NIST y KSU Presentan 'Agricomb' para Medir Precisamente Emisiones de Gases de Efecto Invernadero de Vacas

Tras el debut del peine de frecuencia óptica como regla para la luz, siguieron derivados, incluyendo el "astropeine" para medir luz estelar y un sistema de peine tipo radar para detectar fugas de gas natural. Ahora, investigadores han presentado el "agricomb" para medir "eructos de vacas". El agricomb podría ayudar a optimizar procesos agrícolas para reducir producción de gases de efecto invernadero que atrapan calor.

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad Estatal de Kansas (KSU) usaron el agricomb de NIST para medir simultáneamente 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 NIST —un sistema de dos peines— identifica gases traza basándose en los tonos exactos y cantidades de luz infrarroja absorbida por la atmósfera cuando la luz del peine se envía de ida y vuelta a través de caminos al aire libre.

El sistema portátil se instaló dentro de un remolque aparcado junto al corral. La luz láser se amplificó y filtró especialmente para gases objetivo. Los investigadores midieron gases a lo largo de dos caminos de 100 metros tanto a favor como en contra del viento desde corrales con unas 300 vacas. El experimento se centró en metano y amoníaco porque emisiones de ganado, principalmente vacuno, son la mayor fuente estadounidense de metano inducido por humanos, un importante gas de efecto invernadero; y el amoníaco es un contaminante atmosférico importante.

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

Finalmente, mientras los sensores comerciales medían niveles de fondo precisos más rápido, el agricomb capturó con más precisión penachos a favor del viento y pudo caracterizar mejor las fuentes de gas, según los investigadores. La mayor precisión será crítica para futuras mediciones planeadas de metano de vacas dispersas en pastos, un problema mucho más desafiante.

El acuerdo de las técnicas viejas y nuevas inspira confianza en que el agricomb puede usarse para cuantificar gases con precisión en contextos agrícolas. Ventajas del agricomb incluyen sensibilidad a amplio rango de luz infrarroja, alta precisión, detección sin calibración de múltiples gases a la vez, y flexibilidad del montaje de medición. Emparejar dos peines con diferentes espaciados de "dientes" para identificar colores exactos de luz hace el análisis aún más preciso.

Estimar emisiones de metano de ganado es desafiante por variaciones en prácticas de manejo y características del ganado en granjas comerciales. Además, lo que comen las vacas afecta emisiones pero no se contabiliza en inventarios nacionales, llevando a grandes incertidumbres en modelos de emisiones de gases de efecto invernadero, según investigadores. El ganado en el corral de Kansas comía mezcla de heno y ensilado de maíz.

"Para el futuro nuestro plan es trabajar con KSU para medir en pastos, donde el ganado come pastos nativos", dijo el físico de NIST Brian Washburn. "La diferente alimentación, más actividad microbiana en suelos de pastizales que consumen metano, puede significar menos producción de metano atmosférico en pastos que en corrales. El ganado pasa ~75% de su vida en pastos, así que esta medición sería más representativa de producción neta de metano. También sería medición más difícil, en área mayor, ~500x500 metros, con menos animales —unas 40 cabezas."

Los investigadores sugieren que el agricomb puede apoyar agricultura de precisión —uso de nueva tecnología para aumentar rendimientos— midiendo muchos gases simultáneamente en grandes escalas espaciales, permitiendo diseñar granjas más limpias y productivas.