Sistemi di monitoraggio dei gas serra e dei gas disciolti

Le tecnologie di monitoraggio dei gas serra consentono la misurazione precisa di gas come l’anidride carbonica, il metano e il protossido di azoto sia in forma disciolta che gassosa, fornendo dati essenziali per la modellizzazione del ciclo del carbonio, il monitoraggio dell’inquinamento e la valutazione ambientale. Integrati con piattaforme di ingegneria sottomarina, questi sensori supportano l’analisi in tempo reale delle concentrazioni di gas in diversi ambienti marini.
Panoramica del monitoraggio dei gas serra marini

SEAEXPLORER 1000 di ALSEAMAR

Il monitoraggio dei gas serra negli ambienti oceanici e sottomarini richiede l’impiego di sistemi di rilevamento avanzati in grado di funzionare in condizioni di alta pressione, salinità variabile e scarsa illuminazione. Queste tecnologie sono progettate per misurare i gas disciolti e liberi nell’acqua marina e negli strati di sedimenti, fornendo informazioni sui processi biogeochimici e sugli impatti antropici.

I sistemi si basano spesso su principi di rilevamento elettrochimico, a infrarossi (IR) o a infrarossi non dispersivi (NDIR), con configurazioni su misura per navi da ricerca, ormeggi, veicoli subacquei autonomi (AUV) e veicoli telecomandati (ROV). Gli alloggiamenti modulari dei sensori e le celle ottiche garantiscono affidabilità a lungo termine, mentre le unità di calibrazione mantengono la precisione in caso di impieghi prolungati.

Applicazioni e casi d’uso del monitoraggio dei gas serra

Scienze oceanografiche

Il monitoraggio dei gas serra supporta i programmi di ricerca globali che studiano l’assorbimento di carbonio oceanico, i flussi di metano e lo scambio di gas nella colonna d’acqua. I sensori di CO₂ disciolta sono essenziali per studiare le tendenze di acidificazione e il sequestro del carbonio negli ecosistemi marini. Le navi da ricerca oceanografica utilizzano questi strumenti per mappare la variabilità della CO₂ e valutare i contributi regionali agli inventari globali dei gas serra.
Monitoraggio industriale e ambientale
Nelle operazioni relative all’energia offshore e alle infrastrutture sottomarine, i sensori di gas rilevano le emissioni e le perdite da condutture, pozzi sottomarini e impianti industriali. Il monitoraggio in tempo reale di CO₂ e CH₄ migliora la conformità ambientale e la sicurezza, supportando al contempo l’ottimizzazione dei processi industriali. I sistemi di monitoraggio dell’acquacoltura integrano sensori di gas disciolti per gestire l’ossigenazione e rilevare le emissioni nocive che influenzano la vita acquatica e la qualità dell’acqua.

Sistema di monitoraggio dei gas serra OceanXpert di SubCtech

Applicazioni per la difesa e la sicurezza

I programmi di difesa utilizzano sistemi di monitoraggio dei gas serra sottomarini per valutare i parametri ambientali di riferimento, rilevare gli scarichi industriali e supportare la sorveglianza sottomarina. I sensori di rilevamento dei gas sono integrati in piattaforme autonome per la ricognizione ambientale a lungo raggio, aiutando le agenzie di difesa a gestire l’impatto ecologico delle operazioni e a mantenere la consapevolezza della situazione nelle regioni marine sensibili.

Tipi di sensori di gas serra

• Sensori di CO₂ disciolta: misurano la concentrazione di anidride carbonica nell’acqua di mare utilizzando metodi di rilevamento ottici o elettrochimici.
• Sensori di metano: rilevano il metano disciolto e libero per la misurazione del flusso e il rilevamento di perdite in ambienti sottomarini.

Sensori elettrochimici di gas: design compatto per l’integrazione in sonde multiparametriche e pacchetti di monitoraggio ambientale.
Sensori NDIR di CO₂: rilevatori a infrarossi non dispersivi che forniscono misurazioni altamente accurate con una manutenzione minima.
Sensori ottici di gas: utilizzano l’assorbimento a infrarossi attraverso finestre ottiche e celle per quantificare CO₂ e CH₄ con elevata stabilità.

Questi sensori spesso incorporano registratori di dati, sensori di pressione e temperatura e sistemi di telemetria per l’acquisizione e la trasmissione remota dei dati a piattaforme terrestri o navali.
Componenti chiave e sistemi di supporto
Una soluzione completa per il monitoraggio dei gas serra in ambito marino include tipicamente:

• Testine e alloggiamenti dei sensori: involucri resistenti alla pressione per un uso sottomarino a lungo termine
• Registratori di dati e sistemi di telemetria: per la trasmissione dei dati in tempo reale e la registrazione degli archivi
• Moduli di alimentazione e controller: forniscono un’alimentazione stabile ai sensori e agli analizzatori sottomarini.
  Unità di calibrazione: garantiscono l’integrità delle misurazioni in condizioni di pressione e temperatura variabili.

• Sistemi di controllo del flusso e ottici: gestiscono l’esposizione dei campioni ai sensori per garantire letture coerenti.
• Connettori e interfacce subacquei: consentono l’integrazione con AUV, ROV o reti di osservatori fissi.

Confronto e selezione della tecnologia
La scelta del sistema di monitoraggio appropriato dipende dai gas target, dalla profondità nominale e dall’applicazione.



Analizzatore pCO2 OceanPack™ BUOY di SubCtech per il monitoraggio dei gas serra

• I sensori a infrarossi garantiscono un’elevata precisione nel rilevamento di CO₂ e CH₄, ma richiedono pulizia ottica e calibrazione.
• I sistemi elettrochimici sono economici e compatti, adatti per sonde multiparametriche in applicazioni poco profonde.
• Gli analizzatori NDIR offrono una precisione di livello laboratoriale per l’uso a lungo termine in osservatori.

L’integrazione con i sistemi di osservazione oceanica esistenti migliora la continuità dei dati, supportando l’analisi interdisciplinare del clima e dell’ambiente.

Standard e pratiche di calibrazione

I sistemi di monitoraggio dei gas serra marini sono spesso conformi agli standard internazionali e regionali per garantire la coerenza e l’interoperabilità dei dati:

• ISO 25197: Apparecchiature elettroniche per la comunicazione di dati marini
• IEC 60529: Gradi di protezione degli involucri (codici IP) per l’elettronica subacquea
• ASTM D1945 / D1946: Pratiche standard per l’analisi dei gas
• Protocolli OCEANS/GOOS: migliori pratiche per la qualità e la calibrazione dei dati di osservazione oceanica

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La calibrazione regolare utilizzando miscele di gas certificate o unità di calibrazione a bordo mantiene la precisione in condizioni ambientali dinamiche.
Integrazione con i sistemi di osservazione oceanica
La moderna ricerca oceanografica si basa su nodi di rilevamento in rete che trasmettono dati sui gas serra attraverso osservatori cablati, boe telemetriche e piattaforme autonome. Questi sistemi contribuiscono alla creazione di set di dati a lungo termine a supporto della modellizzazione climatica, dell’analisi del flusso di carbonio e della gestione degli ecosistemi. L’integrazione con sensori di temperatura, pressione e salinità (CTD) migliora la comprensione contestuale delle tendenze della concentrazione dei gas e della loro correlazione con le dinamiche oceaniche.

Tendenze future

I progressi nella miniaturizzazione, nell’efficienza energetica e nella sensibilità dei sensori stanno consentendo un monitoraggio più completo e di lunga durata dei gas serra in tutti i bacini oceanici. L’apprendimento automatico e l’edge computing consentono ora l’analisi dei dati in situ, riducendo la latenza e migliorando il processo decisionale per le operazioni ambientali e industriali. I materiali ottici migliorati, le membrane permeabili ai gas e le interfacce di comunicazione sottomarine continuano ad ampliare le capacità delle reti di rilevamento dei gas marini.