Sensori di anidride carbonica C02: Monitoraggio della qualità dell’acqua

Perché dovrei voler misurare la CO₂?

L’anidride carbonica può entrare nell’acqua attraverso molteplici vie. Alcune fonti terrestri primarie possono includere il decadimento della materia organica, la dissoluzione delle rocce carbonatiche, lo scarico delle acque reflue e il drenaggio dei bacini idrografici. Altre fonti naturali sono la respirazione biologica, la diagenesi dei sedimenti e l’attività vulcanica. Una delle principali fonti di CO₂ è lo scambio atmosferico all’interfaccia aria/acqua. Semplicemente, l’anidride carbonica si dissolve nell’acqua.

Un aumento delle concentrazioni di CO₂ nell’acqua provoca una diminuzione del pH. Poiché molti processi biologici, chimici e fisici dipendono dal pH, cambiamenti improvvisi o rapidi del pH possono avere effetti negativi sulla regolazione di questi processi. Oltre agli effetti sul pH, è stato dimostrato che alti livelli di CO₂ sono dannosi per lo sviluppo di alcuni organismi come pesci, crostacei e altri organismi calcificanti, tra cui il fitoplancton.

Come si misura la CO₂?

Il sensore di C02 Solinst Eureka combina un design robusto, facilità d’uso e versatilità, il tutto in un unico pacchetto di sensori. La misurazione di un gas disciolto in un liquido è facilitata da una membrana semipermeabile che permette ai gas di trasferirsi dall’acqua in uno spazio di testa del gas dove viene effettuata la misurazione. Il valore risultante viene emesso come tensione da 0 a 5 volt, proporzionale e rappresentante una stima della quantità di gas CO₂ presente nel campione d’acqua analizzato. Il MantaPlus converte l’uscita in %Sat, o ppm.

L’intervallo del sensore può essere impostato su misura per massimizzare l’accuratezza. Il sensore di C02 viene fornito con una calibrazione di fabbrica.

Il biossido di carbonio si dissolve in acqua: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Secondo la legge di Henry sulla solubilità, che afferma che la solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas sul liquido, possiamo stimare la concentrazione di CO₂ in acqua misurando la pressione parziale dell’anidride carbonica (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/Solubilità. Con gli attuali livelli di CO₂ atmosferica che superano i 400 ppm, rispetto ai valori registrati di ~300 ppm intorno al 1960 (aumento di oltre il 30%), ci aspettiamo che i livelli dell’acqua marina abbiano concentrazioni più elevate perché il carbonio può essere intrappolato negli strati d’acqua. Questi strati isolati sono limitati dall’equilibrio/scambio atmosferico che porta a un accumulo di CO₂ che può diffondersi lentamente attraverso i gradienti o mescolarsi rapidamente attraverso la colonna d’acqua.

Cosa devo sapere sulla misurazione della CO₂ sul campo?

Le multi-sonde MantaPlus dotate di sensori di CO₂ sono utilizzate per la ricerca in un’ampia gamma di applicazioni: acquacoltura, monitoraggio delle acque reflue, monitoraggio della barriera corallina, stoccaggio del carbonio e bio-carburanti, solo per citarne alcune.

Per gli allevamenti di acquacoltura, il MantaPlus con sonda C-sense può essere facilmente utilizzato per monitorare, sia in acque libere che in vasche, per garantire che la CO₂ e altri parametri di qualità dell’acqua rientrino nei livelli desiderati. I sistemi che ricevono i dati dal MantaPlus possono avvisare gli scienziati dell’acquacoltura della variazione dei livelli di CO₂ all’interno dell’allevamento.

Le acque reflue possono spesso avere un elevato carico organico, che può portare a un rapido decadimento e alla produzione di CO₂ in aumento fino a circa 10.000 ppm, per alcuni bacini di contenimento. Questi livelli di CO₂ sono 20 volte superiori ai livelli tipici di CO₂ presenti nell’acqua naturale. Se vengono riversati in corsi d’acqua naturali come estuari, fiumi o laghi, questi sistemi e gli organismi in essi contenuti possono subire un forte impatto, cambiando le dinamiche o la produttività dell’habitat acquatico.

L’acidificazione degli oceani attribuita all’aumento dei livelli di CO₂ atmosferica può avere un forte impatto su organismi come i coralli che dipendono fortemente dalla calcificazione per la costruzione delle barriere coralline. Inoltre, a causa della loro vicinanza alla terraferma, l’eutrofizzazione antropica, che comporta un elevato carico di CO₂, può accelerare in modo significativo il processo di acidificazione in un corpo idrico, colpendo e persino degradando le barriere coralline. Il monitoraggio delle barriere coralline o dei fiumi e di altri flussi d’acqua che si riversano in ambienti vicini alla costa, utilizzando un’apparecchiatura multi-sonda MantaPlus con sensore di CO₂, può dare una buona indicazione dei cambiamenti previsti in un sistema di barriere coralline. In questo modo si possono informare le autorità di regolamentazione a reindirizzare, rallentare o controllare meglio gli apporti antropici per mantenere l’integrità di questi habitat.

La cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) consiste nel pompare l’anidride carbonica in acquiferi salini profondi allo scopo di rimuovere il carbonio dalle acque di superficie o dall’atmosfera. Queste acque profonde sono isolate dallo scambio di carbonio e sono considerate uno dei principali serbatoi di CO₂. Le falde acquifere possono raggiungere il 10% di CO₂ (100.000 ppm), più di 200 volte i livelli atmosferici. Per garantire che la CO₂ rimanga in profondità, il monitoraggio delle falde acquifere, delle acque sotterranee e di superficie è fondamentale. Il MantaPlus con sensore di CO₂ è uno strumento di rilevamento robusto e a basso costo per garantire che la CO₂ rimanga sequestrata.

L’industria dei biocarburanti utilizza la CO₂ atmosferica per far crescere le alghe su larga scala per la produzione di carburanti. Per impostare in modo appropriato un allevamento di alghe, è necessario effettuare misurazioni in situ della CO₂ durante i test su scala pilota per determinare i livelli ottimali per la crescita delle alghe, massimizzando l’efficienza dell’allevamento o la produttività delle alghe. Una volta che l’impianto è in funzione, la perdita di CO₂ deve essere regolata per rispettare le leggi sulle emissioni di carbonio previste per questo tipo di industria. La natura su larga scala di questi allevamenti porta a cambiamenti su larga scala della pCO₂ in situ, che possono essere rilevati con facilità e precisione grazie alla multi-sonda MantaPlus dotata di sensore di CO₂.