C02 Kooldioxidesensoren: Bewaking waterkwaliteit

Waarom zou ik CO₂ willen meten?

Kooldioxide kan via verschillende wegen in het water terechtkomen. Enkele primaire bronnen op het land zijn het rotten van organisch materiaal, het oplossen van carbonaatrotsen, lozing van afvalwater en afwatering van stroomgebieden. Andere natuurlijke bronnen zijn biologische ademhaling, diagenese van sedimenten of vulkanische activiteit. Een belangrijke bron/put van CO₂ is atmosferische uitwisseling op het grensvlak tussen lucht en water. Eenvoudig gezegd lost kooldioxidegas op in water.

Een stijging van de CO₂-concentratie in water veroorzaakt een daling van de pH. Aangezien veel biologische, chemische en fysische processen pH-afhankelijk zijn, kunnen plotselinge of snelle veranderingen in pH nadelige effecten hebben op de regulering van deze processen. Naast pH-effecten is aangetoond dat hoge CO₂-niveaus schadelijk zijn voor de ontwikkeling van bepaalde organismen zoals vis, schelpdieren en andere kalkvormende organismen, waaronder fytoplankton.

Hoe wordt CO₂ gemeten?

De Solinst Eureka C02-sensor combineert een robuust ontwerp, gebruiksgemak en veelzijdigheid, allemaal in één sensorpakket. De meting van een gas opgelost in een vloeistof wordt vergemakkelijkt door een semi-permeabel membraan dat gassen uit het water laat overgaan in een gashoofdruimte waar de meting wordt uitgevoerd. De resulterende waarde wordt uitgevoerd als een spanning van 0 – 5 volt, die evenredig is met en een schatting weergeeft van de hoeveelheid CO₂-gas in het geanalyseerde watermonster. De MantaPlus zet de output om naar %Sat, of ppm.

Het bereik van de sensor kan op maat worden ingesteld voor maximale nauwkeurigheid. De C02-sensor wordt geleverd met een fabriekskalibratie.

Kooldioxidegas lost op in water: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). Volgens de oplosbaarheidswet van Henry, die stelt dat de oplosbaarheid van een gas in een vloeistof recht evenredig is met de partiële druk van het gas boven de vloeistof, kunnen we de CO₂-concentratie in water schatten door de partiële druk van kooldioxide (pCO₂) te meten: pCO₂ = [CO₂] aq/oplosbaarheid. Met de huidige atmosferische CO₂-niveaus die de 400 ppm overschrijden, vergeleken met de geregistreerde waarden van ~300 ppm rond 1960 (meer dan 30% stijging), verwachten we dat de zeewaterniveaus hogere concentraties zullen hebben omdat koolstof kan worden ingesloten in waterlagen. Deze geïsoleerde lagen zijn beperkt van atmosferische evenwichten/uitwisseling wat leidt tot een opeenhoping van CO₂ die langzaam kan diffunderen over gradiënten of zich snel kan mengen door de waterkolom.

Wat moet ik weten over CO₂-meting in het veld?

MantaPlus multiprobes uitgerust met CO₂-sensoren worden gebruikt voor onderzoek in een breed scala aan toepassingen – aquacultuur, afvalwaterbewaking, rifbewaking, opslag van koolstof en biobrandstoffen, om er een paar te noemen.

Voor aquacultuurbedrijven kan de MantaPlus met C-sense sonde eenvoudig worden gebruikt om zowel in open water als in tanks te controleren of de CO₂- en andere waterkwaliteitsparameters binnen de gewenste niveaus liggen. Systemen die gegevens van de MantaPlus ontvangen, kunnen aquacultuurwetenschappers waarschuwen voor veranderende CO₂-niveaus binnen een kwekerij.

Afvalwater kan vaak een hoge organische belasting hebben, wat kan resulteren in snel verval en de productie van p CO₂ naar boven rond de 10.000 ppm, voor bepaalde holdingvijvers. Deze CO₂-niveaus zijn 20 keer hoger dan de typische CO₂-niveaus in natuurlijk water. Als dit weglekt in natuurlijke waterwegen zoals riviermondingen, rivieren of meren, kunnen deze systemen en de organismen die zich daarin bevinden grote gevolgen ondervinden, waardoor de dynamiek of de productiviteit van die aquatische habitat verandert.

Oceaanverzuring als gevolg van stijgende atmosferische CO₂-niveaus kan grote gevolgen hebben voor organismen zoals koralen die voor de opbouw van riffen sterk afhankelijk zijn van verkalking. Vanwege de nabijheid van land kan antropogene eutrofiëring, die resulteert in een hoge CO₂-belasting, het verzuringsproces in een waterlichaam aanzienlijk versnellen, waardoor koraalriffen worden aangetast en zelfs achteruitgaan. Het monitoren van riffen of rivieren en andere waterstromen die uitmonden in kustmilieus met behulp van een MantaPlus multiprobe apparatuur met CO₂-sensor kan een goede indicatie geven van de verwachte verandering in een rifsysteem. Dit kan regelgevende instanties informeren om antropogene input om te buigen, af te remmen of beter te controleren om de integriteit van deze habitats te behouden.

Carbon Capture Storage (CCS) is het oppompen van koolstofdioxide in diepe zoutwatervoerende lagen met als doel koolstof te verwijderen uit oppervlaktewater of de atmosfeer. Deze diepe wateren zijn geïsoleerd van koolstofuitwisseling, waardoor ze een van de belangrijkste putten voor CO₂ zijn. De aquifers kunnen tot 10% CO₂ (100.000 ppm) bevatten, meer dan 200x het atmosferische niveau. Om ervoor te zorgen dat de CO₂ op diepte blijft, is monitoring van aquifers, grond- en oppervlaktewater van cruciaal belang. De MantaPlus met CO₂-sensor is een voordelig en robuust detectiemiddel om ervoor te zorgen dat CO₂ opgeslagen blijft.

De biobrandstoffenindustrie gebruikt atmosferische CO₂ om op grote schaal algen te kweken voor de productie van brandstoffen. Om een algenkwekerij op de juiste manier op te zetten, moeten er in situ CO₂-metingen worden gedaan tijdens tests op proefschaal om de optimale niveaus te bepalen voor het kweken van algen en om de efficiëntie van de kwekerij of de productiviteit van de algen te maximaliseren. Als een kwekerij eenmaal draait, moet het CO₂-verlies ook gereguleerd worden om te voldoen aan de wetgeving voor koolstofemissies die voor dit soort industrie is ingesteld. De grootschalige aard van deze kwekerijen leidt tot grootschalige veranderingen in pCO₂ die eenvoudig en nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd met de MantaPlus multiprobe uitgerust met een CO₂-sensor.