Sensores de dióxido de carbono C02: Monitoramento da qualidade da água

Por que eu gostaria de medir o CO₂?

O dióxido de carbono pode entrar na água por várias vias. Algumas fontes terrestres primárias podem incluir a decomposição de matéria orgânica, a dissolução de rochas carbonáticas, a descarga de águas residuais e a drenagem de bacias hidrográficas. Outras fontes naturais incluem respiração biológica, diagênese de sedimentos ou atividade vulcânica. Uma das principais fontes/ sumidouros de CO₂ é a troca atmosférica na interface ar/água. Simplesmente, o gás dióxido de carbono se dissolve na água.

Um aumento nas concentrações de CO₂ na água causa uma queda no pH. Como muitos processos biológicos, químicos e físicos dependem do pH, mudanças repentinas ou rápidas no pH podem ter efeitos adversos na regulação desses processos. Juntamente com os efeitos do pH, os altos níveis de CO₂ demonstraram ser prejudiciais ao desenvolvimento de determinados organismos, como peixes, crustáceos e outros organismos calcificadores, incluindo o fitoplâncton.

Como o CO₂ é medido?

O sensor Solinst Eureka C02 combina um design robusto, facilidade de uso e versatilidade, tudo em um único pacote de sensor. A medição de um gás dissolvido em um líquido é facilitada por uma membrana semipermeável que permite a transferência de gases da água para um espaço de gás onde a medição é feita. O valor resultante é emitido como uma tensão de 0 a 5 volts, proporcional e representando uma estimativa da quantidade de gás CO₂ na amostra de água analisada. O MantaPlus converte a saída em %Sat ou ppm.

A faixa do sensor pode ser definida de forma personalizada para maximizar a precisão. O sensor de C02 vem com uma calibração de fábrica.

O gás dióxido de carbono se dissolve na água: CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq). De acordo com a lei da solubilidade de Henry, que afirma que a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido, podemos estimar a concentração de CO₂ na água medindo a pressão parcial do dióxido de carbono (pCO₂): pCO₂ = [CO₂] aq/Solubilidade. Com os níveis atuais de CO₂ na atmosfera ultrapassando 400 ppm, em comparação com os valores registrados de ~300 ppm por volta de 1960 (aumento de mais de 30%), esperamos que os níveis de água do mar tenham concentrações mais altas porque o carbono pode ficar preso nas camadas de água. Essas camadas isoladas são limitadas pelo equilíbrio/troca atmosférica, o que leva a um acúmulo de CO₂ que pode se difundir lentamente pelos gradientes ou se misturar rapidamente na coluna d’água.

O que devo saber sobre a medição de CO₂ no campo?

As sondas múltiplas MantaPlus equipadas com sensores de CO₂ são usadas para pesquisas em uma ampla variedade de aplicações – aquicultura, monitoramento de águas residuais, monitoramento de recifes, armazenamento de captura de carbono e biocombustíveis, para mencionar algumas.

Para fazendas de aquicultura, o MantaPlus com sonda C-sense pode ser facilmente usado para monitorar, tanto em águas abertas quanto em tanques, para garantir que o CO₂ e outros parâmetros de qualidade da água estejam dentro dos níveis desejados. Os sistemas que recebem dados do MantaPlus podem alertar os cientistas da aquicultura sobre a alteração dos níveis de CO₂ em uma fazenda.

As águas residuais geralmente têm alta carga orgânica, o que pode resultar em rápida decomposição e produção de p CO₂ acima de 10.000 ppm, para determinados tanques de retenção. Esses níveis de CO₂ são 20 vezes maiores do que os níveis típicos de CO₂ encontrados na água natural. Se houver vazamento em cursos d’água naturais, como estuários, rios ou lagos, esses sistemas e os organismos contidos neles podem sofrer um grande impacto, alterando a dinâmica ou a produtividade desse habitat aquático.

A acidificação dos oceanos atribuída ao aumento dos níveis de CO₂ atmosférico pode afetar muito os organismos, como os corais, que dependem muito da calcificação para construir recifes. Além disso, devido à sua proximidade com a terra, a eutrofização antropogênica, que resulta em alto grau de carga de CO₂, pode acelerar significativamente o processo de acidificação em um corpo d’água, afetando e até mesmo degradando os recifes de coral. O monitoramento de recifes ou rios e outros fluxos de água que se espalham em ambientes próximos à costa usando um equipamento de sonda múltipla MantaPlus com sensor de CO₂ pode dar uma boa indicação da mudança esperada em um sistema de recife. Isso pode informar os reguladores para redirecionar, desacelerar ou controlar melhor a entrada antropogênica para manter a integridade desses habitats.

O armazenamento de captura de carbono (CCS) é a ação de bombear dióxido de carbono para aquíferos salinos profundos com o objetivo de remover o carbono das águas superficiais ou da atmosfera. Essas águas profundas são isoladas da troca de carbono, o que as considera um dos principais sumidouros de CO₂. Os aquíferos podem atingir até 10% de CO₂ (100.000 ppm), mais de 200 vezes os níveis atmosféricos. Para garantir que o CO₂ permaneça em profundidade, é fundamental o monitoramento dos aquíferos e das águas subterrâneas e superficiais. O MantaPlus com sensor de CO₂ é uma ferramenta de detecção robusta e de baixo custo para garantir que o CO₂ permaneça sequestrado.

O setor de biocombustíveis utiliza o CO₂ atmosférico para cultivar algas em grande escala para a produção de combustíveis. Para configurar adequadamente uma fazenda de algas, é necessário fazer medições in situ de CO₂ durante testes em escala piloto para determinar os níveis ideais para o cultivo de algas, maximizando a eficiência da fazenda ou a produtividade das algas. Quando a fazenda estiver em funcionamento, a perda de CO₂ também precisará ser regulada para cumprir as leis de emissão de carbono estabelecidas para esse tipo de setor. A natureza em grande escala dessas fazendas leva a mudanças em grande escala do pCO₂ in situ, que podem ser detectadas com facilidade e precisão usando a sonda múltipla MantaPlus equipada com sensor de CO₂.