– BIRA Ukkel 26/07/2023 –
Jaarlijks passeren meer dan 200.000 schepen het Belgische deel van de Noordzee. Deze schepen stoten verschillende vervuilende stoffen uit in de mariene omgeving en de vaak dichtbevolkte kustzones. Om de luchtvervuiling door schepen te beperken, heeft de Internationale Maritieme Organisatie (IMO) emissiegecontroleerde gebieden (ECA’s) gedefinieerd in bijlage VI van MARPOL.
Door de verbranding van fossiele brandstoffen is scheepvaart verantwoordelijk voor ongeveer 2,5% van de wereldwijde uitstoot van vervuilende stoffen, met aanzienlijke milieuschade tot gevolg. Scheepsemissies hebben niet alleen een impact op het klimaat, maar ook op de luchtkwaliteit en bijgevolg de volksgezondheid in kustgebieden.
Het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie werkt momenteel in opdracht van minister van Noordzee Vincent Van Quickenborne aan een innovatief optisch systeem dat zal toelaten om concentraties van de vervuilende stoffen zwavel en stikstof en ook CO2 te bepalen in scheepspluimen in een straal van ongeveer 5km rond het meetinstrument.
SEMPAS-sensoren (afkorting voor “Ship Emission Monitoring by Passive Remote Sensing”) zullen in het windmolenpark in het zuidelijke deel van de Belgische Noordzee dicht bij de voornaamste scheepsroutes worden geplaatst en moet toelaten om te controleren of schepen de vastgestelde grenswaarden voor het zwavelgehalte (SO) in de scheepsbrandstof naleven. Voor de uitstoot van stikstof (NO) zullen deze metingen gebruikt worden om de internationale regelgeving vorm te geven zodat ook hiertegen kan opgetreden worden. Dit is van essentieel belang in de strijd tegen luchtvervuiling en klimaatverandering.
Heden bracht minister van Noordzee Vincent Van Quickenborne een plaatsbezoek aan het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie, waar de voorbereidingen voor het SEMPAS-instrument volop aan de gang zijn.
Belgisch programma voor luchtobservaties boven de Noordzee
Hoewel de voornaamste scheepsroutes duidelijk zichtbaar zijn in de wereldwijde stikstofmetingen door satellieten, is de ruimtelijke resolutie niet voldoende om de stikstofemissies van individuele schepen in de Noordzee te onderscheiden. Bovendien kan de zwaveldioxide-uitstoot van zeeschepen niet gedetecteerd worden vanuit de ruimte.
Sinds 2015 (voor zwavel) en 2021 (voor stikstof) wordt de naleving van deze richtlijnen gemonitord met een sniffersensor aan boord van een Belgisch kustwachtvliegtuig, onder leiding van het SURV-team van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen (KBIN). Met dit vliegtuig wordt door de uitstootpluim van schepen op zee gevlogen om ter plaatse metingen uit te voeren. De sensor laat toe om uit die metingen het zwavelgehalte in de brandstof af te leiden en het gehalte aan stikstofoxiden in de emissies te meten. Het is een belangrijk instrument in de strijd tegen luchtverontreiniging.
De laatste jaren zou België al voor 1.610.000 EUR aan boetes geïnd hebben…
Nu heeft het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) al meer dan 20 jaar ervaring met remote sensing van de atmosfeer, zowel in het UV-visueel als infrarood spectrum en het draagt al decennialang bij aan internationale meetnetwerken en -infrastructuren zoals NDACC en meer recent, ACTRIS. Al snel groeide dus het idee om een systeem te ontwikkelen dat complementair is aan de luchtmetingen door gebruik te maken van remote sensing om de zwavel, stikstof en CO2 te detecteren die in de scheepspluimen uitgestoten wordt. Deze metingen kunnen de luchtmetingen bijstaan om specifieke schepen die de limieten lijken te overschrijden vanuit de lucht te controleren.
Het SEMPAS-instrument
Het BIRA werkt momenteel in opdracht van minister van Noordzee Vincent Van Quickenborne aan een innovatief systeem om de emissies van schepen te meten. Het SEMPAS-instrument is gebaseerd op een teledetectietechniek door het analyseren van zonnestraling en thermische straling die door een scheepspluim is gegaan. Op basis van de absorptie van lichtstralen op specifieke golflengten door de verontreinigende stoffen in de pluim, kunnen hun concentraties bepaald worden in een straal van 5km rond het instrument.
SEMPAS bestaat uit een combinatie van twee spectrometers. Eén kanaal is geoptimaliseerd voor het meten van zwavel en stikstof in het UV-visueel gebied van het zonlicht, het andere kanaal meet een spectrum in het thermisch infrarood voor de detectie van zwavel en CO2. Beide telescopen zullen voor de metingen door een gemeenschappelijk systeem aangedreven worden.
De telescopen zullen gemonteerd worden op een compacte zonnevolger van de nieuwste generatie, ontwikkeld door het BIRA, voor het actief volgen van de schepen. Een germanium ingangsvenster moet de telescoop van het infrarood kanaal beschermen tegen de opspattende zee, vocht en zout.
Testcampagnes bereiden het instrument voor op de definitieve ingebruikname
Momenteel is de testfase volop aan de gang. Testmetingen van statische industriële schoorstenen in de haven van Antwerpen in de periode januari tot mei 2023 lieten BIRA toe het instrument te leren kennen, de meetparameters te optimaliseren en de telescoop uit te lijnen. De spectrale kenmerken van zwavel en stikstof waren duidelijk aanwezig in de metingen. Eerste testen zijn ook ondernomen om met de infraroodcomponent van SEMPAS de emissies van voorbijvarende schepen in de buurt van Cadzand te meten.
De campagnes leverden een grote hoeveelheid metingen op die nu gebruikt kunnen worden voor de optimalisatie van de algoritmes, die nodig zijn om uit de ruwe gegevens de concentratieprofielen van de vervuilende stoffen te bepalen. Het SEMPAS-team op het BIRA werkt eveneens aan de algoritmes die moeten toelaten om de schepen te volgen.
Het design van het instrument wordt intussen volop geoptimaliseerd zodat ook de omkapping van het geheel gebouwd kan worden op een manier die bestand is tegens de natuurelementen op zee.
Installatie begin 2024
Vandaag bracht minister Van Quickenborne een bezoek aan het BIRA waar de voorbereidingen voor het SEMPAS-instrument volop aan de gang zijn.
Begin 2024 zou het geïnstalleerd moeten worden in een windmolenpark om vanaf dan op permanente basis nabijgelegen scheepvaartroutes in de Belgische Noordzee te monitoren.
Het instrument zal de uitstoot van ongeveer 30 vrachtschepen per dag kunnen volgen. De waarnemingen zullen worden ingevoerd in een internationale database genaamd Thetis-EU en zullen een aanvulling vormen op de surveillancevluchten die worden uitgevoerd door het sniffervliegtuig van KBIN.
BIRA ontwikkelt het SEMPAS-instrument in nauwe samenwerking met DG Scheepvaart en het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen, met financiering van het milieucompensatiefonds van DG Leefmilieu en de Nationale Loterij.
Vincent Van Quickenborne, minister van Noordzee: “Binnen de IMO werd recent een nieuw klimaatakkoord gesloten om de scheepvaartsector naar netto nuluitstoot van broeikasgassen te laten gaan tegen 2050. Met het sniffervliegtuig controleert ons land vandaag al of heel wat van de 200.000 schepen die jaarlijks onze wateren passeren niet te veel zwavel of stikstof uitstoten. Ze vliegen hiervoor door de uitstootpluim van schepen. We zijn daarmee uniek in de wereld, maar kunnen verre van alle schepen hiermee controleren. Daarom willen we blijven innoveren en nieuwe technieken uitwerken. Met deze sensor zullen we binnenkort 24 op 7 controles kunnen doen op schepen die naar onze havens varen. In het voorjaar van 2024 willen we een eerste testproject plaatsen op het windmolenpark Mermaid. Ons land toont hier opnieuw dat we innovatieve bedrijven en excellente wetenschappers in huis hebben, die een voortrekkersrol opnemen in de strijd tegen de klimaatverandering.”
BIRA
Scheepsemissies detecteren:
het SEMPAS-project
Het BIRA lanceerde recent een project om een instrument te ontwikkelen, SEMPAS (Ship Emission Monitoring by Passive Remote Sensing) genaamd, om op afstand de NO2-, SO2- en CO2-emissies van individuele schepen te meten, waaruit het brandstofzwavelgehalte (FSC) kan worden gekwantificeerd.
Het hoofddoel is het meten van de emissies van individuele schepen die door het Belgische deel van de Noordzee varen. Een duidelijk beeld krijgen van wat voor soort uitstoot individuele schepen uitstoten en in welke hoeveelheid heeft drie doelen: ten eerste kan het de handhaving van bestaande regelgeving op zwavel (SO2) en vanaf 2021 op stikstofdioxide (NO2) versterken. Met deze metingen kunnen schepen worden opgespoord en bestraft die niet voldoen aan de SECA- en NECA-normen voor de Noordzee. Anderzijds laat dit toe om zicht te krijgen op emissies waarvoor nog geen regelgevend kader bestaat (vb. CO2), maar waarvoor meer data nodig zijn om gepaste regelgeving vast te stellen. Hierdoo krijgt men inzicht op de bijdrage van scheepsemissies aan luchtverontreiniging in kustgebieden en hun impact op de volksgezondheid.
De emissies van schepen zullen worden gemeten met behulp van een innovatief systeem dat door het BIRA zal worden ontwikkeld. SEMPAS is gebaseerd op een teledetectietechniek door analyse van zonnestraling (VIS-kanaal voor SO2 en NO2) en thermische straling (TIR-kanaal voor SO2 en CO2) die door een scheepspluim is gegaan. Op basis van de absorptie van straling (licht) bij specifieke golflengten door de verontreinigende stoffen in de pluim, kunnen hun concentraties worden gekwantificeerd. Er zullen waarnemingen worden gedaan vanaf een windmolenpark om nabijgelegen scheepvaartroutes in de Belgische Noordzee te monitoren. Het instrument en de algoritmen zullen het mogelijk maken schepen actief te volgen en concentraties van verontreinigende stoffen in scheepspluimen te bepalen in een straal van maximaal 5-10 km rond het instrument. Het instrument wordt in 2021-2022 ontwikkeld en in 2023 starten de waarnemingen van een windmolenpark.
Het instrument zal de uitstoot van ongeveer 30 vrachtschepen per dag kunnen monitoren. De waarnemingen zullen worden ingevoerd in een internationale databank genaamd Thetis-EU en vormen een aanvulling op de surveillancevluchten die worden uitgevoerd door het SURV-team van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen (KBIN). Het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie zal het SEMPAS-instrument ontwikkelen en exploiteren in nauwe samenwerking met DG Scheepvaart en KBIN, op basis van financiering van DG Leefmilieu en Nationale Loterij.
