Efter att den optiska frekvenskammen gjorde sin debut som en linjal för ljus, spinoffs följde, inklusive astrocomb för att mäta stjärnljus och ett radarliknande kamsystem för att upptäcka naturgasläckor. Och nu, forskare har presenterat "agricomb" för att mäta, ahem, ko burps.

Agricomb kan hjälpa till att optimera jordbruksprocesser för att minska produktionen av värmefångande växthusgaser.

Forskare från National Institute of Standards and Technology (NIST) och Kansas State University (KSU) använde NISTs Agricomb för att samtidigt mäta utsläpp av metan, ammoniak, koldioxid och vattenånga från atmosfären runt en nötkreatursfoderplats i Kansas. NIST-apparaten-ett tvåkamssystem-identifierar spårgaser baserat på de exakta nyanserna och mängderna av infrarött ljus som absorberas av atmosfären när kameljuset skickas fram och tillbaka över friluftsbanor.

Beskrivs i Vetenskapliga framsteg , demonstrationen var den första användningen av frekvenskammar i en jordbruksmiljö. Det bärbara systemet installerades inuti en släpvagn som stod parkerad bredvid matplatsen. Laserljuset förstärktes och filtrerades speciellt för att rikta specifika gaser.

Forskare mätte gaser längs två 100-metersvägar både i mot- och nedvind från stugor med cirka 300 kor. Experimentet fokuserade på metan och ammoniak eftersom utsläpp från boskap, främst nötkreatur, är den största amerikanska källan till antropogen metan, en stor växthusgas, och ammoniak är en viktig atmosfärisk förorening.

Mätningarna fångade utsläpp från både nötkreaturs matsmältningsprocesser och gödsel på marken. Agricomb mätte både metan- och ammoniakkoncentrationer på delar per miljon nivåer med en precision på 25 delar per miljard. Agricomb -resultaten för metan var jämförbara med resultaten från en kommersiell sensor som samplade luften vid flera inlopp längs kanterna på matplatsen. Kammsystemet var särskilt användbart för ammoniak eftersom denna gas är klibbig och svår att mäta med inloppsbaserade system. Dessutom, Agricomb kan mäta många gaser samtidigt, vilket är utmanande för konventionella system.

Till sist, medan de kommersiella sensorerna mätte exakta bakgrundsnivåer snabbare, jordbruket mer exakt fångade nedvindar och kunde då bättre karakterisera gaskällorna, enligt tidningen. Den ökade precisionen kommer att vara avgörande för planerade framtida mätningar av metan från glesfördelade kor i en hage, vilket är ett mycket mer utmanande problem.

Överenskommelsen mellan den gamla och nya tekniken väcker förtroende för att agricomb kan användas för att exakt kvantifiera gaser i jordbrukssammanhang, tidningen föreslår. Fördelarna med agricomb inkluderar känslighet för ett brett spektrum av infrarött ljus, hög precision, kalibreringsfri detektion av flera gaser samtidigt, och flexibilitet i mätinställningen. Genom att para ihop två kammar med olika avstånd mellan "tänder" för att identifiera exakta ljusfärger blir analysen mer exakt.

Att uppskatta metanutsläpp från boskap är utmanande på grund av variationer i förvaltningssätt och boskapsegenskaper på kommersiella gårdar. Dessutom, vad boskapen äter påverkar utsläppen men är inte redovisat i nationella inventeringar, vilket leder till stora osäkerheter i utsläppsmodeller för växthusgaser, enligt tidningen. Boskapen vid Kansas -foderplatsen åt en blandning av hö och majsensilage.

"För framtiden är vår plan att arbeta med KSU för att göra en betesmätning, där boskapen äter inhemska gräs, "NIST -fysikern Brian Washburn sa." Det olika fodret, plus mikrobiell aktivitet i gräsmarker som förbrukar metan, kan betyda mindre atmosfärisk metanproduktion i hagen än i matplatsen. Nötkreaturen tillbringar cirka 75% av sitt liv i hagen, så denna mätning skulle vara mer representativ för netto metanproduktionen. Detta skulle också vara en svårare mätning, eftersom det skulle ske över ett större område, cirka 500 meter vid 500 meter, med färre djur, cirka 40 huvud. "

Forskarna föreslår att agricomb kan stödja precisionsjordbruk - användningen av ny teknik för att öka avkastningen - genom att mäta många gaser samtidigt över stora rumsliga skalor, gör det möjligt att designa renare och mer produktiva gårdar.