Lecksuche aus dem All Wie gut erkennen Satelliten Methanquellen?

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Wie genau können Satelliten Methan aufspüren? Ein internationales Forschungsteam hat getestet, mit welcher Genauigkeit Weltraummessinstrumente in der Lage sind, Methanemissionen auf der Erde zu erkennen. Die Ergebnisse können helfen, bedeutende Methanquellen zu finden, Lecks zu schließen und die Emissionen dieses starken Treibhausgases zu verringern.

Es war der bislang größte kontrollierte Test zur Methanüberwachung aus dem Weltraum: Das Forschungsteam um Prof. Adam Brandt Professor von der Stanford Doerr School of Sustainability stellte 2025 in der Wüste Arizona die Leistung von Satelliten-Messinstrumenten auf die Probe.

Gemeinsam mit der Doktorandin und Erstautorin Frances Reuland führte das Team 481 kontrollierte Methanausstöße durch. Die Versuche waren zeitlich auf die Überflüge von elf staatlichen, gemeinnützigen und kommerziellen Satelliten abgestimmt, sodass diese Satelliten das Geschehen an dem Forschungsstandort der Stanford Universität in Casa Grande aufzeichnen konnten.

Die aufgenommenen Daten wurden unabhängig voneinander von fünfzehn Forschungsteams aus Unternehmen, gemeinnützigen Organisationen, Regierungsbehörden und Hochschulen in neun Ländern ausgewertet. Sie prüften, ob auf dem jeweiligen Satellitenbild eine Methanwolke zu sehen war und schätzten, wenn ja, wie viel Methan ausgetreten war. Anschließend verglichen die Studienautoren die geschätzten Mengen mit den bekannten Emissionsmengen und zeigten, welche Satelliten bei den Messungen am besten abgeschnitten haben.

„Jahrelang herrschte erhebliche Skepsis, ob sich Methan aus dem Weltraum überhaupt zuverlässig überwachen lässt. Das Gas per Satellit nachzuweisen, ist technisch äußerst anspruchsvoll“, sagt Studienleiter Brandt. „Unsere Ergebnisse sollten Aufsichtsbehörden, Politik, Methanproduzenten und der Bevölkerung Vertrauen in die Satellitenüberwachung geben.“

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Methanmessung aus dem All – ist das zuverlässig?

Die Resultate der elf Satelliten fielen sehr gemischt aus. Am besten schnitten Instrumente ab, die speziell für die Methanüberwachung entwickelt wurden. Sie erkannten 92 bis 100 Prozent der Testwolken korrekt.

Die meisten Schätzungen wichen um bis zu 50 Prozent nach oben oder unten von den tatsächlichen Emissionsmengen ab. Im Durchschnitt glichen sich die Über- und Unterschätzungen wiederum weitgehend aus. Nach Meinung der Studienautoren sind die Satellitendaten damit zuverlässig genug, um große Leckagen für weitere Untersuchungen zu kennzeichnen, die Emissionsintensität verschiedener Öl- und Gasregionen zu bewerten und die regionalen Treibhausgasinventare der Behörden zu ergänzen. Ein Treibhausgasinventar ist die systematische Erfassung und Bilanzierung aller Treibhausgasemissionen und -senken.

Bei einem Ausstoß von rund 50 bis 200 Kilogramm Methan pro Stunde und unter idealen Bedingungen, also bei geringer Bewölkung und mäßigem Wind, erkannten die Instrumente die Methanfahnen zuverlässig. Diese Emissionsrate liegt nahe an dem Schwellenwert von 100 Kilogramm pro Stunde, ab dem im Rahmen einiger bundesstaatlicher und nationaler Programme für „Großemittenten“ Überprüfungen ausgelöst werden.

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Die Grenzen von Methan-Analysesystemen

Satellitengestützte Überwachungssysteme erkennen Methan mithilfe von Infrarotlicht, das von der Erdoberfläche reflektiert wird. Weil sie auf reflektiertes Sonnenlicht angewiesen sind, hatten selbst die Spezialinstrumente der Satelliten GHGSat und Tanager-1 Schwierigkeiten, Methanfahnen durch einen bewölkten Himmel hindurch zu erkennen.

In einigen Regionen, in denen viel Methan freigesetzt wird, stellt das laut den Autoren ein Problem dar. Zu den Regionen zählen tropische Öl- und Gasförderländer wie Nigeria und Venezuela sowie Gebiete mit kaltem, bewölktem Klima wie Kanada und Russland. Es seien weitere Untersuchungen erforderlich, um zu verstehen, wie diese Satellitensysteme und Algorithmen über nicht-wüstenartigem Gelände funktionieren, sowie unter verschiedenen Wetterbedingungen und über offenem Wasser.

Bei klarem Himmel über dem Arizona-Testgelände in Casa Grande erkannten die für die Methanmessung umfunktionierten Instrumente, darunter etwa das deutsche Umweltüberwachungs- und Analyseprogramm EnMAP, 62 bis 88 Prozent der Methanwolken. Allzwecksysteme zur Landbeobachtung an Bord von US-amerikanischen und europäischen Regierungssatelliten erkannten lediglich 29 bis 37 Prozent. Besonders bei Emissionen unter 1.000 Kilogramm pro Stunde waren sie fehleranfällig.

Landbeobachtungssysteme wiederum erfassen nicht genug Spektraldaten, um Methan eindeutig zu erkennen. Die mit ihnen erzielte großflächige Abdeckung und die Archivdaten bleiben dennoch wertvoll, da sich daran langfristige Trends dokumentieren und große Leckagen erkennen lassen.

KI meldet oft Methan, wo keines ist

Um zu überprüfen, ob die Systeme fälschlich Lecks melden, stellten die Forschenden den Analyseteams Daten von 265 Überflügen zur Verfügung, bei denen kein Methan freigesetzt wurde. Fehlalarme traten bei den meisten Methoden relativ selten auf. Eine Ausnahme waren Analysen mit neuen Ansätzen der künstlichen Intelligenz.

Laut der Studie wurden 79 Prozent der Fehlalarme von Teams ausgelöst, die Daten staatlicher Landbeobachtungssatelliten mit KI ausgewertet hatten. Die neuen Daten aus den Experimenten in Casa Grande können laut den Forschenden immerhin dabei helfen, KI-basierte Auswertungen zu verbessern. „Mit dieser Studie haben wir um ein Vielfaches mehr Datenpunkte aus kontrollierten Quellen als je zuvor, um die Methanerkennung vom Weltall aus zu testen“, sagt Erstautorin Reuland.

So liefen die Methan-Freisetzungen in der Wüste

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler einen vergleichsweise einfachen Aufbau. Am Forschungsstandort leiteten sie komprimiertes Erdgas, das größtenteils aus Methan besteht, durch einen Abgasschornstein und stellten die Emissionsraten so ein, dass sie Punktquellen wie Deponien sowie Öl- und Gasanlagen annähernd entsprachen.

Die Freisetzungen steuerte das Team online. Jeder Durchgang dauerte acht bis zehn Minuten und setzte etwa 10 bis 1.200 Kilogramm Methan pro Stunde frei. Über die Gesamtdauer des Experiments hinweg entließ das Team so insgesamt weniger als 50 Tonnen Methan in die Umwelt. Das entspricht den jährlichen Emissionen einer Herde von etwa 500 Milchkühen oder rund 13 Sekunden der weltweiten Methanemissionen aus fossilen Brennstoffen.

„Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse die Debatte um Methanemissionen verändern: Es sollte nicht mehr darum gehen, ob diese Systeme funktionieren, sondern darum, wie und wo sie am wirksamsten eingesetzt werden können, um weltweite Methanminderungen voranzubringen, auch unter Berücksichtigung algorithmischer Kompromisse“, schreiben Reuland und ihre Mitautoren.

Schließen von Methanlecks hilft nicht nur der Umwelt

Die Reduktion der weltweiten Methanemissionen bildet einen Schwerpunkt internationaler Bemühungen, um den globalen Temperaturanstieg zu bremsen. Während Kohlendioxid langlebiger ist, hält Methan die Wärme in den ersten 20 Jahren rund 80-mal stärker in der Atmosphäre zurück. Damit beeinflusst es die globalen Temperaturen der nahen Zukunft überproportional.

Wenn Lecks in Öl- und Gasanlagen schnell repariert und das absichtliche Ablassen von Methan erkannt und gestoppt werden kann, sinken die Emissionen. Das hilft nicht nur dem Klima: Günstige Reparaturen an Öl- und Gasanlagen können Unternehmen auch finanziell belohnen, weil weniger verkaufbares Gas verloren geht, argumentieren die Forschenden.

„Außerdem geht es um Sicherheit: Methan ist brennbar und trägt zur Bildung von bodennahem Ozon bei, das der Gesundheit schadet“, sagt Studienleiter Brandt. „Es gibt also viele Gründe, die Satellitenüberwachung zu unterstützen. Sie nützt der Umwelt, den Produzenten und der Öffentlichkeit gleichermaßen.“

Originalpublikation: Frances E. Reuland, Taylor Adams, Evan D. Sherwin, Sahar H. El Abbadi, Eric A. Kort & Adam R. Brandt: Evaluating space-based methane detection through a one-year blind test, Nature 658, 673–681 (2026); DOI: 10.1038/s41586-026-11115-0