Agricomb måler flere gasemissioner fra... køer

Efter at den optiske frekvenskam fik sin debut som lineal for lys, spinoffs fulgte, inklusive astrokomben til at måle stjernelys og et radarlignende kamsystem til at opdage naturgaslækager. Og nu, forskere har afsløret "agricomb" for at måle, ahem, ko bøvser.

Agricomb kan hjælpe med at optimere landbrugsprocesser for at reducere produktionen af ​​varmefangende drivhusgasser.

Forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) og Kansas State University (KSU) brugte NISTs agricomb til samtidig at måle emissioner af metan, ammoniak, kuldioxid og vanddamp fra atmosfæren omkring en foderplads til kødkvæg i Kansas. NIST-apparatet - et to-kam-system - identificerer sporgasser baseret på de nøjagtige nuancer og mængder af infrarødt lys, der absorberes af atmosfæren, når kamlyset sendes frem og tilbage på tværs af friluftsveje.

Beskrevet i Videnskabens fremskridt , demonstrationen var den første brug af frekvenskamme i landbrugsmiljøer. Det bærbare system blev sat op inde i en trailer parkeret ved siden af ​​foderpladsen. Laserlyset blev specielt forstærket og filtreret for at målrette specifikke gasser.

Forskere målte gasser langs to 100 meter lange stier både opad og nedad fra stier med omkring 300 køer. Forsøget fokuserede på metan og ammoniak, fordi emissioner fra husdyr, hovedsageligt kvæg, er den største amerikanske kilde til menneskeskabt metan, en stor drivhusgas, og ammoniak er et vigtigt atmosfærisk forurenende stof.

Målingerne fangede emissioner fra både kvægets fordøjelsesprocesser og gødning på jorden. Agricomb målte både metan- og ammoniakkoncentrationer i ppm-niveauer med en præcision på 25 ppm. Agricomb-resultaterne for metan var sammenlignelige med resultaterne fra en kommerciel sensor, der prøvede luften ved flere indløb langs foderpladsens kanter. Kamsystemet var særligt anvendeligt til ammoniak, fordi denne gas er klæbrig og svær at måle med indløbsbaserede systemer. Ud over, agricomb kan måle mange gasser samtidigt, hvilket er udfordrende for konventionelle systemer.

Endelig, mens de kommercielle sensorer målte præcise baggrundsniveauer hurtigere, agricomb fangede mere præcist nedvindsfaner og kunne derefter bedre karakterisere gaskilderne, ifølge avisen. Den øgede præcision vil være afgørende for planlagte fremtidige målinger af metan fra tyndt fordelte køer på en græsgang, hvilket er et meget mere udfordrende problem.

Enigheden mellem de gamle og nye teknikker giver tillid til, at agricomb kan bruges til nøjagtigt at kvantificere gasser i landbrugssammenhænge, avisen foreslår. Fordelene ved agricomb omfatter følsomhed over for en bred vifte af infrarødt lys, høj præcision, kalibreringsfri detektering af flere gasser på én gang, og fleksibilitet i måleopsætningen. Parring af to kamme med forskellige "tænder" for at identificere nøjagtige lysfarver gør analysen mere præcis.

Det er udfordrende at estimere metan-emissioner fra husdyr på grund af variationer i forvaltningspraksis og kvægkarakteristika i kommercielle gårde. Ud over, hvad kvæget spiser, påvirker emissionerne, men der er ikke taget højde for i nationale opgørelser, fører til store usikkerheder i drivhusgasemissionsmodeller, ifølge avisen. Kvæget på Kansas foderplads spiste en blanding af hø og majsensilage.

"For fremtiden er vores plan at arbejde sammen med KSU for at lave en græsningsmåling, hvor kvæget spiser indfødte græsser, " NIST-fysiker Brian Washburn sagde. "Det anderledes foder, plus mikrobiel aktivitet i græsarealer, der forbruger metan, kan betyde mindre atmosfærisk metanproduktion i græsningen end i foderpladsen. Kvæget tilbringer omkring 75 % af deres liv på græsningen, så denne måling ville være mere repræsentativ for nettometanproduktionen. Dette ville også være en sværere måling, da det ville foregå over et større område, omkring 500 meter gange 500 meter, med færre dyr, omkring 40 hoved."

Forskerne foreslår, at agricomb kan understøtte præcisionslandbrug - brugen af ​​ny teknologi til at øge udbyttet - ved at måle mange gasser samtidigt over store rumlige skalaer, gør det muligt at designe renere og mere produktive landbrug.