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Los marcadores químicos desenredan las emisiones naturales de metano de la agricultura


Con el auge del gas natural en Front Range, las plataformas de perforación pueden operar a pocos pies de las granjas ganaderas. El uso compartido de la tierra puede confundir los intentos de entender las tendencias en el metano, un gas de efecto invernadero y el contaminante del aire: los gases emitidos de estas diferentes fuentes se mezclan.


Katie Weeman, Unión Geofísica Americana

Para desenredarlos, un equipo liderado por CIRES ha innovado una nueva técnica rentable para medir de manera eficiente el metano y un cóctel de químicos asociados en la atmósfera, y para crear un tipo de etiqueta de identificación química para las fuentes de metano.

«El metano es un importante gas de efecto invernadero . Pero tiene una alta concentración global, por lo que puede ser difícil ver sus fuentes específicas», dijo Natalie Kille, CIRES Ph.D. Estudiante y autor principal del estudio publicado hoy en la revista AGU Geophysical Research Letters . «Esta técnica nos permite eliminar las concentraciones de metano de fondo en nuestro análisis para ver claramente los marcadores químicos únicos».

Los «trazadores» son productos químicos exclusivos de una sola fuente: el etano es un gran trazador para las operaciones de petróleo y gas, por ejemplo; y el amoníaco es un indicador de las granjas de ganado, responsable de ese inconfundible olor a vaca. La medición de los niveles de esos dos marcadores ayudó al equipo a desenredar las fuentes de metano producidas localmente tanto por la agricultura como por las operaciones de petróleo y gas.

Utilizando instrumentos que se sientan en el suelo y miden el aire en la parte superior, pueden capturar instantáneamente una instantánea de las concentraciones químicas del metano y sus marcadores en la columna de aire que se extiende desde la superficie hasta la parte superior de la atmósfera. Luego, el equipo utiliza esta información para eliminar el fondo de metano, un concepto conocido como «columna de exceso», para que los marcadores puedan ocupar un lugar central.

«Este fue el primer estudio que midió el exceso de columnas de todas estas moléculas simultáneamente», dijo Rainer Volkamer, miembro de CIRES, profesor asociado de química de CU y autor correspondiente del estudio. «Esto nos da un mejor manejo para separar y cuantificar las fuentes de metano a escala regional».

El equipo creó una red de estos pequeños instrumentos a través del Front Range de Colorado. Frank Hase y Thomas Blumenstock, del Instituto Alemán de Tecnología de Karlsruhe, desarrollaron un novedoso espectrómetro portátil capaz de realizar mediciones de metano altamente precisas. Y CIRES / CU Boulder proporcionó a la Universidad de Colorado de Volkamer el «Flujo de Ocultación Solar móvil» de la Universidad de Colorado que mide los marcadores químicos de etano y amoníaco. Ambos dispositivos aprovechan la luz solar para identificar cada molécula por su huella dactilar de absorción de luz.

Los marcadores químicos desenredan las emisiones naturales de metano de la agricultura.
En Colorado, las operaciones de petróleo y gas se encuentran a pocos pies de las granjas de ganado. Crédito: Frank Flocke / NCAR

«Estos dos instrumentos se instalaron lado a lado en Eaton, Colorado, dentro de lo que llamamos el ‘domo de metano’ de la Cuenca Denver-Julesburg», dijo Volkamer. «En las áreas donde hay presencia de gas natural y ganadería, el metano se emite y se mezcla de ambas fuentes, formando una burbuja dentro de la capa límite atmosférica que se expande y se contrae como si respirara».

Para medir las concentraciones de metano de fondo, el equipo estableció dos instrumentos KIT adicionales (uno operado por el Centro Nacional para la Investigación Atmosférica) fuera de la cúpula del metano, en Boulder y Westminster, cada uno a unos 60 kilómetros de Eaton. Estos datos ayudaron a Kille a calcular, y luego eliminar, la concentración de fondo del metano para aislar el metano producido localmente y esos dos marcadores químicos clave.

En un trabajo previo para desenredar fuentes de metano, los científicos a menudo recolectaron muestras de aire en frascos, ya sea desde tierra o por avión, para un análisis detallado en un laboratorio. Pero algunos productos químicos, incluido el amoníaco, pueden adherirse al interior de algunos botes, lo que crea desafíos.

En este trabajo, los instrumentos pequeños y portátiles podrían implementarse en casi cualquier lugar para realizar mediciones en tiempo real de la atmósfera abierta. En Eaton, el equipo se instaló en el estacionamiento detrás de una cama y desayuno.

Basado en datos de mediciones de cinco días en 2015, el equipo encontró que las operaciones de petróleo y gas natural eran responsables de la mayor parte del metano producido en la Cuenca de Denver-Julesburg, con fuentes agrícolas que proporcionan una fuente importante pero de menor importancia.

El estudio también descubrió algunas observaciones desconcertantes que requerirán una mayor exploración: por ejemplo, cuando las concentraciones de metano son muy bajas, las fuentes agrícolas son relativamente más significativas.

Estos resultados podrían ayudar a los operadores de gas natural, ganaderos y sus reguladores a tomar decisiones más informadas sobre la mitigación del metano.

En el futuro, los investigadores esperan generar una serie de tiempo a largo plazo durante varias temporadas para ver cómo cambian las fuentes de metano en la región con el tiempo, una hazaña que se hace posible con redes de sensores autónomas de bajo costo como esta. Los científicos también podrían trabajar para comparar estos datos con los recopilados de satélites, para desarrollar las mejores prácticas para informar las observaciones satelitales, dijo Volkamer.

Más información: Natalie Kille et al. Separación de las emisiones de metano de las fuentes agrícolas y de gas natural en el Colorado Front Range, Geophysical Research Letters (2019). DOI: 10.1029 / 2019GL082132 

Referencia del diario: Cartas de investigación geofísica 

Proporcionado por: American Geophysical Union

Información de: phys.org


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