I caseifici producono grandi quantità di due cose:latte e cacca. Il latte si fa strada in prelibatezze come cioccolata calda e panini al formaggio grigliato, ma la cacca si accumula.

I produttori di latte raschiano il disordine in stagni artificiali chiamati lagune di letame, dove i microbi anaerobici lo scompongono in metano, un potente gas serra. Il metano intrappola l'80% di calore in più nell'atmosfera rispetto all'anidride carbonica, contribuendo a circa un quarto dei cambiamenti climatici fino ad oggi. Anche il tubo digerente della mucca produce metano e lo rilascia quando la mucca rutta.

Circa il 50% del metano emesso dalla California proviene da allevamenti. Al fine di soddisfare severi obiettivi climatici, lo stato ha proposto modi per regolare le emissioni di metano dei prodotti lattiero-caseari. Ma questi sforzi si scontrano con un grosso problema:attualmente non esiste un modo affidabile per i produttori di latte di misurare la quantità di metano prodotta nella loro azienda agricola.

La quantità di metano prodotta dipende dal numero di mucche, dalla loro dieta, dal clima e da quanto è umido il letame. Le stime di quanto metano produce un'azienda agricola sono quindi incerte. Le misurazioni effettuate tramite satellite o aereo forniscono le stime più accurate, ma questi strumenti sono costosi e non sempre funzionano a livello di singole aziende agricole.

Il collega post-dottorato dell'UC Riverside Javier Gonzalez-Rocha vuole cambiarlo. Sta lavorando con la professoressa di ingegneria meccanica Akula Venkatram e la professoressa di scienze ambientali Francesca Hopkins per sviluppare sistemi robotici aerei in grado di quantificare le emissioni di metano direttamente su una specifica struttura casearia.

Per raggiungere questo obiettivo, Gonzalez-Rocha ha sviluppato un nuovo metodo per estrarre le stime della velocità del vento dai disturbi al movimento dei droni causati dal vento. Questo algoritmo è stato adattato a un sistema "air core" basato su droni sviluppato dal professore di ingegneria ambientale Don Collins e dallo studente laureato Zihan Zhu.

Un nucleo d'aria è simile a un nucleo di ghiaccio, una spina di ghiaccio estratta da un ghiacciaio che può rivelare cambiamenti nella composizione atmosferica nel tempo. Combinando la velocità del vento e le capacità di misurazione del nucleo dell'aria, i droni possono aiutare a rilevare, localizzare e stimare le emissioni di metano su scale spaziali fini altrimenti difficili da risolvere utilizzando le tecniche standard di misurazione del vento e della composizione dell'aria. La capacità dei droni di librarsi e manovrare in ambienti vincolati, dove è difficile per i velivoli ad ala fissa convenzionali operare, offre anche nuove possibilità per ottenere osservazioni mirate dei gas serra nella bassa atmosfera.

Il lavoro condotto da Gonzalez-Rocha e Zhu produrrà presto nuove scoperte sull'affidabilità delle misurazioni atmosferiche basate sui droni rispetto ai sensori convenzionali di composizione dell'aria e del vento.

Gonzalez-Rocha sta testando i droni presso il sito delle operazioni agricole dell'UCR e presso le aziende lattiero-casearie in California, dove li sta utilizzando per misurare le concentrazioni di metano a diverse distanze sottovento dalle fonti di emissione. Comprendere come variano le concentrazioni di metano in diverse posizioni sottovento è fondamentale per quantificare le fonti di emissione.

Sebbene le tecniche sviluppate da Gonzalez-Rocha e Zhu siano nella loro fase iniziale, rimane un grande potenziale per migliorare l'accuratezza delle misurazioni basate sui droni. Il lavoro in corso sta esplorando un sistema con nucleo d'aria multi-ingresso per campionare la composizione dell'aria a più altezze contemporaneamente mentre il drone si muove attraverso un pennacchio di metano. I ricercatori ritengono di essere sulla buona strada per consentire agli agricoltori di utilizzare questa tecnologia entro i prossimi 5-10 anni.