Ricerca delle perdite dallo spazio Con quale precisione i satelliti individuano le fonti di metano?

Fonte: Comunicato stampa L'Università di Stanford, in collaborazione con l'Istituto Max Planck di Chimica 6 min Tempo di lettura

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Con quale precisione i satelliti sono in grado di rilevare il metano? Un gruppo di ricerca internazionale ha verificato con quale precisione gli strumenti di misurazione spaziali siano in grado di rilevare le emissioni di metano sulla Terra. I risultati possono aiutare a individuare importanti fonti di metano, a sigillare le perdite e a ridurre le emissioni di questo potente gas serra.

I pannelli solari forniscono energia agli impianti per il rilascio di metano presso il centro di ricerca di Casa Grande, in Arizona.(Immagine: Frances Reuland)
I pannelli solari forniscono energia agli impianti per il rilascio di metano presso il centro di ricerca di Casa Grande, in Arizona.
(Immagine: Frances Reuland)

Si è trattato del più grande test controllato mai condotto finora per il monitoraggio del metano dallo spazio: nel 2025, nel deserto dell’Arizona, il gruppo di ricerca guidato dal prof. Adam Brandt della Stanford Doerr School of Sustainability ha messo alla prova le prestazioni degli strumenti di misurazione satellitari.

In collaborazione con la dottoranda e autrice principale Frances Reuland, il team ha effettuato 481 emissioni controllate di metano. Gli esperimenti sono stati programmati in modo da coincidere con il passaggio di undici satelliti governativi, senza scopo di lucro e commerciali, in modo che questi potessero registrare ciò che accadeva presso il sito di ricerca dell’Università di Stanford a Casa Grande.

I dati raccolti sono stati analizzati in modo indipendente da quindici gruppi di ricerca provenienti da aziende, organizzazioni senza scopo di lucro, enti governativi e università di nove paesi. Hanno verificato se nelle rispettive immagini satellitari fosse visibile una nube di metano e, in caso affermativo, hanno stimato la quantità di metano fuoriuscita. Successivamente, gli autori dello studio hanno confrontato le quantità stimate con i dati noti sulle emissioni, evidenziando quali satelliti hanno ottenuto i risultati migliori nelle misurazioni.

«Per anni è prevalsa una notevole scetticità sulla possibilità di monitorare in modo affidabile il metano dallo spazio. Rilevare il gas tramite satellite è tecnicamente estremamente complesso», afferma Brandt, responsabile dello studio. «I nostri risultati dovrebbero infondere fiducia nel monitoraggio satellitare alle autorità di vigilanza, alla politica, ai produttori di metano e alla popolazione.»

Misurazione del metano dallo spazio: è affidabile?

I risultati ottenuti dagli undici satelliti sono stati molto eterogenei. Gli strumenti che hanno ottenuto i risultati migliori sono stati quelli sviluppati appositamente per il monitoraggio del metano, che hanno identificato correttamente dal 92 al 100 per cento delle nuvole sottoposte a test.

La maggior parte delle stime presentava uno scostamento rispetto ai livelli effettivi di emissioni che poteva arrivare fino al 50 per cento in più o in meno. In media, tuttavia, le sovrastime e le sottostime si compensavano ampiamente a vicenda. Secondo gli autori dello studio, i dati satellitari sono quindi sufficientemente affidabili per individuare grandi perdite da sottoporre a ulteriori indagini, valutare l’intensità delle emissioni di diverse regioni petrolifere e del gas e integrare gli inventari regionali dei gas serra delle autorità. Un inventario dei gas serra consiste nella registrazione e nel bilancio sistematici di tutte le emissioni e i pozzi di assorbimento dei gas serra.

Con un'emissione compresa tra circa 50 e 200 chilogrammi di metano all'ora e in condizioni ideali, ovvero con scarsa nuvolosità e vento moderato, gli strumenti hanno rilevato in modo affidabile le scie di metano. Questo tasso di emissione è vicino alla soglia di 100 chilogrammi all’ora, a partire dalla quale, nell’ambito di alcuni programmi statali e nazionali, vengono avviate verifiche nei confronti dei «grandi emettitori».

I limiti dei sistemi di analisi del metano

I sistemi di monitoraggio satellitari rilevano il metano grazie alla luce infrarossa riflessa dalla superficie terrestre. Poiché dipendono dalla luce solare riflessa, persino gli strumenti specializzati dei satelliti GHGSat e Tanager-1 hanno avuto difficoltà a individuare le scie di metano attraverso un cielo nuvoloso.

Secondo gli autori, ciò rappresenta un problema in alcune regioni in cui viene rilasciato molto metano. Tra queste figurano paesi tropicali produttori di petrolio e gas come la Nigeria e il Venezuela, nonché aree con clima freddo e nuvoloso come il Canada e la Russia. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere come questi sistemi satellitari e questi algoritmi funzionino su terreni non desertici, nonché in diverse condizioni meteorologiche e in mare aperto.

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Con il cielo sereno sopra il sito di test dell’Arizona a Casa Grande, gli strumenti adattati per la misurazione del metano, tra cui ad esempio il programma tedesco di monitoraggio e analisi ambientale EnMAP, hanno rilevato dal 62 all’88 per cento delle nubi di metano. I sistemi multiuso di osservazione terrestre a bordo dei satelliti governativi statunitensi ed europei ne hanno rilevato solo dal 29 al 37 per cento. Erano particolarmente soggetti a errori nel caso di emissioni inferiori a 1.000 chilogrammi all’ora.

I sistemi di monitoraggio del territorio, d’altra parte, non raccolgono dati spettrali sufficienti per individuare con certezza il metano. La copertura su vasta scala che consentono di ottenere e i dati d’archivio rimangono comunque preziosi, poiché permettono di documentare le tendenze a lungo termine e di individuare grandi perdite.

L'intelligenza artificiale segnala spesso la presenza di metano dove in realtà non ce n'è

Frances Reuland, autrice principale dello studio, presso il centro di ricerca di Casa Grande, in Arizona.(Bild:  Taylor Adams)
Frances Reuland, autrice principale dello studio, presso il centro di ricerca di Casa Grande, in Arizona.
(Bild: Taylor Adams)

Per verificare se i sistemi segnalassero erroneamente delle perdite, i ricercatori hanno messo a disposizione dei team di analisi i dati relativi a 265 sorvoli durante i quali non era stato rilasciato metano. I falsi allarmi si sono verificati con relativa rarità nella maggior parte dei metodi. Un’eccezione è stata rappresentata dalle analisi che utilizzavano nuovi approcci basati sull’intelligenza artificiale.

Secondo lo studio, il 79% dei falsi allarmi è stato generato da team che avevano analizzato i dati dei satelliti governativi di osservazione della Terra utilizzando l’intelligenza artificiale. Secondo i ricercatori, i nuovi dati provenienti dagli esperimenti condotti a Casa Grande possono comunque contribuire a migliorare le analisi basate sull’intelligenza artificiale. «Grazie a questo studio disponiamo di un numero di dati provenienti da fonti controllate molte volte superiore rispetto al passato per testare il rilevamento del metano dallo spazio», afferma la prima autrice Reuland.

Ecco come si sono verificate le emissioni di metano nel deserto

Per il loro studio, gli scienziati hanno utilizzato un sistema relativamente semplice. Presso il centro di ricerca hanno fatto passare del gas naturale compresso, costituito in gran parte da metano, attraverso un camino di scarico, regolando i tassi di emissione in modo che corrispondessero approssimativamente a fonti puntuali quali discariche e impianti petroliferi e di gas.

Il team ha controllato le emissioni online. Ogni ciclo è durato da otto a dieci minuti e ha rilasciato circa da 10 a 1.200 chilogrammi di metano all’ora. Nel corso dell’intero esperimento, il team ha quindi rilasciato nell’ambiente un totale di meno di 50 tonnellate di metano. Ciò corrisponde alle emissioni annuali di una mandria di circa 500 vacche da latte o a circa 13 secondi delle emissioni globali di metano derivanti dai combustibili fossili.

«Speriamo che i nostri risultati cambino il dibattito sulle emissioni di metano: non si dovrebbe più discutere se questi sistemi funzionino, ma piuttosto come e dove possano essere impiegati nel modo più efficace per promuovere la riduzione delle emissioni di metano a livello globale, tenendo conto anche dei compromessi algoritmici», scrivono Reuland e i suoi coautori.

Riparare le perdite di metano non giova solo all’ambiente

La riduzione delle emissioni globali di metano costituisce uno dei punti chiave degli sforzi internazionali volti a frenare l’aumento della temperatura globale. Mentre l’anidride carbonica ha una durata più lunga, nei primi 20 anni il metano trattiene il calore nell’atmosfera con un’efficacia circa 80 volte superiore. Di conseguenza, influisce in modo sproporzionato sulle temperature globali nel prossimo futuro.

Se le perdite negli impianti petroliferi e di gas vengono riparate rapidamente e lo scarico intenzionale di metano viene individuato e bloccato, le emissioni diminuiscono. Ciò non solo giova al clima: secondo i ricercatori, le riparazioni a basso costo degli impianti petroliferi e di gas possono anche portare vantaggi finanziari alle aziende, poiché si riduce la perdita di gas vendibile.

«Inoltre, è una questione di sicurezza: il metano è infiammabile e contribuisce alla formazione di ozono troposferico, che è dannoso per la salute», afferma Brandt, responsabile dello studio. «Ci sono quindi molti motivi per sostenere il monitoraggio satellitare. È vantaggioso sia per l’ambiente che per i produttori e per la collettività».

Pubblicazione originale: Frances E. Reuland, Taylor Adams, Evan D. Sherwin, Sahar H. El Abbadi, Eric A. Kort e Adam R. Brandt: Valutazione del rilevamento dello metano da spazio tramite un test alla cieca della durata di un anno, Nature 658, 673–681 (2026); DOI: 10.1038/s41586-026-11115-0

Finanziamento dello studio

Lo studio è stato finanziato dal Global Methane Hub, dalla Grantham Foundation, da Saudi Aramco e dal programma Stanford Knight-Hennessy Scholars, di cui Reuland faceva parte in qualità di borsista della classe del 2023.
Questo lavoro è stato inoltre sostenuto dalla Natural Gas Initiative, che fa parte del programma di partnership industriali del Center for Fuels of the Future. I programmi di partnership industriali di Stanford sono finanziati dalle quote associative delle aziende.