Monitoreo de la Liberación de Carbono en el Ártico: Un Proyecto de Red de Sensores

En los últimos años, los cambios en nuestro clima han despertado preocupaciones sobre cómo se ven afectados las regiones del Ártico. Un tema clave es cuánto carbono se libera de estas áreas debido al calentamiento. Para abordar esto, se creó un proyecto en Islandia para estudiar el impacto de los cambios de temperatura en el suelo y el aire a través de una red de Sensores.

#Importancia de estudiar el ecosistema ártico

El Ártico alberga una cantidad significativa de carbono que se ha acumulado con el tiempo. Lamentablemente, a medida que el clima se calienta, este carbono almacenado podría liberarse a la atmósfera, empeorando los efectos del cambio climático. Se estima que casi el 30% del carbono del mundo está almacenado en las regiones del norte, a pesar de que esas áreas solo son una pequeña parte de la superficie de la Tierra. Por lo tanto, entender cómo el calentamiento futuro afectará la liberación de carbono del Ártico es vital para abordar los problemas climáticos.

#El sitio de investigación ForHot

El sitio ForHot en el pueblo de Hveragerði, Islandia, ofrece condiciones ideales para estudiar las Temperaturas del suelo y la liberación de carbono. Este lugar utiliza Energía geotérmica para mantener una temperatura del suelo constante. Los investigadores han instalado una red de sensores inalámbricos de bajo consumo para monitorear estos cambios de temperatura a lo largo del tiempo.

#Objetivos del proyecto

Los principales objetivos del proyecto incluyen:

1. Desplegar sensores de bajo consumo para recopilar diversos Datos como la temperatura del suelo y los niveles de humedad.
2. Asegurar acceso remoto a los sensores para que se puedan hacer ajustes sin contacto directo.
3. Proveer datos en tiempo real que puedan ayudar a otras tecnologías, como drones, a recolectar información.
4. Garantizar que los sensores puedan operar durante varios años sin necesidad de una fuente de energía.

#Diseño de la red de sensores

La red está configurada en diferentes sitios que tienen varios niveles de calefacción. Cada área está dividida de manera única para capturar datos específicos. Por ejemplo, algunos terrenos tienen un suelo más cálido debido a la actividad geotérmica histórica, mientras que otros apenas han comenzado a calentarse tras eventos geológicos.

#Opciones de comunicación inalámbrica

Al diseñar la red de sensores, se consideraron varios métodos de comunicación. Estos incluyeron LoRaWAN, NB-IoT y DASH7. Mientras que LoRaWAN ofrece conectividad de largo alcance, DASH7 resultó ser el más adecuado debido a su bajo consumo de energía y su capacidad para funcionar sin una sincronización estricta.

#Construyendo nodos de sensor efectivos

Cada nodo de sensor está diseñado para ser eficiente, confiable y capaz de recopilar datos de múltiples fuentes. El equipo se enfocó en asegurar que los nodos consuman poca energía para que puedan operar durante períodos prolongados. Además, el diseño permite realizar cambios fácilmente para acomodar diferentes tipos de sensores sin requerir una reprogramación extensa.

#Características clave de los nodos de sensor

• Bajo consumo de energía para maximizar la vida de la batería.
• Compatibilidad con varios tipos de sensores.
• Estructura simple para facilitar el despliegue y el mantenimiento.

#Gateway y recolección de datos

Un gateway es esencial para el sistema, ya que recoge datos de los nodos de sensor y los envía a un servidor central para su almacenamiento. Dadas las ubicaciones remotas de los sitios de despliegue, se utilizaron conexiones celulares para transmitir estos datos. Para alimentar los gateways, se instalaron paneles solares, asegurando un funcionamiento constante a pesar de las duras condiciones climáticas.

#Acceso remoto y programación

El sistema permite acceso remoto a los sensores. Esto significa que los científicos pueden recuperar datos y hacer ajustes a través de internet sin necesidad de visitar físicamente el sitio. El gateway actúa como un puente entre los sensores en el campo y los datos almacenados en el servidor.

#El proceso de despliegue

El despliegue de la red de sensores ocurrió en etapas debido al terreno desafiante y las duras condiciones climáticas. Inicialmente, el equipo planeó desplegar sensores en junio de 2020, pero enfrentó contratiempos debido a la pandemia de COVID-19. El primer despliegue exitoso ocurrió en mayo de 2021.

#Fases de despliegue subsiguientes

Después de la primera fase, el equipo buscó desplegar sensores adicionales y establecer estaciones de energía solar. Sin embargo, las condiciones climáticas adversas obstaculizaron estos planes, obligando al equipo a dejar algunos sensores ya en su lugar. Finalmente, la infraestructura se completó, lo que llevó a un monitoreo exitoso a largo plazo.

#Recolección de energía de fuentes geotérmicas

Dada la naturaleza geotérmica del sitio ForHot, los investigadores exploraron la posibilidad de usar las diferencias de temperatura para recolectar energía. Este método implica usar un dispositivo que captura energía del gradiente térmico entre el suelo y el aire.

#Cómo funciona la recolección de energía

El método básico implica colocar un generador de energía térmica (TEG) en una posición donde un lado esté en contacto con el suelo cálido y el otro disipe calor en el aire más frío. Esta configuración puede convertir las diferencias de temperatura en energía útil, ayudando a alimentar los sensores.

#Datos diarios de temperatura y producción de energía

Se monitorearon las variaciones diarias de temperatura entre el aire y el suelo. Entender estas diferencias es crucial para estimar la energía potencial que se puede recolectar. El proyecto tenía como objetivo analizar cuán efectivamente se podría generar energía en función de las temperaturas variables en diferentes parcelas.

#Desafíos en la recolección de energía

Si bien la recolección de energía presenta una solución prometedora, hay desafíos. La fiabilidad de las fuentes de energía puede variar, especialmente en regiones más frías. Inicialmente, los investigadores fueron cautelosos en depender completamente de la energía geotérmica, lo que los llevó a usar energía de baterías para los nodos de sensor como respaldo.

#El futuro de las redes de sensores

Las experiencias adquiridas en este proyecto aportan conocimientos valiosos al campo del despliegue de sensores en entornos desafiantes. Los investigadores son optimistas sobre el uso de los datos recopilados para mejorar el diseño de redes de sensores de bajo consumo.

#Conclusión

En resumen, el proyecto en Islandia ilustra las complejas interacciones entre el cambio climático, la liberación de carbono y la tecnología. Al utilizar una red de sensores, los investigadores están mejor equipados para monitorear y analizar los efectos del calentamiento en las regiones árticas. A medida que la tecnología avanza, hay esperanza de que se puedan desarrollar soluciones aún más innovadoras para enfrentar los desafíos urgentes del cambio climático y el uso de energía.

Los conocimientos adquiridos no solo aportan a nuestra comprensión del medio ambiente, sino que también fomentan la investigación continua en prácticas sostenibles para el futuro.