Melkveebedrijven produceren grote hoeveelheden van twee dingen:melk en poep. Melk vindt zijn weg naar lekkernijen zoals warme chocolademelk en tosti's, maar de poep stapelt zich op.

Melkveehouders pompen de puinhoop in kunstmatige vijvers, mestlagunes genaamd, waar anaërobe microben het afbreken tot methaan, een krachtig broeikasgas. Methaan houdt 80% meer warmte vast in de atmosfeer dan kooldioxide, wat tot op heden bijdraagt ​​aan ongeveer een vierde van de klimaatverandering. Het spijsverteringskanaal van de koe produceert ook methaan en geeft het af wanneer de koe boert.

Ongeveer 50% van het methaan dat Californië uitstoot, komt van melkveebedrijven. Om aan strikte klimaatdoelstellingen te voldoen, heeft de staat manieren voorgesteld om de uitstoot van zuivelmethaan te reguleren. Maar deze inspanningen stuiten op een groot probleem:er is momenteel geen betrouwbare manier voor melkveehouders om de hoeveelheid methaan te meten die op hun bedrijf wordt geproduceerd.

De hoeveelheid geproduceerd methaan hangt af van het aantal koeien, hun voeding, het weer en hoe nat de mest wordt opgeslagen. Schattingen van hoeveel methaan een boerderij produceert, zijn daarom onzeker. Metingen per satelliet of vliegtuig leveren de meest nauwkeurige schattingen op, maar deze tools zijn duur en werken niet altijd op het niveau van individuele boerderijen.

UC Riverside postdoctoraal fellow Javier Gonzalez-Rocha wil daar verandering in brengen. Hij werkt samen met professor werktuigbouwkunde Akula Venkatram en professor milieuwetenschappen Francesca Hopkins aan de ontwikkeling van luchtrobotsystemen die de methaanemissies direct boven een specifieke zuivelfabriek kunnen kwantificeren.

Om dit doel te bereiken, heeft Gonzalez-Rocha een nieuwe methode ontwikkeld voor het extraheren van windsnelheidsschattingen van verstoringen tot dronebewegingen veroorzaakt door wind. Dit algoritme is aangepast aan een drone-gebaseerd "air core"-systeem, ontwikkeld door professor milieutechniek Don Collins en afgestudeerde student Zihan Zhu.

Een luchtkern is vergelijkbaar met een ijskern, een ijsprop die uit een gletsjer wordt getrokken en die veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer in de loop van de tijd kan onthullen. Door windsnelheid en luchtkernmeetmogelijkheden te combineren, kunnen drones helpen bij het detecteren, lokaliseren en schatten van methaanemissies op fijne ruimtelijke schalen die anders moeilijk op te lossen zijn met behulp van standaard meettechnieken voor wind- en luchtsamenstelling. Het vermogen van drones om te zweven en te manoeuvreren in krappe omgevingen, waar het voor conventionele vliegtuigen met vaste vleugels moeilijk is om te opereren, biedt ook nieuwe mogelijkheden voor het verkrijgen van gerichte observaties van broeikasgassen in de lagere atmosfeer.

Het werk onder leiding van Gonzalez-Rocha en Zhu zal binnenkort nieuwe bevindingen opleveren over de betrouwbaarheid van op drones gebaseerde atmosferische metingen in vergelijking met conventionele wind- en luchtsamenstellingssensoren.

Gonzalez-Rocha test de drones op de locatie voor landbouwactiviteiten van UCR en op melkveebedrijven in Californië, waar hij ze gebruikt om methaanconcentraties te meten op verschillende afstanden benedenwinds van emissiebronnen. Begrijpen hoe methaanconcentraties variëren op verschillende locaties benedenwinds is van cruciaal belang voor het kwantificeren van emissiebronnen.

Hoewel de door Gonzalez-Rocha en Zhu ontwikkelde technieken nog in de kinderschoenen staan, blijft er een groot potentieel voor het verbeteren van de nauwkeurigheid van op drones gebaseerde metingen. Lopend werk is het verkennen van een luchtkernsysteem met meerdere inlaten om de luchtsamenstelling op meerdere hoogten tegelijk te bemonsteren terwijl de drone over een methaanpluim beweegt. De onderzoekers denken dat ze een cursus volgen voor boeren om deze technologie binnen de komende 5 tot 10 jaar te gebruiken.