“Agricomb” mede múltiplas emissões de gases de ... vacas

Depois que o pente de frequência óptica fez sua estréia como uma régua para a luz, surgiram os spinoffs, incluindo o “astrocomb” para medir a luz das estrelas e um sistema de pente semelhante ao radar para detectar vazamentos de gás natural. Agora, os pesquisadores revelaram o “agricomb” para medir “arrotos de vaca”. O agrocomb poderia ajudar a otimizar os processos agrícolas para reduzir a produção de gases de efeito estufa que retêm o calor.

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade Estadual do Kansas (KSU) usaram o agrocomb do NIST para medir simultaneamente as emissões de metano, amônia, dióxido de carbono e vapor de água da atmosfera ao redor de um confinamento de gado de corte no Kansas. O aparelho NIST - um sistema de dois pentes - identifica gases residuais com base nas sombras e quantidades exatas de luz infravermelha absorvida pela atmosfera quando a luz do pente é enviada para frente e para trás através de caminhos ao ar livre.

O sistema portátil foi instalado dentro de um trailer estacionado próximo ao confinamento. A luz do laser foi especialmente amplificada e filtrada para atingir gases específicos. Os pesquisadores mediram os gases ao longo de dois caminhos de 100 metros, tanto a favor do vento quanto a favor do vento, de currais contendo cerca de 300 vacas. O experimento concentrou-se em metano e amônia porque as emissões do gado, principalmente o gado, são a maior fonte de metano induzido pelo homem nos EUA, um dos principais gases de efeito estufa; e a amônia é um importante poluente atmosférico.

As medições capturaram as emissões dos processos digestivos do gado e do esterco no solo. O agrocomb mediu as concentrações de metano e amônia em níveis de partes por milhão com uma precisão de 25 partes por bilhão. Os resultados do agrocomb para metano foram comparáveis ​​aos de um sensor comercial que amostrava o ar em várias entradas ao longo das bordas do confinamento. O sistema de pente foi particularmente útil para a amônia porque esse gás é pegajoso e difícil de medir com sistemas que puxam ar para dentro deles. Além disso, o agrocomb pode medir muitos gases simultaneamente, o que é um desafio para os sistemas convencionais.

Finalmente, enquanto os sensores comerciais mediram os níveis de fundo precisos mais rapidamente, o agrocomb capturou com mais precisão as plumas a favor do vento e pôde então caracterizar melhor as fontes de gás, de acordo com os pesquisadores. O aumento da precisão será fundamental para futuras medições planejadas de metano de vacas esparsamente distribuídas em um pasto, o que é um problema muito mais desafiador.

A concordância das técnicas antigas e novas inspira confiança de que o agrocomb pode ser usado para quantificar com precisão os gases em contextos agrícolas. As vantagens do agrocomb incluem sensibilidade a uma ampla faixa de luz infravermelha, alta precisão, detecção sem calibração de vários gases de uma só vez e flexibilidade da configuração de medição. O emparelhamento de dois pentes com diferentes espaçamentos de “dentes” para identificar as cores exatas da luz torna a análise ainda mais precisa.

Estimar as emissões de metano do gado é um desafio devido às variações nas práticas de manejo e nas características do gado em fazendas comerciais. Além disso, o que o gado come afeta as emissões, mas não é contabilizado nos inventários nacionais, levando a grandes incertezas nos modelos de emissão de gases de efeito estufa, segundo os pesquisadores. O gado no confinamento do Kansas comeu uma mistura de feno e silagem de milho.

“Para o futuro, nosso plano é trabalhar com a KSU para fazer uma medição de pastagens, onde o gado come gramíneas nativas”, disse o físico do NIST, Brian Washburn. “A alimentação diferente, mais a atividade microbiana em solos de pastagens que consomem metano, pode significar menos produção de metano atmosférico no pasto do que no confinamento. O gado passa cerca de 75% de sua vida no pasto, então essa medida seria mais representativa da produção líquida de metano. Essa também seria uma medição mais difícil, pois ocorreria em uma área maior, cerca de 500 metros por 500 metros, com menos animais – cerca de 40 cabeças”.

Os pesquisadores sugerem que o agrocomb pode apoiar a agricultura de precisão – o uso de novas tecnologias para aumentar os rendimentos – medindo muitos gases simultaneamente em grandes escalas espaciais, tornando possível projetar fazendas mais limpas e produtivas.