εξειδικευμένων δορυφόρων AIRMO και Copernicus CO2M, η Google διαθέτει ανοικτά τον κώδικα, τη βάση δεδομένων και τη βιβλιοθήκη συμπερασμάτων του MAPL-EMIT μέσω GitHub, Kaggle και Google Earth Engine.

Πηγή: Techgear