Sensores de dióxido de carbono C02: Control de la calidad del agua

¿Por qué querría medir el CO₂?

El dióxido de carbono puede entrar en el agua por múltiples vías. Algunas fuentes terrestres primarias pueden ser la descomposición de la materia orgánica, la disolución de las rocas carbonatadas, el vertido de aguas residuales y el drenaje de las cuencas hidrográficas. Otras fuentes naturales son la respiración biológica, la diagénesis de los sedimentos o la actividad volcánica. Una fuente/sumidero importante de CO₂ es el intercambio atmosférico en la interfase aire/agua. Simplemente, el gas dióxido de carbono se disuelve en el agua.

Un aumento de las concentraciones de CO₂ en el agua provoca un descenso del pH. Como muchos procesos biológicos, químicos y físicos dependen del pH, los cambios repentinos o rápidos del pH pueden tener efectos adversos en la regulación de estos procesos. Junto con los efectos sobre el pH, se ha demostrado que unos niveles elevados de CO₂ son perjudiciales para el desarrollo de ciertos organismos, como los peces de aleta, los moluscos y otros organismos calcificadores, incluido el fitoplancton.

¿Cómo se mide el CO₂?

El sensor de C02 Solinst Eureka combina un diseño robusto, facilidad de uso y versatilidad, todo en un único paquete de sensores. La medición de un gas disuelto en un líquido se ve facilitada por una membrana semipermeable que permite que los gases se transfieran del agua a un espacio de cabeza de gas donde se realiza la medición. El valor resultante se emite como un voltaje de 0 – 5 voltios, proporcional y que representa una estimación de la cantidad de gas CO₂ en la muestra de agua analizada. El MantaPlus convierte la salida en %Sat, o ppm.

El rango del sensor puede ajustarse a medida para maximizar la precisión. El sensor de C02 viene calibrado de fábrica.

El gas dióxido de carbono se disuelve en agua: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Según la ley de solubilidad de Henry, que establece que la solubilidad de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial del gas sobre el líquido, podemos estimar la concentración de CO₂ en el agua midiendo la presión parcial del dióxido de carbono (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/Solubilidad. Dado que los niveles atmosféricos actuales de CO₂ superan las 400 ppm, en comparación con los valores registrados de ~300 ppm en torno a 1960 (más de un 30% de aumento), esperamos que los niveles de agua marina tengan concentraciones más elevadas porque el carbono puede quedar atrapado dentro de las capas de agua. Estas capas aisladas están limitadas del equilibrio/intercambio atmosférico, lo que provoca una acumulación de CO₂ que puede difundirse lentamente a través de gradientes o mezclarse rápidamente a través de la columna de agua.

¿Qué debo saber sobre la medición de CO₂ sobre el terreno?

Las multisondas MantaPlus equipadas con sensores de CO₂ se utilizan para la investigación en una amplia variedad de aplicaciones: acuicultura, control de aguas residuales, control de arrecifes, almacenamiento de captura de carbono y biocombustibles, por mencionar algunas.

En las granjas acuícolas, el MantaPlus con sonda C-sense puede utilizarse fácilmente para controlar, tanto en aguas abiertas como en tanques, que el CO₂, junto con otros parámetros de calidad del agua, se encuentran dentro de los niveles deseados. Los sistemas que reciben datos del MantaPlus pueden advertir a los científicos acuicultores de los cambios en los niveles de CO₂ dentro de una granja.

Las aguas residuales pueden tener a menudo una elevada carga orgánica, que puede provocar una rápida descomposición y la producción de p CO₂ en torno a 10.000 ppm, en el caso de determinados estanques de retención. Esos niveles de CO₂ son 20 veces superiores a los niveles típicos de CO₂ que se encuentran en el agua natural. Si se filtran en vías fluviales naturales como estuarios, ríos o lagos, estos sistemas y los organismos que contienen pueden verse muy afectados, cambiando la dinámica o la productividad de ese hábitat acuático.

La acidificación de los océanos atribuida al aumento de los niveles atmosféricos de CO₂ puede afectar enormemente a organismos como los corales, que dependen en gran medida de la calcificación para construir arrecifes. Además, debido a su proximidad a la tierra, la eutrofización antropogénica, que provoca un alto grado de carga de CO₂, puede acelerar considerablemente el proceso de acidificación de una masa de agua, afectando e incluso degradando los arrecifes de coral. Monitorizar los arrecifes o los ríos y otros flujos de agua que se vierten en entornos cercanos a la costa utilizando un equipo multisonda MantaPlus con sensor de CO₂, puede dar una buena indicación del cambio previsto en un sistema de arrecifes. Esto puede informar a los reguladores para redirigir, ralentizar o controlar mejor la entrada antropogénica para mantener la integridad de estos hábitats.

El Almacenamiento de Captura de Carbono (CAC) es la acción de bombear dióxido de carbono a acuíferos salinos profundos con el fin de eliminar el carbono de las aguas superficiales o de la atmósfera. Estas aguas profundas están aisladas del intercambio de carbono, por lo que son uno de los principales sumideros de CO₂. Los acuíferos pueden alcanzar hasta un 10% de CO₂ (100.000 ppm), más de 200 veces los niveles atmosféricos. Para garantizar que el CO₂ permanece en profundidad, es fundamental controlar los acuíferos y las aguas subterráneas y superficiales. El MantaPlus con sensor de CO₂ es una herramienta de detección robusta y de bajo coste para garantizar que el CO₂ permanece secuestrado.

La industria de los biocombustibles utiliza el CO₂ atmosférico para cultivar algas a gran escala para la producción de combustibles. Para montar adecuadamente una granja de algas, es necesario realizar mediciones in situ p de CO₂ durante las pruebas a escala piloto para determinar los niveles óptimos para el cultivo de algas, maximizando la eficacia de la granja o la productividad de las algas. Una vez que la granja está en funcionamiento, también hay que regular la pérdida de CO₂ para cumplir las leyes sobre emisiones de carbono establecidas para este tipo de industria. La naturaleza a gran escala de estas granjas provoca cambios a gran escala en el pCO₂ in situ, que pueden detectarse fácilmente y con precisión utilizando la multisonda MantaPlus equipada con un sensor de CO₂.