La tecnologia CARBOCAP® contribuisce alla ricerca innovativa sulle emissioni di biossido di carbonio

Con la crescente urbanizzazione della popolazione mondiale, lo studio dell'inquinamento atmosferico è diventato cruciale per comprendere gli effetti di questo fenomeno sulla qualità dell'aria. L'inquinamento atmosferico interessa esseri umani e animali, l'agricoltura, l'aviazione, le costruzioni umane, la marina e altri biomi sensibili. Il dott. Ke Du e il suo team di ricerca studiano la qualità dell'aria globale e regionale, in Canada e in Cina. Il dott. Du è assistente universitario nel Dipartimento di ingegneria meccanica e manifatturiera della Schulich School of Engineering dell'Università di Calgary. I suoi principali campi di ricerca includono misura delle emissioni, rilevamento ottico remoto degli inquinanti atmosferici, individuazione delle fonti di aerosol contenenti biossido di carbonio nella foschia urbana e creazione di modelli 3D dell'effetto serra e di altri fenomeni atmosferici.

Sensori robusti per la ricerca sensibile

Attraverso lo studio e la modellazione del comportamento della CO₂ nelle emissioni urbane, il dott. Du e il suo team si augurano di trovare nuove strategie economicamente efficienti per l'inquinamento atmosferico. Sul campo utilizzano il sensore Vaisala GMP343 CO₂ e l'indicatore di misura MI70. Il dott. Du ha scelto i sensori di CO₂ Vaisala per la maggiore accuratezza, la risoluzione di ±3 ppm + 1% dell'indicazione, nonché un design robusto in grado di sopportare anche i metodi di ricerca più impegnativi. 

Nel 2014, Atmospheric Environment ha pubblicato questa ricerca nell'articolo "Vertical distribution of CO₂ in the atmospheric boundary layer: Characteristics and impact of meteorological variables". Per questo studio, il team ha utilizzato una sonda Vaisala GMP343 per creare i profili di CO₂ e un misuratore meteorologico Kestrel 4500 per creare profili di temperatura, pressione e umidità relativa corrispondenti, al fine di studiare l'impatto delle variabili meteorologiche sulla distribuzione verticale della CO₂ nello strato atmosferico più vicino alla terra. I sensori sono stati collegati a un pallone frenato presso un'area periferica di Xiamen, in Cina, e rilasciati per raccogliere dati. Xiamen è importante per questa ricerca, trattandosi di un'area soggetta a rapida urbanizzazione. 

L'aumento dell'altitudine diminuisce la CO₂

È stato il primo studio a caratterizzare la distribuzione verticale della CO₂ e a indagare sulle cause dei diversi tipi di profili verticali nella bassa atmosfera urbana. Gran parte della nostra attuale comprensione del comportamento della CO₂ deriva dalle ricerche condotte a livelli vicini al suolo o ad altitudini molto elevate. Nel creare un profilo di CO₂, l'altezza in cui è stata effettuata la misura conta. Esiste una carenza nel monitoraggio ad alta risoluzione al livello dello strato limite atmosferico (generalmente da terra a 1.000 m di altezza). Tali informazioni sono essenziali per modellare l'effetto della CO₂ sul clima nelle aree urbane. 

I palloni frenati che si sollevano a un'altezza massima di circa 1.000 m sono una soluzione economica per il campionamento in tempi più lunghi e a un'altitudine rilevante, fornendo misure a risoluzioni maggiori e, pertanto, un profilo più accurato. I dati sulla distribuzione verticale di CO₂ sono anche importanti per agevolare la calibrazione e la convalida delle misure satellitari della CO₂. 

I dati indicavano una lenta diminuzione della concentrazione di CO₂ con l'aumentare dell'altitudine. I profili verticali sono quindi stati utilizzati per analisi di regressione con l'obiettivo di fornire una riduzione esponenziale della CO₂ con l'altitudine. Il team ha rilevato che la concentrazione di CO₂ mostrava uno schema giornaliero più ovvio a livello del suolo che a un'altitudine elevata. Ciò era dovuto alla variazione delle fonti e degli assorbitori di CO₂ a terra. 

In merito all'accuratezza della misura, il sensore Vaisala GMP343 è stato un valido strumento perché la produzione in ppm di CO₂ dipende dalla pressione e dalla temperatura. Il sensore è dotato di opzioni integrate per compensare temperatura, pressione e umidità relativa. 

La modellazione 3D contribuisce a valutare l'impatto della CO₂ 

I risultati del lavoro sul campo possono essere utilizzati per creare modelli di dispersione 3D, ossia programmi per computer che utilizzano algoritmi per mostrare il comportamento degli agenti inquinanti nella nostra atmosfera. Questi modelli saranno utili per comprendere la distribuzione, il movimento e l'impatto della CO2 negli ambienti urbani. 
Punti salienti dello studio 

• Sono stati registrati profili verticali della CO₂ da 0 a 1.000 m con variazioni giornaliere.
• L'impatto della variazione giornaliera della CO₂ a terra è stato limitato entro 300 m.
• Sono state osservate tre strutture di profilo in diverse condizioni metereologiche.
• Si è ottenuta un'equazione per la distribuzione verticale della CO₂.

Il dott. Du ha pubblicato altri studi sulla profilazione della CO₂ su riviste cinesi: uno sui sensori fissi nelle aree urbane e rurali per il monitoraggio a lungo termine; l'altro su un metodo di monitoraggio mobile che ha testato collegando il sensore di CO₂ alla sua auto e guidando in aree urbane. Queste ricerche arricchiscono le nostre conoscenze delle caratteristiche dell'inquinamento atmosferico e assistono gli organi normativi nell'affrontare le sfide generate dall'inquinamento da emissioni. 

Secondo l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti: "Gli effetti dell'inquinamento dell'aria sulla salute, sull'ambiente e sull'economia sono notevoli. L'inquinamento atmosferico riduce la resa dei raccolti agricoli e del legname di miliardi di dollari l'anno".

Ampliando le ricerche sull'inquinamento atmosferico, le agenzie governative dispongono di strumenti migliori per operare cambiamenti positivi nelle politiche, nonché per creare e ottimizzare soluzioni più informate in grado di ridurre l'impatto delle emissioni dannose. 

Per ulteriori informazioni sulle nostre misure del biossido di carbonio e sul modello GMP343.