NIST e KSU Apresentam 'Agricomb' para Medir Precisamente Emissões de Gases de Efeito Estufa de Vacas

Após o pente de frequência óptica estrear como uma régua para a luz, surgiram spinoffs, incluindo o "astrocomb" para medir luz estelar e um sistema de pente tipo radar para detectar vazamentos de gás natural. Agora, pesquisadores revelaram o "agricomb" para medir "arrotos de vaca". O agricomb pode ajudar a otimizar processos agrícolas para reduzir a produção de gases de efeito estufa que retêm calor.

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade Estadual do Kansas (KSU) usaram o agricomb do NIST para medir simultaneamente 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 aparato do NIST — um sistema de dois pentes — identifica gases traço baseados nas exatas tonalidades e quantidades de luz infravermelha absorvida pela atmosfera quando a luz do pente é enviada de ida e volta através de caminhos de ar aberto.

O sistema portátil foi configurado dentro de um trailer estacionado próximo ao confinamento. A luz laser foi especialmente amplificada e filtrada para atingir gases específicos. Pesquisadores mediram gases ao longo de dois caminhos de 100 metros tanto a favor quanto contra o vento de currais contendo cerca de 300 vacas. O experimento focou em metano e amônia porque emissões de gado, principalmente bovinos, são a maior fonte dos EUA de metano induzido por humanos, um importante gás de efeito estufa; e a amônia é um importante poluente atmosférico.

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

Finalmente, embora os sensores comerciais medissem níveis de fundo precisos mais rápido, o agricomb capturou com mais precisão plumas a favor do vento e pôde então caracterizar melhor as fontes de gás, segundo os pesquisadores. A precisão aumentada será crítica para medições futuras planejadas de metano de vacas esparsamente distribuídas em pastagens, um problema muito mais desafiador.

A concordância das técnicas antigas e novas inspira confiança de que o agricomb pode ser usado para quantificar gases com precisão em contextos agrícolas. Vantagens do agricomb incluem sensibilidade a uma ampla gama de luz infravermelha, alta precisão, detecção sem calibração de múltiplos gases de uma vez, e flexibilidade da configuração de medição. Emparelhar dois pentes com diferentes espaçamentos de "dentes" para identificar cores exatas de luz torna a análise ainda mais precisa.

Estimar emissões de metano de gado é desafiador devido a variações em práticas de manejo e características do gado em fazendas comerciais. Além disso, o que o gado come afeta emissões, mas não é contabilizado em inventários nacionais, levando a grandes incertezas em 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 em pastagem, onde o gado come gramas nativas", disse o físico do NIST Brian Washburn. "A ração diferente, mais a atividade microbiana em solos de pastagem que consomem metano, pode significar menos produção de metano atmosférico na pastagem do que no confinamento. O gado passa cerca de 75% de sua vida na pastagem, então esta medição seria mais representativa da produção líquida de metano. Isso 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 agricomb pode apoiar agricultura de precisão — o uso de nova tecnologia para aumentar rendimentos — medindo muitos gases simultaneamente em grandes escalas espaciais, tornando possível projetar fazendas mais limpas e produtivas.