Dopo che il pettine a frequenza ottica ha fatto il suo debutto come righello per la luce, sono seguiti gli spin-off, tra cui l'astrocomb per misurare la luce stellare e un sistema a pettine simile a un radar per rilevare le perdite di gas naturale. E adesso, i ricercatori hanno svelato l'"agricomb" per misurare, ehm, rutti di mucca.

L'agricomb potrebbe aiutare a ottimizzare i processi agricoli per ridurre la produzione di gas serra che intrappolano il calore.

I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) e della Kansas State University (KSU) hanno utilizzato l'agricomb del NIST per misurare simultaneamente le emissioni di metano, ammoniaca, anidride carbonica e vapore acqueo dall'atmosfera intorno a un foraggio per bovini da carne in Kansas. L'apparato del NIST, un sistema a due pettini, identifica i gas in traccia in base alle sfumature esatte e alla quantità di luce infrarossa assorbita dall'atmosfera quando la luce del pettine viene inviata avanti e indietro attraverso percorsi all'aperto.

Descritto in Progressi scientifici , la dimostrazione è stata il primo utilizzo di pettini di frequenza in un ambiente agricolo. Il sistema portatile è stato installato all'interno di un rimorchio parcheggiato vicino al feedlot. La luce laser è stata appositamente amplificata e filtrata per mirare a gas specifici.

I ricercatori hanno misurato i gas lungo due percorsi di 100 metri sia sopravento che sottovento da recinti contenenti circa 300 mucche. L'esperimento si è concentrato su metano e ammoniaca perché le emissioni del bestiame, principalmente bovini, sono la più grande fonte statunitense di metano antropogenico, un importante gas serra, e l'ammoniaca è un importante inquinante atmosferico.

Le misurazioni hanno rilevato le emissioni sia dai processi digestivi del bestiame che dal letame sul terreno. L'agricomb ha misurato le concentrazioni di metano e ammoniaca a livelli di parti per milione con una precisione di 25 parti per miliardo. I risultati dell'agricomb per il metano erano paragonabili a quelli di un sensore commerciale che ha campionato l'aria a più ingressi lungo i bordi del lotto di alimentazione. Il sistema a pettine è stato particolarmente utile per l'ammoniaca perché questo gas è appiccicoso e difficile da misurare con i sistemi basati sull'ingresso. Inoltre, l'agricomb può misurare molti gas contemporaneamente, che è impegnativo per i sistemi convenzionali.

Finalmente, mentre i sensori commerciali misuravano più velocemente livelli precisi di fondo, l'agricomb catturava più precisamente i pennacchi sottovento e poteva quindi caratterizzare meglio le fonti di gas, secondo la carta. La maggiore precisione sarà fondamentale per le misurazioni future pianificate del metano da mucche scarsamente distribuite in un pascolo, che è un problema molto più impegnativo.

L'accordo tra le vecchie e le nuove tecniche ispira fiducia che l'agricomb può essere utilizzato per quantificare con precisione i gas in contesti agricoli, la carta suggerisce. I vantaggi dell'agricomb includono la sensibilità a un'ampia gamma di luce infrarossa, alta precisione, rilevamento senza calibrazione di più gas contemporaneamente, e flessibilità del setup di misura. L'abbinamento di due pettini con diverse distanze di "denti" per identificare i colori esatti della luce rende l'analisi più precisa.

La stima delle emissioni di metano dal bestiame è difficile a causa delle variazioni nelle pratiche di gestione e nelle caratteristiche del bestiame negli allevamenti commerciali. Inoltre, ciò che il bestiame mangia influisce sulle emissioni ma non è contabilizzato negli inventari nazionali, portando a grandi incertezze nei modelli di emissione di gas serra, secondo la carta. Il bestiame al foraggio del Kansas mangiava un misto di fieno e insilato di mais.

"Per il futuro il nostro piano è di lavorare con KSU per fare una misurazione del pascolo, dove il bestiame mangia erbe autoctone, " Il fisico del NIST Brian Washburn ha detto. "Il diverso feed, più l'attività microbica nei suoli delle praterie che consumano metano, può significare una produzione atmosferica di metano inferiore nel pascolo rispetto al feedlot. I bovini trascorrono circa il 75% della loro vita al pascolo, quindi questa misura sarebbe più rappresentativa della produzione netta di metano. Questa sarebbe anche una misurazione più difficile, poiché si svolgerebbe su un'area più ampia, circa 500 metri per 500 metri, con meno animali, circa 40 capi."

I ricercatori suggeriscono che l'agricomb può supportare l'agricoltura di precisione - l'uso di nuove tecnologie per aumentare i raccolti - misurando molti gas contemporaneamente su grandi scale spaziali, rendendo possibile la progettazione di allevamenti più puliti e produttivi.