「Agricomb」は...牛からの複数のガス排出量を測定します

光周波数コムが光の定規としてデビューした後、星の光を測定する「アストロコム」や天然ガスの漏れを検出するレーダーのようなコムシステムなどのスピンオフが続きました。現在、研究者たちは「牛のげっぷ」を測定するための「アグリコム」を発表しました。アグリコムは、農業プロセスを最適化して、熱を閉じ込める温室効果ガスの生成を減らすのに役立つ可能性があります。

米国国立標準技術研究所（NIST）とカンザス州立大学（KSU）の研究者は、NISTのアグリコムを使用して、カンザス州の肉牛飼養場周辺の大気からのメタン、アンモニア、二酸化炭素、および水蒸気の排出量を同時に測定しました。 NIST装置（2つのコームシステム）は、コームライトが屋外の経路を行き来するときに大気によって吸収される赤外線の正確な色合いと量に基づいて微量ガスを識別します。

ポータブルシステムは、肥育場の隣に駐車されたトレーラー内に設置されました。レーザー光は、特定のガスをターゲットにするために特別に増幅およびフィルター処理されました。研究者は、約300頭の牛がいる囲いから風上と風下の2つの100メートルの経路に沿ってガスを測定しました。家畜、主に牛からの排出物は、主要な温室効果ガスである人間が誘発するメタンの米国最大の発生源であるため、実験はメタンとアンモニアに焦点を合わせました。アンモニアは重要な大気汚染物質です。

測定値は、牛の消化過程と地上の糞尿からの排出量をキャプチャしました。アグリコムは、メタンとアンモニアの両方の濃度を100万分の1レベルで、25億分の1の精度で測定しました。メタンのアグリコムの結果は、肥育場の端に沿った複数の入口で空気をサンプリングした市販のセンサーの結果と同等でした。コームシステムは、このガスが粘着性であり、空気を引き込むシステムでは測定が難しいため、アンモニアに特に役立ちました。さらに、アグリコムは多くのガスを同時に測定できるため、従来のシステムでは困難でした。

最後に、研究者によると、市販のセンサーは正確なバックグラウンドレベルをより速く測定しましたが、アグリコムは風下のプルームをより正確に捕捉し、ガス源をより正確に特徴付けることができました。精度の向上は、牧草地にまばらに分布している牛からのメタンの計画された将来の測定にとって重要であり、これははるかに困難な問題です。

新旧の技術の一致は、農業の文脈でガスを正確に定量化するためにアグリコムを使用できるという自信を刺激します。アグリコムの利点には、広範囲の赤外光に対する感度、高精度、一度に複数のガスのキャリブレーション不要の検出、および測定セットアップの柔軟性が含まれます。光の正確な色を識別するために「歯」の間隔が異なる2つの櫛を組み合わせると、分析がさらに正確になります。

家畜からのメタン排出量の推定は、商業農場の管理慣行や牛の特性にばらつきがあるため、困難です。さらに、研究者によると、牛が食べるものは排出量に影響を与えますが、国の目録では考慮されておらず、温室効果ガス排出量モデルに大きな不確実性をもたらします。カンザス肥育場の牛は、干し草とトウモロコシのサイレージを混ぜて食べました。

「将来的には、KSUと協力して、牛が在来種の草を食べる牧草地の測定を行う予定です」とNISTの物理学者BrianWashburn氏は述べています。 「異なる飼料に加えて、メタンを消費する草地土壌での微生物活動は、肥育場よりも牧草地での大気中のメタン生成が少ないことを意味する可能性があります。牛は生涯の約75％を牧草地で過ごしているため、この測定値は正味のメタン生成をよりよく表しています。これは、約500メートル×500メートルの広い範囲で行われ、動物の数が少なく、頭数が約40であるため、測定も難しくなります。」

研究者たちは、アグリコムが大規模な空間スケールで同時に多くのガスを測定し、よりクリーンで生産性の高い農場を設計できるようにすることで、精密農業（収穫量を増やすための新技術の使用）をサポートできることを示唆しています。