Propuesta para un plan nacional de vigilancia del ciclo de carbono atmosférico basado en sensores.

El calentamiento global, asociado principalmente al aumento de los niveles de gases de efecto invernadero en las últimas décadas, es una de las principales preocupaciones internacionales y por ello se han desplegado diferentes redes de seguimiento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero para la caracterización de sus fuentes y sumideros a escala planetaria.

Las estrategias actuales de observación combinan infraestructuras espaciales y terrestres cada una con marcados puntos débiles y puntos fuertes. Aunque las misiones por satélite han hecho avanzar enormemente nuestra comprensión de los ciclos de CO2, CH4 y otros gases, la existencia de errores sistemáticos hace imprescindible la validación cruzada de los datos mediante mediciones en tierra. En este sentido, varias redes terrestres recogen y archivan actualmente mediciones atmosféricas de alta calidad y relevantes relacionadas con estos gases de efecto invernadero: por ejemplo concentraciones puntuales, isótopos y flujos turbulentos (“Integrated Carbon Observation Suystem“- ICOS); promedio de abundancia en columna (“Total Carbon Comumn Observing Network” - TCCON); y medida de perfiles verticales utilizando globos aerostáticos (AirCore).

Sin embargo, estas redes e infraestructuras de investigación se crearon originalmente para centrarse en las observaciones de gases de efecto invernadero en entornos de fondo y tienen una cobertura geográfica muy dispersa e irregular. Esto, sumado a la escasa resolución espacial y temporal de las infraestructuras basadas en satélites, hace que las zonas altamente pobladas y otros puntos calientes de emisión estén críticamente infra-muestreados.

Desgraciadamente, estas deficiencias de las actuales redes de seguimiento de gases de efecto invernadero son muy difíciles de abordar con las tecnologías tradicionales, que son voluminosas, caras y muy exigentes desde el punto de vista técnico del operador. En este escenario, aparece la necesidad de abordar estas debilidades actuales mediante el desarrollo de una nueva generación de instrumentos que permitan una capacidad de monitorización sin precedentes del CO2, el mayor contribuyente al calentamiento global causado por emisiones de origen antropogénico.

Estos nuevos sensores deben proporcionar una medición precisa de la concentración del gas, no sólo a nivel del suelo sino también en las diferentes capas de la atmósfera, para una caracterización completa de la distribución del CO2. Es muy importante destacar que el diseño de estos instrumentos debe estar dotado también de una importante característica adicional como es la capacidad de determinar la huella isotópica estable del CO2, ya que es el parámetro que permite discernir entre fuentes de CO2 antropogénicas (como la combustión de combustibles fósiles) y naturales.

Además, los sistemas de detección deben estar diseñados para un sencillo despliegue in situ en diferentes áreas de interés estratégico, como en ciudades, proporcionando una cobertura completa de los puntos ciegos más importantes existentes en la actualidad. Así, la nueva generación de sensores podría establecer la base necesaria para orientar las políticas de toma de decisiones en el proceso de transición verde que se avecina.

En esta presentación se analizan tres tecnologías novedosas de interés para el despliegue de redes de vigilancia locales y distribuidas del ciclo de carbono. En primer lugar, el método de Radiometría Heterodina Láser (LHR) permite obtener el perfil vertical (con resolución en altitud) de la concentración de CO2 operando desde la superficie de la Tierra y analizando el efecto en el espectro de la luz solar recibida de los componentes atmosféricos para encontrar con precisión la distribución vertical de la concentración de CO2 en la atmósfera.

En segundo lugar, soluciones basadas en el método de espectroscopia fotoacústica, combinan tamaño reducido, alta sensibilidad y un despliegue de campo sencillo, permitiendo la posibilidad de proporcionar un mapa exacto, y potencialmente libre de huecos, de la concentración de gases a nivel del suelo mediante una red de sensores distribuida.

En tercer lugar, la espectroscopia por doble peine de frecuencias ópticas, como técnica de espectroscopia de absorción de espectro expandido y camino abierto, que actualmente se ha convertido en una alternativa a la espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) para despliegue en campo debido a su diseño compacto y a la ausencia de partes móviles en el diseño óptico del espectrómetro.