Города являются крупнейшим источником парниковых газов в мире. Около 70% всех антропогенных выбросов производятся в городах, вокруг них и в городах. В то же время у них есть большие возможности для действий по сокращению этих выбросов. Многие городские районы имеют более амбициозные климатические цели, чем их страны, включая город Цюрих, который стремится достичь нулевого уровня выбросов к 2040 году, на десять лет раньше Швейцарии. Сокращение выбросов парниковых газов за такой короткий промежуток времени требует надежных данных. Они демонстрируют прогресс, отражают эффективность мер и создают стимулы, делая выбросы более заметными и ощутимыми. «Ни одна диета не может быть успешной без весов», — резюмирует Лукас Эмменеггер, руководитель лаборатории загрязнителей воздуха и экологических технологий Empa.
Но как мы можем измерить выбросы всего города? Этим вопросом занимается проект ЕС ICOS Cities, в котором Цюрих является одним из трех пилотных городов, наряду с Парижем и Мюнхеном. В рамках ICOS Cities ученые хотят работать с городскими администрациями над разработкой методов измерения и моделирования выбросов в городах. Цюрих неслучайно входит в тройку «избранных» городов. «Город уже располагает высококачественными данными о своих выбросах, имеет «цифрового двойника» и очень открыт к этим ресурсам», — объясняет Эмменеггер. Empa также внесла в это свой вклад: «Когда был запущен ICOS Cities, у нас уже была сеть измерения CO2 по всей Швейцарии, в том числе в Цюрихе», — говорит исследователь Empa Доминик Бруннер.
Измерение выбросов…
В рамках ICOS Cities исследователи Empa расширили эту сеть до 60 точек по всему городу. Недорогие небольшие измерительные приборы незаметно цепляются за уличные фонари и деревья от Утлиберга до Ирчеля. Эта недорогая сенсорная сеть дополняется сетью средней стоимости. В сотрудничестве со Swisscom исследователям Empa удалось установить около 20 более сложных инструментов на антенны мобильных телефонов в городе. Измерительная башня на крыше высотного здания в Хардау завершает палитру измерений. Там в определенное время под руководством Базельского университета проводились высокоточные измерения, чтобы зарегистрировать другие парниковые газы, такие как метан и закись азота, и понять сложные потоки CO₂ над городом.
Эта сложность необходима, поскольку выборочные измерения концентрации CO₂ мало что дают о выбросах. Сложная топография города, особенно Цюриха, создает воздушные потоки, которые трудно предсказать и которые могут быстро переносить парниковые газы от их источника. «Еще одна задача — отличить антропогенные выбросы от естественного цикла CO₂ в атмосфере», — говорит Бруннер. Большие леса вокруг города ежедневно вдыхают и выдыхают большое количество углекислого газа. Базельский университет также измеряет и изучает эти естественные колебания, вызванные растениями.
… и понимание их
Исследователи Empa включают эти и все другие данные проекта – а их много – в свои модели. Моделирование – это последний и самый важный шаг в понимании городских выбросов. Откуда берется измеренный CO₂? Какое влияние оказывает погода на концентрации? Какая часть является природной, а какая антропогенной?
Команда под руководством эксперта по моделированию Бруннера ищет ответы на эти вопросы вместе с партнерами за рубежом. С этой целью они разрабатывают две модели: одна показывает, как город выбрасывает углекислый газ с точностью около одного километра. Вторая модель «видит» отдельные здания. «Мы сравниваем эти модели с оценками городских выбросов, известными как инвентаризация CO₂», — объясняет Бруннер. Работа, особенно над сложной моделью высокого разрешения, еще не завершена. Но результаты многообещающие. Например, исследователям удалось измерить и смоделировать заметное снижение энергопотребления зимой 2022/23 года: в то время город значительно сократил потребление энергии из-за энергетического кризиса. Модели работают.
Рецепт устойчивого развития
Этот опыт моделирования является еще одной причиной, по которой Цюрих был выбран в качестве пилотного города. «Empa — один из немногих институтов в мире, который объединяет измерения и моделирование под одной крышей», — говорит Эмменеггер. Будучи партнером-учредителем Национальной сети мониторинга загрязнения воздуха (NABEL), которая действует с 1979 года, Empa может оглянуться назад на долгую «карьеру» в определении (следовых) газов в воздухе.
Если в 1970-х годах внимание уделялось исключительно загрязняющим веществам, то сегодня исследователи также изучают углекислый газ и другие парниковые газы. Разрабатывая и сравнивая различные методы и модели измерения в ICOS Cities, они хотят разработать своего рода кулинарную книгу для Цюриха и других городов с различными рецептами мониторинга выбросов CO₂. Проект продлится до 2025 года, после чего наступит очередь городов: что они «приготовят» по рецептам проекта, зависит от них. «Город Цюрих — важный и преданный партнер в проекте», — говорит Эмменеггер. «Мы надеемся, что наши выводы помогут им достичь своих климатических целей».
ИКОС
Интегрированная система наблюдения за выбросами углерода (ICOS) — это европейская исследовательская инфраструктура, которая изучает глобальный углеродный цикл и то, как на него влияет деятельность человека. ICOS в настоящее время собирает стандартизированные, свободно доступные данные с более чем 180 измерительных станций в 16 странах.
Швейцария участвует станциями на Юнгфрауйохе и в Давосе. С помощью проекта ICOS Cities ICOS стремится заложить основу для расширения трех существующих фокусных точек – атмосферы, океанов и экосистем – с включением городов в качестве важных источников выбросов CO₂.
ICOS Швейцарии состоит из учреждений ETH Zurich, Empa и WSL, университетов Берна и Базеля и MeteoSwiss.