Måler lystgass i bondens åker

Kan omlegging av gjødslingen gjøre bonden rikere og utslippet av klimagasser lavere? En selvgående robot skal gi oss svaret.

Publisert
Robot som gjødsler. (Foto: Adigo AS)
Robot som gjødsler. (Foto: Adigo AS)

Prosjektet Multisens

Bioforsk som leder det store, internasjonale forskningsrådsprosjektet Multisens (2011-2015). Sammen med blant annet Universitetet for miljø og – biovitenskap (UMB) skal forskerne dokumentere hvilken effekt presisjonsgjødsling vil ha på lystgassutslipp.

En rekke prosjektpartnere er med: Yara, Adigo, Institute of Life Sciences, Gøteborg Universitet, Cornell University, USA og det tyske University of Hohenheim.

På vårparten sprer bonden mineralgjødsel utover åkrene for å gi grøde og vekst. Gjødslet inneholder blant annet nitrogen som kan omdannes til drivhusgassen N2O (lystgass).

Om noe av gjødslet fordeles utover i vekstsesongen og justeres etter hvor mye og når plantene trenger næring, får vi det som kalles presisjonsgjødsling.

Forskere mener dette ville være bra for bondens økonomi siden overgjødsling regnes som lite lønnsomt. Dessuten vil riktigere gjødsling gagne miljøet.

Bredt anlagt prosjekt

Nå skal det dokumenteres hvilken effekt presisjonsgjødsling vil ha på utslipp av lystgass.

Bioforsk og flere norske bedrifter og institusjoner er med i et nytt forskningsprosjekt, sammen med forskere fra Sverige, USA og Tyskland.

Forskerne vil også utvikle nye teknikker for å optimalisere gjødsling og sprøyting mot ugress og sykdommer i norsk hvetedyrking.

Lang erfaring med gassmåling

Ved SINTEF har måling av gasser stått sentralt i mange år, og forskerne overvåker i dag luftkvaliteten i den internasjonale romstasjonen ISS via gassmålesystemet ANITA.

Ideen om å kunne bruke noe av det grunnleggende prinsippet i ANITA på et instrument i hveteåkeren, ble luftet tidlig for Bioforsk. Men å kjøpe et instrument over disk -  for så å tilpasse teknologien, ville koste rundt én million, så det var lite aktuelt.

Bioforsk ønsket likevel mer testing og eksperimentering. SINTEF-forskerne klarte å få inn tre millioner til å finansiere en prototyp, som Bioforsk ville videreforedle.

Deretter startet samarbeidet, og SINTEF ble med i det store prosjektet.

Behov for kunnskap

Audun Korsæth på Bioforsk presiserer at de ikke har ambisjoner om å levere noen form for ferdig pakkeløsning til bønder:

– Dette er et rent forskningsprosjekt der vi legger grunnlaget for eventuelle senere kommersialiseringer. Utfordringen ligger ikke bare i å utvikle selve teknologien, men at vi også må skaffe til veie nødvendig kunnskap i skjæringspunktet mellom teknologi og agronomi, og finne ut hvordan vi skal nyttiggjøre oss teknologien i praksis.

Drone med bøtter

Prototypen av SINTEFs måleinstrument er nå klar, og skal testes ut videre på en selvgående robot som kan gjøre gassmålinger ute på åkeren.

Det ubemannede bakkekjøretøyet er utviklet av Adigo AS som arbeider med industriell produktutvikling og design og styring av autonome feltroboter.

Dronen har to bøtter/sensorkammer som senkes mot bakken for å samle lystgass ved måling.

Målingene skjer etter en viss tid når gassutslippet fra jorda er samlet opp i bøtta og en pumpe har brakt lufta videre til selve måleinstrumentet.

Utslipp av lystgass varierer mye både i tid og rom. For å finne effektive metoder for å redusere lystgassutslippene fra landbruket, trenger forskerne derfor omfattende måleserier.

– Tradisjonelle metoder for å måle gassutslipp er tungvinte og dyre. Den nye metoden vil åpne for automatiske målinger og bringe oss et langt steg framover i prosessen, sier Korsæth.

Gasser med ulike “fingeravtrykk”

– Spektral analyse handler om å finne hvilke gasser som er tilstede i et miljø - og i hvor store mengder. Når vi sender lys gjennom en gass, vil noe av lyset bli borte siden hver gass demper flere av bølgelengdene/fargenyansene, forklarer Karl Haugholt ved SINTEF IKT.

Siden de forskjellige gassene absorberer ulike deler av det infrarøde spekteret, får hver gass sitt eget ”fingeravtrykk”. Forskerne måler rett og slett hvor mye av hver bølgelengde i det infrarøde spekteret som blir borte.

– Instrumentet kan skille mellom cirka 10 000 ulike bølgelengder i området 2 – 6 µm. Det må man kunne kalle en bra oppløsning sier Haugholt.

Rådataene går inn i computeren og dataprogrammet finner ut hvor mye det er av hvert “fingeravtrykk”.

Utfordringen for forskerne er å skille gassene fra hverandre og å oppdage lave konsentrasjoner. For å sjekke at dataprogrammet har regnet rett, lager de derfor et kunstig transmisjonsspekter ved å legge sammen fingeravtrykk fra de målte gassene i det estimerte blandingsforholdet.

– Dette spekteret bør ligne på det målte signalet. Hvis det ikke gjør det, har det sannsynligvis kommet inn en gass vi ikke har tatt hensyn til. Skal vi få gode målinger må vi kalibrere for denne gassen og ta den med i beregningene, sier Haugholt.

Robust instrument

– Da vi startet opp, var tanken å bruke billige instrumenter utviklet av andre - siden det er gassmålingene som er det essensielle for oss, og siden UMB hadde en begrensning på kostnader, forteller Karl Henrik Haugholt.

– Men vi endte opp med å lage instrumentet selv.

Forskerne har brukt resultatene fra ANITA for å finne ut hvilken oppløsning man må ha for å skille mellom ulike gasser. Med for lav oppløsning vil man for eksempel ikke kunne skille ulike hydrokarboner fra hverandre.

– Den nye måleren har blitt robust og enkel å ta med seg. Det tåler et røffere miljø og mer av vibrasjoner enn mer kostbare instrumenter, sier Haugholt.