Monitorare il riscaldamento globale con l’aiuto di satelliti e intelligenza artificiale

Una panoramica della missione Copernicus dell'UE per il monitoraggio dell'anidride carbonica, nota anche come CO2M. ESA/Mlabspace

Un numero crescente di satelliti e modelli d'intelligenza artificiale: ecco su cosa si basano le specialiste e gli specialisti svizzeri e internazionali per fornire informazioni più precise sulle emissioni di gas serra. Secondo loro, dati più rapidi e dettagliati dovrebbero potenziare gli sforzi per ridurre le emissioni dei Paesi.

Nell’ambito dell’accordo di Parigi sul clima, gli Stati firmatari devono comunicare regolarmente le stime della quantità di gas a effetto serra (GHG) che emettono o eliminano, sulla base delle linee guida del Gruppo intergovernativo di esperti sul cambiamento climatico (IPCC) concordate a livello internazionale. Queste stime sono calcolate a partire dai dati relativi ad attività come i trasporti, l’industria, il riscaldamento e la produzione di energia. Ma il processo di dichiarazione, lungo e dispendioso in termini di risorse, è pieno di incertezze.

Gerrit Kuhlmann, ricercatore presso il Laboratorio federale di prova dei materiali e di ricercaCollegamento esterno (EMPA), è convinto che l’osservazione satellitare della Terra e gli sviluppi dell’intelligenza artificiale (IA) possano aiutare i Paesi a valutare e controllare meglio l’entità delle loro emissioni.

“L’IA è in grado di elaborare una grande quantità d’informazioni sulla natura delle specifiche emissioni di gas serra, sulla loro origine e sul loro impatto sui cambiamenti climatici. Può aiutarci a interpretare questi dati e fornirci un ulteriore contesto “, spiega il ricercatore a swissinfo.ch.

Gerrit Kuhlmann e i suoi colleghi dell’EMPA collaborano con il programma europeo Copernicus, che mira a dotare i satelliti di osservazione della Terra di tecnologie per la misurazione dei GHG. L’obiettivo è dare alle autorità mappe dettagliate delle emissioni di anidride carbonica (CO₂), metano e biossido di azoto (NO₂) in tutto il mondo.

Fornite quasi in tempo reale, queste visualizzazioni precise delle emissioni di Paesi e regioni consentiranno agli Stati di verificare, convalidare o adeguare le loro politiche, e persino d’ingrandire delle aree per individuare le emissioni problematiche e i punti caldi come gli impianti a gas o petrolio o le centrali elettriche.

Il cielo colonizzato dai satelliti di osservazione

Negli ultimi anni, il numero di satelliti per l’osservazione della Terra, così come le loro capacità, è cresciuto in modo esponenziale, passando da circa 200 nel 2013 a quasi 1’200 nel 2023Collegamento esterno. Oggi, questi satelliti rappresentano quasi il 20% del totale di quelli in orbita. Aziende come SpaceX, Blue Origin, Planet Labs e Maxar Technologies competono tra loro per superare i limiti, con flotte di piccoli satelliti che offrono immagini di alta qualità per monitorare la salute del pianeta.

Il gigantesco razzo New Glenn di Blue Origin è decollato dalla Florida il 16 gennaio per la sua prima missione nello spazio, segnando un’importante pietra miliare per la società spaziale del miliardario Jeff Bezos, che mira a competere con SpaceX nel campo del lancio di satelliti. Copyright 2025 The Associated Press. All Rights Reserved

Secondo un rapporto Collegamento esternodel Forum economico mondiale (WEF) pubblicato lo scorso anno, il settore dell’osservazione della Terra dovrebbe contribuire all’economia globale per oltre 700 miliardi di dollari (640 miliardi di franchi) e dovrebbe permettere di ridurre le emissioni annuali di GHG di 2 miliardi di tonnellate (gigatonnellate) entro il 2030.

Queste ricerche generano enormi quantità di dati satellitariCollegamento esterno complessi che devono essere selezionati e analizzati. Grazie ai progressi nell’apprendimento automatico, nell’IA e nella previsione, i dati grezzi possono essere trasformati in informazioni utilizzabili a velocità record, come hanno stimato gli autori del MIT/WEF in un recente libro bianco.

Il sistema europeo Copernicus apre la strada

In tutto il mondo, si stanno sviluppando diverse piattaforme per il monitoraggio del cambiamento climatico attraverso l’osservazione della Terra. Tra questi, il Carbon Monitoring System (CMS) della NASA e il servizio di sorveglianza dell’atmosfera CopernicusCollegamento esterno (CAMS), gestito dalla Commissione europea e dal Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine (CEPMMT).

Gli sforzi globali di monitoraggio dei GHG sono coordinati dal programma Global Greenhouse Gas Watch (G3W), creato lo scorso anno dall’Organizzazione meteorologica mondiale. Inoltre, le emissioni di metano sono monitorate dall’Osservatorio internazionale delle emissioni di metanoCollegamento esterno (IMEO).

Da diversi anni, strumenti e satelliti statunitensi e giapponesi sono in grado di monitorare le emissioni di metano, generando immagini di perdite provenienti da impianti petroliferi e di gas, miniere di carbone e discariche.

Mega-fughe di metano (NASA): a est di Hazar, città portuale sul Mar Caspio, in Turkmenistan, 12 pennacchi di metano si stanno dirigendo verso ovest. Le nubi sono state rilevate nel 2022 dalla missione di ricerca della NASA. Alcune di queste raggiungono oltre 32 chilometri di estensione. NASA/JPL-Caltech

“In Europa e nel mondo, sono in corso molte ricerche per sviluppare un sistema di questo tipo. Il nostro laboratorio è uno dei più coinvolti in questo campo, ma probabilmente centinaia di persone in tutto il mondo ci lavorano”, afferma Gerrit Kuhlmann.

I satelliti sono in grado di misurare le variazioni delle concentrazioni di CO₂ nell’atmosfera da oltre 10 anni. Tuttavia, non hanno consentito di ottenere una copertura globale e si sono concentrati principalmente sulle variazioni del ciclo naturale del carbonio.

Negli ultimi 10 anni, ad esempio, la NASA ha monitorato il CO₂ con una precisione sempre maggiore, grazie agli strumenti OCO-2 e OCO-3 a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Tuttavia, non è stato ancora possibile stimare le emissioni provenienti esclusivamente da fonti antropiche (prodotte dalle attività umane). E al momento, non esiste ancora una piattaforma globale di monitoraggio del CO₂ con capacità di immaginografia.

+ Video di presentazione della missione Copernicus (in inglese):

Questo dovrebbe cambiare con la missione di monitoraggio dell’anidride carbonicaCollegamento esterno (CO2M) e dei GHG del programma europeo Copernicus. Il primo dei due satelliti CO2M, dotato degli strumenti e dei sensori più recenti, sarà lanciato nel 2026. Il sistema offrirà immagini ad alta risoluzione, una copertura globale e controlli frequenti.

A bordo vi sarà uno spettrometro combinato per il CO₂ e l’NO₂, che misurerà le concentrazioni di anidride carbonica, metano e biossido di azoto nell’atmosfera. Il sistema Copernicus sarà in grado di valutare e misurare le emissioni di CO₂ e metano provenienti da fonti antropogeniche con una precisione e un livello di dettaglio senza precedenti, quasi in tempo reale.

Distinguere tra le fonti di carbonio naturali e quelle antropogeniche

Le osservazioni raccolte dai satelliti CO2M saranno studiate insieme alle misurazioni a terra e ai modelli elaborati dalle scienziate e scienziati del CAMS, con l’obiettivo di distinguere le emissioni antropogeniche (di origine umana) di CO₂ e metano dalle fonti di emissione naturali come foreste, piante e animali.

L’EMPA ha presentato all’Agenzia spaziale europea (ESA) una serie di raccomandazioni per l’equipaggiamento dei satelliti CO2M, tra cui l’idea di un dispositivo di misurazione che combina la rilevazione di CO₂ e NO₂.

Simulazione ad alta risoluzione dei pennacchi di anidride carbonica provenienti da Berlino e dalle centrali elettriche circostanti il 2 luglio 2015. I dati sono stati generati da Empa, nell’ambito dello studio Smartcarb finanziato dall’ESA Empa

“Se osserviamo valori elevati di NO₂ e CO₂, sappiamo che provengono da emissioni antropogeniche, ovvero principalmente dalla combustione di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas”, spiega Gerrit Kuhlmann.

Il NO₂ non viene prodotto durante la “respirazione” naturale della biosfera. Uno strumento a bordo del satellite dovrebbe quindi essere in grado di filtrare i segnali di CO₂ di origine antropica, garantendo una maggiore precisione e affidabilità.

I satelliti forniranno anche dati cruciali sulla densità della vegetazione sulla Terra, ad esempio sul numero di foglie degli alberi. “Questo ci mostra la quantità di CO₂ che effettivamente rimuovono dall’atmosfera”, osserva Kuhlmann.

È grazie ai programmi quadro di ricerca e sviluppo dell’Unione Europea, Horizon 2020 e Horizon Europe, che gli scienziati e le scienziate svizzere hanno potuto partecipare allo sviluppo del CO2M. Sebbene non faccia parte dell’UE, la Svizzera è un membro dell’ESA.

Tuttavia, la piena partecipazione al programma di osservazione terrestre Copernicus rimane un’aspettativa lontana. Fin dal lancio dell’iniziativa satellitare europea, la Svizzera non ha mai ufficialmente aderito. Il Parlamento federale aveva espresso il proprio favore nel 2023, ma il Consiglio federale si è opposto lo scorso maggio a causa della situazione finanziaria federale difficile.

+ Un video che mostra le emissioni di CO2 a livello globale nel 2021, sviluppato nell’ambito del progetto di ricerca CoCO2Collegamento esterno, finanziato dall’UE e coordinato dall’ECMWF:

Articolo a cura di Veronica De Vore/gb

Traduzione con l’aiuto di Deepl/mar