As análises de gases ambientais, que antes exigiam meses de trabalho de laboratório, agora podem ser realizadas rapidamente no campo. Um grupo de cientistas da Eawag desenvolveu um espectrômetro de massa portátil que permite medições no local - e um spin-off foi criado para comercializar o novo sistema.

Quais são os efeitos da acumulação de gases vulcânicos no Lago Kivu, na África Central? Como funciona o sistema de água subterrânea do Reno perto de Pratteln? Qual é a melhor maneira de controlar as emissões de gases de efeito estufa de um aterro sanitário no nordeste da Suíça? Respostas a perguntas como essas podem ser fornecidas por um espectrômetro de massa portátil recém-desenvolvido - pelos pesquisadores chamado "miniRuedi" - que permite que amostras de gás e água sejam analisadas no local e em tempo real. Por exemplo, as concentrações de diferentes gases foram determinadas em um aterro durante uma campanha de medição de um dia. Este estudo apóia as medidas de otimização para aerar o aterro, a fim de reduzir a formação de metano, um forte gás de efeito estufa.

Sistema em uma mala

Eawag físico ambiental Matthias Brennwald, que desenvolveu o espectrômetro de massa portátil, explica:"Nosso instrumento, pesando 13 quilos e montado em uma mala com rodinhas, pode ser levado para os locais mais remotos. Depois de instalado no local, o Mini-Ruedi pode medir gases de forma imediata e eficiente usando amostras muito pequenas, por isso não interfere na dinâmica natural do meio ambiente. "O sistema, que pode operar de forma autônoma, fornece medições contínuas de uma ampla gama de gases. Os locais e horários mais adequados para a amostragem podem, portanto, ser identificados imediatamente. A operação a longo prazo também é possível. Como Brennwald aponta, "Análises que no passado seriam inconcebíveis - em parte por razões financeiras, já que envolveriam meses de trabalho de laboratório - agora de repente são possíveis. "

Duas semanas em vez de seis anos

Por exemplo, usando o Mini-Ruedi, a equipe Eawag precisou de apenas duas semanas para concluir um projeto de análise de água subterrânea na Austrália. Com métodos e instrumentos convencionais, Brennwald estima, a equipe teria exigido cerca de seis anos no laboratório. Apesar disso, a precisão das medições do novo sistema é notável, com uma incerteza analítica de um a três por cento (contra um a um e meio por cento para um muito mais caro, espectrômetro baseado em laboratório). Outras vantagens oferecidas pelo sistema são o baixo consumo de energia (50 watts, não mais do que uma lâmpada tradicional) e operação livre de manutenção. Brennwald enfatiza que "para pessoas acostumadas a trabalhar com instrumentos de medição, leva apenas um dia para aprender a manusear o sistema portátil. "

Componentes de prateleira

Embora o espectrômetro de massa portátil possa parecer complexo à primeira vista, na verdade, consiste em apenas quatro elementos principais (Fig. 1). O gás que entra passa lentamente por um tubo capilar de dez metros de comprimento, uma reminiscência da tromba de um elefante (daí o nome do sistema, "Ruedi Rüssel" sendo uma conhecida rede de postos de gasolina na Suíça). Duas bombas geram o vácuo necessário na câmara onde a composição da mistura de gases e a abundância dos vários gases são medidas. O "cérebro" eletrônico do sistema é controlado por um software desenvolvido pelo próprio Brennwald. Daqui, os resultados são transferidos para um computador.

Se os gases forem analisados ​​em amostras de água (por exemplo, de lagos), uma membrana é usada para separar os gases da água, para que os componentes delicados do sistema não sejam expostos à umidade.

Spin-off da Gasometrix estabelecido

Apenas dois anos depois que o Mini-Ruedi foi implantado pela primeira vez em um projeto, outros oito instrumentos estão agora em uso - um total de cinco em Eawag e quatro nas Universidades de Genebra e Tübingen e no laboratório de rochas Mont Terri. Como Matthias Brennwald recebeu inúmeras consultas (não relacionadas aos projetos Eawag) sobre a compra do sistema, ele decidiu - em consulta com Eawag - estabelecer um spin-off. Desde abril, ele tem desenvolvido os sistemas portáteis sob o nome de Gasometrix; como um funcionário Eawag leal, ele adiciona, esta é apenas uma linha secundária. O primeiro cliente adquirido para sua própria empresa é a Universidade de Oxford.

Aplicativos Mini-Ruedi em todo o mundo

O Mini-Ruedi pode quantificar vários gases - atualmente incluindo hélio, argônio, criptônio, azoto, oxigênio, dióxido de carbono e metano - em sistemas ambientais. As medições de gases específicos podem ajudar os pesquisadores a compreender os processos subjacentes à formação de gases. Como este sistema compacto (60 cm x 40 cm x 14 cm; 13 kg) pode analisar vários gases em menos de um minuto e pode ser implantado em locais remotos, já é amplamente utilizado (para exemplos de aplicações em projetos de pesquisa Eawag em todo o mundo, consulte:gasometrix.com/map/). Tem sido usado, por exemplo, para análises de água para avaliar sistemas de água subterrânea ou para investigar efeitos antropogênicos em corpos d'água. Em um projeto recente na República Tcheca, amostras de solo foram analisadas para estudar as exalações de gás de nascentes. Também estão planejadas análises a serem conduzidas para uma empresa de petróleo e gás na Noruega:aqui, os fluxos de gás devem ser monitorados para que vazamentos de metano ou dióxido de carbono possam ser detectados.