Empregando sensores de CO2 da Vaisala na estufa científica

Cientistas da Wageningen University & Research, na Holanda, têm empregado sensores de dióxido de carbono da Vaisala em suas estufas de pesquisa por mais de uma década. O dióxido de carbono é um parâmetro de medição extremamente importante na ciência das plantas, não apenas porque as plantas precisam dele para crescer, mas também porque as emissões ambientais contribuem para as mudanças climáticas, portanto, enormes ameaças e oportunidades cercam esse gás. Como uma organização de pesquisa de renome mundial, o valor do trabalho do instituto depende em parte da precisão e confiabilidade dos sensores, por isso é importante que seus pesquisadores não comprometam a qualidade do sensor.

Wageningen tem sido uma das forças motrizes em pesquisa e desenvolvimento de tecnologia para horticultura em estufas na Holanda. O Plant Research Institute opera mais de 100 compartimentos de estufa em seu site Bleiswijk, o que significa que os pesquisadores são capazes de gerar uma ampla variedade de condições ambientais. As variáveis ​​ambientais típicas incluem luz, água, meio de cultivo, nutrientes, controle (biológico) de pragas / doenças, temperatura, umidade e, claro, dióxido de carbono (CO2); todos os quais têm efeitos significativos no rendimento das colheitas.

O setor de horticultura holandês pretende ser neutro para o clima até 2040. Os pesquisadores de Wageningen, portanto, construíram recentemente uma nova estufa de demonstração 'Greenhouse2030' para o cultivo de vegetais, frutas e flores para encontrar maneiras de reduzir as emissões de CO2, eliminando a necessidade de proteção de culturas produtos químicos e otimizar o uso de água e nutrientes.

Dióxido de carbono em estufas

O CO₂ é um subproduto de muitos processos nas indústrias de petróleo, gás e petroquímica, mas também é necessário que as plantas cresçam por meio da fotossíntese, então os operadores de estufa holandeses têm colaborado com o setor industrial do país para utilizar este subproduto e, assim, contribuir no luta contra as alterações climáticas, reduzindo as emissões líquidas de CO₂ do país. Globalmente, muitos operadores de efeito estufa queimam gás natural para gerar CO₂, mas isso também gera calor que pode não ser necessário nos meses de verão, portanto, a utilização de um subproduto industrial é significativamente preferível.

O CO₂ foi entregue pela primeira vez às estufas holandesas em 2005 por meio de uma rede de tubos estabelecida pela empresa Dióxido de Carbono Orgânico para Assimilação de Plantas (OCAP). Operadores de estufas comerciais pagam por este suprimento de CO₂, que é em grande parte derivado de uma usina de bioetanol. Uma característica fundamental da pesquisa do Instituto é o trabalho para otimizar a utilização de CO₂, juntamente com outras variáveis ​​de crescimento da planta. Por exemplo, o Instituto desenvolveu uma ferramenta de simulação para dosagem de CO₂: o “visualizador de CO₂”. Este programa monitora e exibe os efeitos da estratégia de dosagem do produtor. Por exemplo, permite a avaliação da dosagem de CO₂ por volta do meio-dia em comparação com a dosagem da manhã.

Monitorando dióxido de carbono

Após cerca de 10 anos de operação, o instituto está substituindo cerca de 150 dos modelos mais antigos de sondas por um modelo mais novo. A calibração de todas as sondas é verificada antes do início de cada projeto, utilizando gases de referência certificados. É importante que os dados de calibração sejam rastreáveis, de modo que o certificado de calibração de cada sonda seja retido e as verificações de calibração subsequentes sejam documentadas. Um monitor de CO₂ portátil (um Vaisala GM70) com uma sonda de CO₂ GMP252 também é usado como uma ferramenta de validação para verificar as sondas instaladas, embora não seja necessária calibração adicional.

Atualmente, as sondas instaladas do Instituto fornecem sinais de 4-20 mA que alimentam "computadores climáticos" que são programados para gerenciar as estufas automaticamente. Este sistema também dispara alarmes se os níveis de CO₂ se aproximarem de níveis perigosos por qualquer motivo. 
 

Tecnologia de sensor de CO₂

O CO2 absorve luz na região do infravermelho (IR) em um comprimento de onda de 4,26 μm. Isso significa que quando a radiação IV passa por um gás contendo CO₂, parte da radiação é absorvida e essa absorbância pode ser medida. O sensor de dióxido de carbono Vaisala CARBOCAP^® apresenta um inovador filtro de interferômetro Fabry-Perot (FPI) microusinado e eletricamente ajustável. Além de medir a absorção de CO₂, o filtro FPI permite uma medição de referência em um comprimento de onda onde não ocorre absorção. Ao fazer a medição de referência, o filtro FPI é ajustado eletricamente para alternar a banda de desvio do comprimento de onda de absorção para um comprimento de onda de não absorção. Esta medição de referência compensa quaisquer mudanças potenciais na intensidade da fonte de luz, bem como por contaminação ou acúmulo de sujeira no caminho óptico. Consequentemente, o sensor CARBOCAP® é altamente estável ao longo do tempo e, ao incorporar ambas as medições em um sensor, esta tecnologia compacta pode ser incorporada em pequenas sondas, módulos e transmissores.

A tecnologia CARBOCAP® significa que os pesquisadores não precisam se preocupar com desvio de calibração ou falha do sensor.

Pesquisa científica de dióxido de carbono em plantas

Dois projetos estão em andamento avaliando os efeitos de diferentes níveis de CO₂ na produção de plantas. Um está estudando frutas macias e o outro, tomates; no entanto, com o CO₂ desempenhando um papel tão importante no crescimento das plantas e nas mudanças climáticas, o valor das medições precisas desse gás continua a crescer. A maioria das estufas agora está conectada à Ethernet do instituto e uma grande variedade de novos sensores são continuamente adicionados à rede de monitoramento; proporcionando uma oportunidade de utilizar novos sensores 'inteligentes'.

Resumo

A precisão, estabilidade e confiabilidade dos sensores de CO₂ em Bleiswijk são claramente de vital importância para o sucesso da pesquisa do Instituto, particularmente porque os dados de uma estufa são frequentemente comparados com dados de outras. O fornecimento de CO₂ tem um custo; portanto, é importante que este recurso seja monitorado e fornecido de forma eficaz para que a produção da planta possa ser otimizada.

Claramente, medidas para reduzir o uso de combustíveis fósseis e desenvolver sistemas de gestão de energia mais eficientes ajudarão a reduzir as emissões de CO₂ do setor de efeito estufa. No entanto, a importância da utilização de CO₂ tende a crescer, dada a meta de 2040 neutra para o clima e a necessidade do mundo de encontrar novas e melhores maneiras de capturar as emissões de CO₂ de forma sustentável e economicamente viável.

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