NIST & KSU Perkenalkan 'Agricomb' untuk Mengukur Emisi Gas Rumah Kaca Sapi secara Tepat
Setelah optical frequency comb muncul sebagai penggaris untuk cahaya, spinoff berikutnya, termasuk "astrocomb" untuk mengukur cahaya bintang dan sistem komparasi seperti radar untuk mendeteksi kebocoran gas alami. Sekarang, peneliti telah memperkenalkan "agricomb" untuk mengukur "diare sapi." Agricomb dapat membantu mengoptimalkan proses pertanian untuk mengurangi produksi gas rumah kaca yang menangkap panas.
Peneliti dari National Institute of Standards and Technology (NIST) dan Kansas State University (KSU) menggunakan agricomb NIST untuk secara simultan mengukur emisi metana, amonia, karbon dioksida, dan uap air dari atmosfer di sekitar kandang sapi potong di Kansas. Alat NIST — sistem dua comb — mengidentifikasi gas jejak berdasarkan bayangan dan jumlah cahaya inframerah yang diserap oleh atmosfer ketika cahaya comb dikirim kembali dan maju di seluruh jalur udara terbuka.
Sistem portabel diatur di dalam trailer yang diparkir di samping kandang. Cahaya laser difilter khusus dan difilter untuk menargetkan gas tertentu. Peneliti mengukur gas di sepanjang dua jalur 100 meter baik di hilir maupun di hilir dari kandang yang berisi sekitar 300 sapi. Eksperimen difokuskan pada metana dan amonia karena emisi dari ternak, terutama sapi, adalah sumber AS terbesar dari metana yang diinduksi manusia, gas rumah kaca utama; dan amonia adalah polutan atmosfer penting.
Pengukuran menangkap emisi dari proses pencernaan sapi dan dari kotoran di tanah. Agricomb mengukur konsentrasi metana dan amonia pada tingkat parts-per-million dengan presisi 25 parts per billion. Hasil agricomb untuk metana setara dengan sensor komersial yang menyapu udara di beberapa inlet di tepi kandang. Sistem comb sangat berguna untuk amonia karena gas ini lengket dan sulit diukur dengan sistem yang menarik udara ke dalamnya. Selain itu, agricomb dapat mengukur banyak gas secara bersamaan, yang sulit bagi sistem konvensional.
Akhirnya, sementara sensor komersial mengukur tingkat latar belakang yang tepat lebih cepat, agricomb lebih presisi menangkap pluma di hilir dan kemudian dapat lebih baik mengkarakterisasi sumber gas, menurut peneliti. Presisi yang ditingkatkan akan kritis untuk pengukuran masa depan yang direncanakan metana dari sapi yang tersebar jarak di padang rumput, yang merupakan masalah yang jauh lebih menantang.
Persetujuan teknik lama dan baru memberikan kepercayaan bahwa agricomb dapat digunakan untuk mengukur gas secara akurat dalam konteks pertanian. Keuntungan agricomb termasuk sensitivitas terhadap rentang inframerah yang luas, presisi tinggi, deteksi bebas kalibrasi beberapa gas sekaligus, dan fleksibilitas pengaturan pengukuran. Pasangan dua comb dengan spasi "gigi" yang berbeda untuk mengidentifikasi warna cahaya yang tepat membuat analisis bahkan lebih presisi.
Mengestimasi emisi metana dari ternak menantang karena variasi dalam praktik manajemen dan karakteristik sapi di pertanian komersial. Selain itu, apa yang dimakan sapi mempengaruhi emisi tetapi tidak diperhitungkan dalam inventaris nasional, yang mengakibatkan ketidakpastian besar dalam model emisi gas rumah kaca, menurut peneliti. Sapi di kandang Kansas makan campuran jerami dan silase jagung.
"Untuk masa depan rencana kami adalah untuk bekerja sama dengan KSU untuk melakukan pengukuran padang rumput, di mana sapi makan rumput asli," kata ilmuwan fisika NIST Brian Washburn. "Pakan yang berbeda, plus aktivitas mikroba di tanah padang rumput yang mengkonsumsi metana, mungkin berarti produksi metana atmosfer yang lebih kecil di padang rumput dibandingkan kandang. Sapi menghabiskan sekitar 75% hidup mereka di padang rumput, jadi pengukuran ini akan lebih representatif dari produksi metana bersih. Ini juga akan menjadi pengukuran yang lebih sulit, karena akan dilakukan di area yang lebih luas, sekitar 500 meter kali 500 meter, dengan lebih sedikit hewan — sekitar 40 ekor."
Peneliti menyarankan bahwa agricomb dapat mendukung pertanian presisi — penggunaan teknologi baru untuk meningkatkan hasil panen — dengan mengukur banyak gas secara bersamaan atas skala spasial besar, sehingga memungkinkan untuk merancang pertanian yang lebih bersih dan lebih produktif.
