Jenaer Forscher liefern Optik für Treibhausgas-Monitoring

Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO₂) schädigen unser Klima. Um ihre negativen Auswirkungen zu begrenzen, stellen sich dringende Fragen wie: Wann und wo wird wieviel CO₂ ausgestoßen? Wie verteilt es sich in der Atmosphäre? Und ganz besonders: Wie viele dieser Gase sind speziell von Menschenhand gemacht? Diesen Fragen will sich die „Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring“-Mission (CO2M) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ab 2026 mit zwei Erdbeobachtungs-Satelliten widmen. Die Satelliten sollen in einer Konstellation arbeiten und hochauflösende spektrale Messungen von atmosphärischem CO₂ durchführen, um die Emissionen von Städten, Ländern und großen Industriegebieten genau zu kartieren. Zu diesem Zweck werden die Satelliten mit Infrarot-Spektrometern ausgestattet sein.

Für diese Spektrometer haben Forscher aus Jena eine wesentliche Schlüsselkomponente hergestellt: den sogenannten Disperser. „Beim Disperser handelt es sich um die optische Baugruppe für das Spektrometer“, erläutert Thomas Höing, zuständiger Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF. Er erklärt den Aufbau und die Funktionsweise der Baugruppe: „Der Disperser besteht aus jeweils zwei Prismen und einem Gitter und fungiert als eine Art ‚Farbzerleger‘. Das heißt: Er spaltet das von der Erde reflektierte Licht sehr genau in seine Spektralfarben auf und ermöglicht somit hochpräzise Messungen des CO₂-Gehalts in der Erdatmosphäre.“

Hochpräzise heißt in diesem Fall: Die CO2M-Satelliten können den Kohlendioxid-Gehalt der Erdatmosphäre an jedem beliebigen Ort unseres Planeten mit einer Genauigkeit von weniger als einhundert CO2-Teilchen pro einer Milliarde Moleküle Luft bestimmen. Zusammen mit einer hohen Ortsauflösung können die Satelliten auf globaler Ebene sehr genau analysieren, in welcher Region und durch welche (menschlichen) Quellen die meisten Abgase ausgestoßen werden.

Die CO2M-Mission soll damit nicht nur dazu beitragen, den globalen Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen, sondern letztendlich auch dabei helfen, die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen. „Als Optikstandort leisten wir damit einen wichtigen Beitrag zur Begrenzung des Klimawandels, denn CO2M wird Entscheider mit belastbaren Zahlen versorgen“, resümiert der Projektleiter über das Missionsziel.

Obwohl das Fraunhofer IOF viel Erfahrung in solchen Projekten hat, ist CO2M in der Komplexität und im Anspruch besonders. „Thomas Höing musste ein Team aus mehr als 50 Kolleginnen und Kollegen in fünf Abteilungen des Institutes koordinieren“, resümiert noch einmal Falk Eilenberger. „Hunderte Arbeitsschritte mussten dabei exakt ineinandergreifen, um am Ende ein funktionierendes Instrument zu haben. Einige der Arbeitsschritte haben wir für CO2M erst erfunden und anwendungsreif qualifiziert. Einige andere wurden noch niemals in der Form oder Größe realisiert – und dann gleich für eine Weltraumanwendung mit extremen Dokumentationsaufwand sowie Zeit-, Kosten- und Erfolgsdruck. Das ganze Team ist an vielen Stellen über sich hinausgewachsen.“