Después de que el peine de frecuencia óptica hizo su debut como regla para la luz, siguieron los efectos secundarios, incluido el astrocomb para medir la luz de las estrellas y un sistema de peine tipo radar para detectar fugas de gas natural .
por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
Y ahora, los investigadores han desvelado la «bomba agrícola» para medir, ejem, los eructos de las vacas. La bomba agrícola 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 la bomba agrícola del 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 NIST, un sistema de dos peines, identifica los gases traza basándose en los tonos 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.
Descrita en Science Advances , la demostración fue el primer uso de peines de frecuencia en un entorno agrícola. 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 en contra del viento como a favor del viento desde corrales que contenían alrededor de 300 vacas. El experimento se centró en el metano y el amoníaco porque las emisiones del ganado, principalmente el ganado, son la fuente más grande de metano antropogénico en los Estados Unidos, un gas de efecto invernadero importante, y el amoníaco es un contaminante atmosférico importante.
Las mediciones capturaron las emisiones tanto de los procesos digestivos del ganado como del estiércol en el suelo. La 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 la bomba agrícola para el metano fueron comparables a los de un sensor comercial que muestreó el 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 de entrada. Además, la bomba agrícola puede medir muchos gases simultáneamente, lo que es un desafío para los sistemas convencionales.
Finalmente, mientras que los sensores comerciales midieron los niveles de fondo precisos más rápido, la bomba agrícola capturó con mayor precisión las plumas a favor del viento y luego podría caracterizar mejor las fuentes de gas, según el documento. La mayor precisión será fundamental para las mediciones futuras planificadas de metano de vacas distribuidas escasamente en un pasto, que es un problema mucho más desafiante.
La concordancia de las técnicas antiguas y nuevas inspira confianza en que la bomba agrícola se puede utilizar para cuantificar con precisión los gases en contextos agrícolas, sugiere el documento. Las ventajas de la bomba agrícola incluyen 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. Emparejar dos peines con diferentes espacios de «dientes» para identificar los colores exactos de la luz hace que el análisis sea 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 el documento. El ganado en el corral de engorda de Kansas comió una mezcla de heno y ensilado de maíz.
«Para el futuro, nuestro plan es trabajar con KSU para realizar una medición de pastos, donde el ganado se alimenta de pastos nativos», dijo el físico del NIST Brian Washburn. «Los diferentes piensos, más la actividad microbiana en los suelos de los pastizales que consumen metano, pueden significar una menor producción de metano atmosférico en los pastos que en el corral de engorda. El ganado pasa alrededor del 75% de su vida en los pastos, 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, alrededor de 500 metros por 500 metros, con menos animales, alrededor de 40 cabezas «.
Los investigadores sugieren que la bomba agrícola puede respaldar la agricultura de precisión (el uso de nueva tecnología para aumentar los rendimientos) midiendo muchos gases simultáneamente en grandes escalas espaciales, lo que hace posible diseñar granjas más limpias y productivas.
