Le analisi dei gas ambientali, che in precedenza richiedevano mesi di lavoro di laboratorio, possono ora essere eseguite rapidamente sul campo. Un gruppo di scienziati Eawag ha sviluppato uno spettrometro di massa portatile che consente misurazioni in loco ed è stato creato uno spin-off per commercializzare il nuovo sistema.

Quali sono gli effetti dei gas vulcanici che si accumulano nel Lago Kivu nell'Africa centrale? Come funziona la rete idrica del Reno nei pressi di Pratteln? Qual è il modo migliore per controllare le emissioni di gas serra di una discarica nella Svizzera nordorientale? Le risposte a domande come queste possono essere fornite da uno spettrometro di massa portatile di nuova concezione – dai ricercatori chiamato “miniRuedi” – che consente di analizzare campioni di gas e acqua in loco e in tempo reale. Per esempio, le concentrazioni di diversi gas sono state determinate in una discarica durante una campagna di misura di un giorno. Questo studio supporta le misure di ottimizzazione per aerare la discarica al fine di ridurre la formazione di metano, un forte gas serra.

Sistema in valigia

Il fisico ambientale Eawag Matthias Brennwald, che ha sviluppato lo spettrometro di massa portatile, spiega:"Il nostro strumento, del peso di 13 chilogrammi e montato in una valigia con ruote, può essere portato nelle località più remote. Una volta installato in loco, il Mini-Ruedi può misurare i gas in modo immediato ed efficiente utilizzando campioni molto piccoli, quindi non interferisce con le dinamiche naturali dell'ambiente." Il sistema, che può operare in autonomia, fornisce misurazioni continue di un'ampia gamma di gas. Si possono così individuare immediatamente i luoghi ei tempi più idonei per il campionamento. È anche possibile il funzionamento a lungo termine. Come sottolinea Brennwald, “Analisi che in passato sarebbero state inconcepibili – anche per ragioni finanziarie, poiché avrebbero richiesto mesi di lavoro di laboratorio, ora sono improvvisamente possibili".

Due settimane invece di sei anni

Per esempio, utilizzando il Mini-Ruedi, il team Eawag ha avuto bisogno solo di due settimane per completare un progetto di analisi delle acque sotterranee in Australia. Con metodi e strumenti convenzionali, Brennwald stime, il team avrebbe richiesto circa sei anni di laboratorio. Ciò nonostante, la precisione delle misurazioni del nuovo sistema è notevole, con un'incertezza analitica dall'uno al tre per cento (contro l'uno all'uno e mezzo per cento per un molto più costoso, spettrometro da laboratorio). Altri vantaggi offerti dal sistema sono il basso consumo energetico (50 watt, non più di una lampadina tradizionale) e funzionamento esente da manutenzione. Brennwald sottolinea che "per chi è abituato a lavorare con strumenti di misura, ci vuole solo un giorno per imparare a gestire il sistema portatile."

Componenti di serie

Sebbene lo spettrometro di massa portatile possa sembrare complesso a prima vista, in realtà si compone di soli quattro elementi principali (Fig. 1). Il gas in ingresso passa lentamente attraverso un tubo capillare lungo dieci metri, ricorda la proboscide di un elefante (da cui il nome del sistema, "Ruedi Rüssel" è una nota catena di distributori di benzina in Svizzera). Due pompe generano il vuoto necessario nella camera dove vengono misurate la composizione della miscela di gas e le abbondanze dei vari gas. Il "cervello" elettronico del sistema è controllato da un software sviluppato dallo stesso Brennwald. Da qui, i risultati vengono trasferiti a un computer.

Se i gas devono essere analizzati in campioni di acqua (ad es. dai laghi), una membrana viene utilizzata per separare i gas dall'acqua, in modo che i componenti delicati del sistema non siano esposti all'umidità.

Nasce lo spin-off di Gasometrix

Appena due anni dopo il primo impiego del Mini-Ruedi in un progetto, altri otto strumenti sono ora in uso:cinque in totale all'Eawag e quattro alle Università di Ginevra e Tubinga e al laboratorio di roccia del Mont Terri. Poiché Matthias Brennwald ha ricevuto numerose richieste (non legate ai progetti Eawag) sull'acquisto del sistema, ha deciso – in consultazione con Eawag – di costituire uno spin-off. Da aprile, ha sviluppato i sistemi portatili sotto il nome di Gasometrix; come fedele dipendente Eawag, Aggiunge, questo è solo un margine. Il primo cliente acquisito per la propria azienda è l'Università di Oxford.

Applicazioni Mini-Ruedi in tutto il mondo

Il Mini-Ruedi è in grado di quantificare numerosi gas – attualmente inclusi elio, argon, krypton, azoto, ossigeno, anidride carbonica e metano – nei sistemi ambientali. Le misurazioni di gas specifici possono aiutare i ricercatori a comprendere i processi sottostanti alla formazione del gas. Poiché questo sistema compatto (60 cm x 40 cm x 14 cm; 13 kg) è in grado di analizzare vari gas in meno di un minuto e può essere utilizzato in località remote, è già ampiamente utilizzato (per esempi di applicazioni nei progetti di ricerca Eawag in tutto il mondo, vedere:gasometrix.com/map/). è stato usato, Per esempio, per le analisi dell'acqua per valutare i sistemi di acque sotterranee o per studiare gli effetti antropici sui corpi idrici. In un recente progetto in Repubblica Ceca, campioni di terreno sono stati analizzati per studiare le esalazioni di gas dalle sorgenti. Sono inoltre previste analisi da condurre per una compagnia petrolifera e del gas in Norvegia:qui, i flussi di gas devono essere monitorati in modo da poter rilevare perdite di metano o anidride carbonica.