“Agricomb” mide múltiples emisiones de gases de... vacas

Después de que el peine de frecuencia óptica hiciera su debut como regla para la luz, le siguieron otros productos derivados, incluido el "astrocomb" para medir la luz de las estrellas y un sistema de peine similar a un radar para detectar fugas de gas natural. Ahora, los investigadores han presentado el "agricomb" para medir los "eructos de vaca". El agricomb podría ayudar a optimizar los procesos agrícolas para reducir la producción de gases de efecto invernadero que atrapan el calor.

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad Estatal de Kansas (KSU) utilizaron el agricomb de NIST para medir simultáneamente las emisiones de metano, amoníaco, dióxido de carbono y vapor de agua de la atmósfera alrededor de un corral de engorde de ganado vacuno en Kansas. El aparato del NIST, un sistema de dos peines, identifica los gases traza según los matices exactos y las cantidades de luz infrarroja absorbida por la atmósfera cuando la luz del peine se envía de un lado a otro a través de caminos al aire libre.

El sistema portátil se instaló dentro de un remolque estacionado al lado del corral de engorde. La luz láser se amplificó y filtró especialmente para apuntar a gases específicos. Los investigadores midieron los gases a lo largo de dos caminos de 100 metros, tanto a barlovento como a favor del viento, desde corrales que contenían unas 300 vacas. El experimento se centró en el metano y el amoníaco porque las emisiones del ganado, principalmente del ganado, son la fuente más grande de metano inducido por el hombre en los EE. UU., uno de los principales gases de efecto invernadero; y el amoníaco es un contaminante atmosférico importante.

Las mediciones capturaron las emisiones de los procesos digestivos del ganado y del estiércol en el suelo. El agricomb midió las concentraciones de metano y amoníaco a niveles de partes por millón con una precisión de 25 partes por mil millones. Los resultados de Agricomb para el metano fueron comparables a los de un sensor comercial que tomó muestras del aire en múltiples entradas a lo largo de los bordes del corral de engorde. El sistema de peine fue particularmente útil para el amoníaco porque este gas es pegajoso y difícil de medir con sistemas que introducen aire en ellos. Además, el agricomb puede medir muchos gases simultáneamente, lo cual es un desafío para los sistemas convencionales.

Finalmente, mientras que los sensores comerciales midieron los niveles de fondo precisos más rápido, el agricomb capturó con mayor precisión las columnas a favor del viento y luego pudo caracterizar mejor las fuentes de gas, según los investigadores. La mayor precisión será fundamental para futuras mediciones planificadas de metano de vacas escasamente distribuidas en un pastizal, que es un problema mucho más desafiante.

El acuerdo de las técnicas antiguas y nuevas inspira confianza en que el agricomb se puede utilizar para cuantificar con precisión los gases en contextos agrícolas. Las ventajas del agricomb incluyen la sensibilidad a una amplia gama de luz infrarroja, alta precisión, detección sin calibración de múltiples gases a la vez y flexibilidad de la configuración de medición. La combinación de dos peines con diferentes espacios de "dientes" para identificar los colores exactos de la luz hace que el análisis sea aún más preciso.

La estimación de las emisiones de metano del ganado es un desafío debido a las variaciones en las prácticas de manejo y las características del ganado en las granjas comerciales. Además, lo que come el ganado afecta las emisiones, pero no se contabiliza en los inventarios nacionales, lo que genera grandes incertidumbres en los modelos de emisión de gases de efecto invernadero, según los investigadores. El ganado en el corral de engorde de Kansas comió una mezcla de heno y ensilado de maíz.

“Para el futuro, nuestro plan es trabajar con KSU para hacer una medición de pastos, donde el ganado come pastos nativos”, dijo Brian Washburn, físico del NIST. “La alimentación diferente, más la actividad microbiana en los suelos de los pastizales que consumen metano, puede significar una menor producción de metano atmosférico en el pasto que en el corral de engorde. El ganado pasa alrededor del 75% de su vida en el pasto, por lo que esta medida sería más representativa de la producción neta de metano. Esta también sería una medición más difícil, ya que se llevaría a cabo en un área más grande, de unos 500 metros por 500 metros, con menos animales, unas 40 cabezas".

Los investigadores sugieren que el agricomb puede respaldar la agricultura de precisión (el uso de nueva tecnología para aumentar los rendimientos) al medir muchos gases simultáneamente en grandes escalas espaciales, lo que hace posible diseñar granjas más limpias y productivas.