In 2014 werden er 90 raketten gelanceerd naar een baan om de aarde, in 2024 waren dat er 258. Die raketten brachten 2849 objecten naar de ruimte, vooral satellieten. En dat is ruim tien keer meer dan in 2014. Deze spectaculaire groei is vooral te danken aan de opkomst van zogeheten megaconstellaties, netwerken van duizenden satellieten, zoals Starlink van SpaceX. Ramingen voorspellen dat er in 2035 zo’n honderdduizend satellieten om de aarde cirkelen, tegen ruim elfduizend nu. 

Katalysator  

Vrijwel al deze satellieten en de bijbehorende rakettrappen vallen op den duur met snelheden van duizenden kilometers per uur terug naar de aarde, waarbij ze hoog in de atmosfeer verbranden. Zo’n reentry werd tot voor kort gezien werd als een probleemloze oplossing. Maar met deze aantallen is dat niet meer automatisch het geval, waarschuwden José Ferreira van de University of California in Los Angeles (UCLA) en collega’s eind 2024 in een artikel in Geophysical Research Letters. 

‘Reentry-scenario’s van megaconstellaties wijzen op 360 ton aluminiumoxide per jaar; dat kan de ozonlaag significant aantasten’  

Ze voerden een simulatie uit van de reentry van een doorsnee satelliet van 250 kilogram, die voor het grootste deel uit aluminium bestaat. Zo’n reentry brengt ongeveer 30 kilogram aan nanodeeltjes van aluminium-oxide, ofwel alumina, in de atmosfeer. Een van de mogelijke effecten daarvan is op de ozonlaag, die het leven op aarde beschermt tegen schadelijke ultraviolette straling. Alumina werkt namelijk als katalysator voor de reactie tussen chloor en ozon. Toen onderzoekers er in de jaren tachtig achter kwamen dat chloorfluorkoolwaterstoffen vrijkomend uit koelinstallaties de ozonlaag aantastten, werden maatregelen genomen, waardoor het gat aan de ozonlaag zich langzaam aan het herstellen is.

‘Maar reentry-scenario’s van megaconstellaties wijzen op 360 ton aluminiumoxide per jaar, wat kan leiden tot significante ozon-aantasting’, schrijven de onderzoekers. Ze wijzen er daarnaast op dat de alumina-deeltjes zonlicht absorberen. Dat leidt tot opwarming van de hogere atmosfeer, wat een koelend effect op lagere luchtlagen zou inhouden. Maar de deeltjes zouden ook door de aarde teruggestraalde straling kunnen reflecteren, een broeikaseffect dat tot opwarming leidt. Ook hier is de balans van effecten nog slecht begrepen, zegt Ferreira.  

Meetcampagne 

Op zichzelf is het niet verrassend dat verbrandende satellieten aluminiumoxide opleveren, zegt Ferreira, maar de afmetingen van de verbrandingsproducten waren dat wel. In hun molecular dynamics-simulatie namen de onderzoekers niet alleen de chemische reactie tussen aluminium en zuurstof mee, maar ook de fysieke invloed van de extreme snelheden van een reentry. Ferreira: ‘We dachten dat de deeltjes micrometers groot zouden zijn, maar het onderzoek wijst erop dat we in het nanometer-regime terechtkomen.’ Het gevolg is dat de deeltjes een relatief groter reactie-oppervlak hebben en trager naar beneden vallen. Ze kunnen daardoor tientallen jaren in de atmosfeer blijven hangen. 

‘De balans van effecten is nog slecht begrepen’

José Ferreira (UCLA)

Bovendien wijzen niet alleen simulaties, maar ook metingen op een toename van ruimtevaart-resten in de hoge atmosfeer. Daniel Murphy van de Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en collega’s publiceerden in PNAS de resultaten van een meetcampagne met vliegtuigen op grote hoogte. Tien procent van de zwavelzuurdeeltjes in de atmosfeer, die daar van nature voorkomen door vulkanisme, bevatte metalen zoals aluminium, koper, en lithium, in ruwweg dezelfde verhoudingen als waarin ze in satellieten worden verwerkt. Reentries drukken nu dus al hun stempel op samenstelling van de bovenste atmosfeerlagen. 

Opwarmend effect 

Daarnaast hebben ook roet en stikstofoxide afkomstig van de ruimtevaart effecten op de atmosfeerchemie, becijferden onderzoekers van University College London in een publicatie in Earth’s Future. Roet ontstaat bij lanceringen door de verbranding van raketbrandstoffen als kerosine en methaan, maar ook bij reentries. Weliswaar zijn de hoeveelheden veel kleiner dan die van bronnen op aarde, maar doordat ze in hoge atmosfeerlagen terechtkomen, kan het opwarmende effect tot wel 500 keer zo groot worden. Daarnaast ontstaat er tijdens reentries ook stikstofoxide: door de extreme temperaturen reageren het normaal inerte stikstof en zuurstof in de lucht met elkaar tot stikstofmonoxide, dat ook weer de ozonlaag kan aantasten. 

Het effect van de ozonaantasting is tot nog toe bescheiden, zegt Connor Barker, een van de UCL-onderzoekers. ‘In 2022 veroorzaakten bronnen op aarde 2 procent ozon-aantasting, en daarvan komt maar 0,1 procent voor rekening van de ruimtevaart’, zegt Barker. Dat is dus maar een twintigste. Maar dat aandeel zal vrijwel zeker toenemen. Barker: ‘Er is eigenlijk een grote overlap met geo-engineering, waarbij we met opzet deeltjes in de atmosfeer brengen om het klimaat te beïnvloeden.’ Volgens Ferreira is naast meer onderzoek, op den duur ook regelgeving nodig voor de ruimtevaart. ‘We zeggen niet: dit gaat de ozonlaag vernietigen. We weten het gewoon niet, maar we weten wel dat we hier aandacht aan moeten besteden.’