Hvordan droner kan hjælpe mælkebedrifter med at håndtere metan-emissioner

Mælkekvægsbedrifter producerer store mængder af to ting:mælk og afføring. Mælk finder vej til delikatesser som varm kakao og grillede ostesandwicher, men afføringen hober sig bare op.

Mælkebønder bulldocerer rodet til kunstige damme kaldet gødningslaguner, hvor anaerobe mikrober nedbryder det til metan, en kraftig drivhusgas. Metan fanger 80 % mere varme i atmosfæren end kuldioxid, hvilket bidrager til omkring en fjerdedel af klimaændringerne til dato. Koens fordøjelseskanal producerer også metan og frigiver det, når koen bøvser.

Omkring 50 % af den metan, som Californien udleder, kommer fra mælkebedrifter. For at opfylde strenge klimamål har staten foreslået måder at regulere udledningen af ​​mejerimetan på. Men disse bestræbelser støder på et stort problem:Der er i øjeblikket ikke en pålidelig måde for mælkeproducenter at måle mængden af ​​metan produceret på deres bedrift.

Mængden af ​​produceret metan afhænger af antallet af køer, deres kost, vejret og hvor våd gødningen opbevares. Skøn over, hvor meget metan en bedrift producerer, er derfor usikre. Målinger foretaget med satellit eller fly giver de mest nøjagtige estimater, men disse værktøjer er dyre og fungerer ikke altid på niveau med individuelle bedrifter.

Det vil UC Riverside postdoc Javier Gonzalez-Rocha ændre på. Han arbejder sammen med professor i maskinteknik Akula Venkatram og professor i miljøvidenskab Francesca Hopkins for at udvikle robotsystemer til luften, der kan kvantificere metan-emissioner direkte over et specifikt mejeri.

For at nå dette mål har Gonzalez-Rocha udviklet en ny metode til at udtrække vindhastighedsestimater fra forstyrrelser til dronebevægelser forårsaget af vind. Denne algoritme er blevet tilpasset til et dronebaseret "luftkernesystem" udviklet af miljøingeniørprofessor Don Collins og kandidatstuderende Zihan Zhu.

En luftkerne ligner en iskerne, en isprop trukket fra en gletsjer, der kan afsløre ændringer i atmosfærisk sammensætning over tid. Ved at kombinere vindhastighed og luftkernemålingsevner kan droner hjælpe med at detektere, lokalisere og estimere metanemissioner i fine rumlige skalaer, ellers vanskelige at løse ved hjælp af standard måleteknikker for vind og luftsammensætning. Drones evne til at svæve og manøvrere i begrænsede miljøer, hvor det er vanskeligt for konventionelle fastvingede fly at operere, giver også nye muligheder for at opnå målrettede observationer af drivhusgasser i den lavere atmosfære.

Arbejdet, der ledes af Gonzalez-Rocha og Zhu, vil snart give nye resultater, der adresserer pålideligheden af ​​drone-baserede atmosfæriske målinger sammenlignet med konventionelle vind- og luftsammensætningssensorer.

Gonzalez-Rocha tester dronerne på UCR's landbrugsdriftssted og på mælkebedrifter i Californien, hvor han bruger dem til at måle metankoncentrationer i forskellige afstande medvind fra emissionskilder. Forståelse af, hvordan metankoncentrationer varierer på forskellige steder i medvind, er afgørende for at kvantificere emissionskilder.

Selvom teknikkerne udviklet af Gonzalez-Rocha og Zhu er i deres spæde fase, er der stadig et stort potentiale for at forbedre nøjagtigheden af ​​drone-baserede målinger. Igangværende arbejde er at udforske et luftkernesystem med flere indløb for at prøve luftsammensætning i flere højder samtidigt, mens dronen bevæger sig hen over en metanfane. Forskerne mener, at de er på kursus for landmænd, der skal bruge denne teknologi inden for de næste 5 til 10 år.