Monitoraggio del rilascio di carbonio nell'Artico: un progetto di rete di sensori

Negli ultimi anni, i cambiamenti climatici hanno sollevato preoccupazioni su come le regioni artiche siano colpite. Una questione fondamentale è quanta anidride carbonica venga rilasciata da queste aree a causa del riscaldamento. Per affrontare questo problema, è stato avviato un progetto in Islanda per studiare l'impatto delle variazioni di Temperatura sul suolo e sull'aria tramite una rete di Sensori.

#Importanza dello studio dell’ecosistema artico

L'Artico ospita una quantità significativa di Carbonio accumulato nel tempo. Purtroppo, mentre il clima si riscalda, questo carbonio immagazzinato potrebbe essere rilasciato nell'atmosfera, peggiorando gli effetti del cambiamento climatico. Si stima che quasi il 30% del carbonio mondiale sia conservato nelle regioni settentrionali, nonostante queste aree siano solo una piccola parte della superficie terrestre. Quindi, capire come il riscaldamento futuro influenzerà il rilascio di carbonio dall'Artico è fondamentale per affrontare le questioni climatiche.

#Il sito di ricerca ForHot

Il sito ForHot nel villaggio di Hveragerði, in Islanda, offre condizioni ideali per studiare le temperature del suolo e il rilascio di carbonio. Questo sito utilizza energia geotermica per mantenere una temperatura del suolo costante. I ricercatori hanno installato una rete di sensori wireless a bassa potenza per monitorare questi cambiamenti di temperatura nel tempo.

#Obiettivi del progetto

Gli obiettivi principali del progetto includono:

1. L'installazione di sensori a bassa potenza per raccogliere vari Dati come temperatura del suolo e livelli di umidità.
2. Garantire l'accesso remoto ai sensori in modo da poter fare aggiustamenti senza contatti diretti.
3. Fornire dati in tempo reale che possano assistere altre tecnologie, come i droni, nella raccolta dei dati.
4. Assicurarsi che i sensori possano operare per diversi anni senza bisogno di una fonte di alimentazione.

#Progettazione della rete di sensori

La rete è stata allestita in vari siti con diversi livelli di riscaldamento. Ogni area è unica per catturare dati specifici. Ad esempio, alcuni appezzamenti hanno un suolo più caldo a causa di attività geotermiche storiche, mentre altri hanno appena iniziato a riscaldarsi dopo eventi geologici.

#Scelte di comunicazione wireless

Durante la progettazione della rete di sensori, sono stati considerati vari metodi di comunicazione. Questi includevano LoRaWAN, NB-IoT e DASH7. Mentre LoRaWAN offre connettività a lungo raggio, DASH7 si è rivelato più adatto grazie al suo consumo energetico ridotto e alla capacità di funzionare senza una rigorosa sincronizzazione.

#Costruire nodi sensoriali efficaci

Ogni nodo sensoriale è progettato per essere efficiente, affidabile e capace di raccogliere dati da più fonti. Il team si è concentrato sull'assicurarsi che i nodi consumassero poca energia in modo da poter funzionare per lunghi periodi. Inoltre, il design consente modifiche facili per adattare diversi tipi di sensori senza richiedere una reprogrammazione estesa.

#Caratteristiche principali dei nodi sensoriali

• Basso consumo energetico per massimizzare la durata della batteria.
• Compatibilità con vari tipi di sensori.
• Struttura semplice per facilitare l'installazione e la manutenzione.

#Gateway e raccolta dati

Un gateway è essenziale per il sistema in quanto raccoglie i dati dai nodi sensoriali e li invia a un server centrale per la memorizzazione. Data la posizione remota dei siti di installazione, sono state utilizzate connessioni cellulari per trasmettere questi dati. Per alimentare i gateway, sono stati installati pannelli solari, garantendo un funzionamento costante nonostante le dure condizioni atmosferiche.

#Accesso remoto e programmazione

Il sistema consente l'accesso remoto ai sensori. Questo significa che gli scienziati possono recuperare dati e fare aggiustamenti tramite internet senza dover visitare fisicamente il sito. Il gateway funge da ponte tra i sensori sul campo e i dati memorizzati sul server.

#Il processo di installazione

L'installazione della rete di sensori è avvenuta in fasi a causa del terreno difficile e delle condizioni climatiche avverse. Inizialmente, il team aveva pianificato di installare i sensori a giugno 2020, ma ha affrontato ritardi a causa della pandemia da COVID-19. La prima installazione riuscita è avvenuta a maggio 2021.

#Fasi di installazione successive

Dopo la prima fase, il team mirava a installare sensori aggiuntivi e stabilire stazioni solari. Tuttavia, le condizioni climatiche avverse hanno ostacolato questi piani, costringendo il team a lasciare alcuni sensori già in loco. Alla fine, l'infrastruttura è stata completata, portando a un monitoraggio a lungo termine di successo.

#Raccolta di energia da fonti geotermiche

Data la natura geotermica del sito ForHot, i ricercatori hanno esplorato la possibilità di utilizzare le differenze di temperatura per raccogliere energia. Questo metodo implica l'utilizzo di un dispositivo che cattura energia dal gradiente di temperatura tra il suolo e l'aria.

#Come funziona la raccolta di energia

Il metodo di base prevede di posizionare un generatore di energia termica (TEG) in una posizione dove un lato è a contatto con il suolo caldo e l'altro lato disperde calore nell'aria più fresca. Questa configurazione può convertire le differenze di temperatura in energia utilizzabile, aiutando a alimentare i sensori.

#Dati di temperatura giornalieri e produzione di energia

Le variazioni di temperatura giornaliere tra aria e suolo sono state monitorate. Comprendere queste differenze è cruciale per stimare l'energia potenziale che può essere raccolta. Il progetto mirava ad analizzare quanto efficacemente l'energia potesse essere generata in base alle temperature variabili in diversi appezzamenti.

#Sfide nella raccolta di energia

Sebbene la raccolta di energia rappresenti una soluzione promettente, ci sono delle sfide. L'affidabilità delle fonti di energia può variare, specialmente nelle regioni più fredde. Inizialmente, i ricercatori sono stati cauti nel fare affidamento completamente sull'energia geotermica, portandoli a utilizzare l'alimentazione a batteria per i nodi sensoriali come backup.

#Il futuro delle reti di sensori

Le esperienze acquisite da questo progetto forniscono conoscenze preziose per il campo dell'installazione di sensori in ambienti difficili. I ricercatori sono ottimisti riguardo all'uso dei dati raccolti per migliorare il design delle reti di sensori a bassa potenza.

#Conclusione

In sintesi, il progetto in Islanda illustra le complesse interazioni tra cambiamento climatico, rilascio di carbonio e tecnologia. Utilizzando una rete di sensori, i ricercatori sono meglio equipaggiati per monitorare e analizzare gli effetti del riscaldamento nelle regioni artiche. Con il progresso della tecnologia, c'è speranza che possano essere sviluppate soluzioni ancora più innovative per affrontare le sfide urgenti del cambiamento climatico e dell'uso dell'energia.

Le intuizioni ottenute non solo contribuiscono alla nostra comprensione dell'ambiente, ma incoraggiano anche la ricerca continua su pratiche sostenibili per il futuro.