MX2011008148A - Sistema de sistemas para monitorear flujos de gas de invernadero. - Google Patents
Sistema de sistemas para monitorear flujos de gas de invernadero.Info
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Abstract
Se describe un sistema de sistemas para monitorear información para flujo de carbono, por ejemplo, a escalas capaces de manejar el flujo neto regional de carbono y cotizar instrumentos financieros de carbono. El sistema de sistemas puede monitorear el flujo de carbono en bosques, suelos, áreas agrícolas, cuerpos de agua, gases de chimenea, y similares. El sistema incluye medios para identificar y cuantificar las fuentes de carbono con base en la medición simultánea de isotopólogos de dióxido de carbono, por ejemplo, de fuente industrial, agrícola o natural, que ofrecen la integración de estos en tiempo y espacio. Los estándares de carbono se utilizan en múltiples escalas para asegurar la armonización de los datos e instrumentos financieros de carbono.
Description
SISTEMA DE SISTEMAS PARA MONITOREAR FLUJOS DE GAS DE
INVERNADERO
Campo de la Invención
La descripción se refiere en general a un sistema estandarizado a nivel geográfico para la medición, integración y análisis de datos para fuentes de gas de invernadero que pueden utilizarse para apoyar la comercialización de carbono y políticas de administración.
Antecedentes de la Invención
El surgimiento de sistemas de comercialización a base de mercados para gases de invernadero (GHG) (por ejemplo, IPCC 2007) , específicamente como se modaliza en C02 atmosférico, presenta un método y un proyecto específicos más técnicos con relación a estudios de los ciclos de carbono global (Tans et al., 1996; Steffen et al., 1998). El monitoreo específico de carbono efectivo en cuanto a costo y alta precisión sustentan no solamente el entendimiento de los dinámicos del carbono del planeta (por ejemplo, el presupuesto de carbono completo) sino también las bases de una nueva y rápidamente emergente economía de carbono con proyectos geográficamente definidos discretos que representan presupuestos de carbono parciales (local y regional) (Capoor y Ambrosi 2007) . La contabilidad de la pérdida de carbono local, regional, nacional y global se monitorea en métodos
Ref.222435 reguladores para reducir, evitar o por el contrario disminuir las fuentes actuales así como mostrar los resultados de carbono negativos a través del secuestro de carbono.
Específicamente, el protocolo Kyoto de diciembre de 1997 especificó emisiones objetivo y programables para las naciones industrializadas y medidas a base de mercado para cumplir con estos objetivos (ver, Anderson, J.W. 1998, The Kyoto Protocol on Climate Change : Resources for the Future) y la necesidad de cuantificar los grupos de carbono que son necesarios para implementar el protocolo Kyoto. O 99/42814 generalmente describe las mediciones de isótopos de de C02 con el fin de determinar y monitorear las emisiones de carbono globales y regionales de fuentes naturales y antropogénicas . Sin embargo, WO 99/42814 solamente describe tales sistemas en amplios términos y no proporciona ningún detalle con respecto a cómo las implementaciones específicas deben llevarse a cabo. Notablemente, aún sobre una década desde el pasaje del protocolo Kyoto, no existe un sistema experimental o comercial que actualmente combine un sistema de sistemas para medir y monitorear tanto 13C como 14C en un instrumento. Particularmente, ningún sistema confiable y escala geográfica para la medición directa, monitoreo, verificación y contabilidad del carbono con el propósito de comercializar el carbono está disponibles desde la introducción del protocolo Kyoto (1997) .
Breve Descripción de la Invención
La presente descripción proporciona un sistema de sistemas que permite por primera vez la integración del flujo de carbono de ambas emisiones de carbono naturales y artificiales, que producen sistemas de contabilidad de carbono dobles en donde las emisiones biogénicas o naturales y de fósil/industriales se cuantifican de manera separada con el propósito de comercializar el carbono. De esta forma, la comercialización del carbono puede retinarse como un método de dos carbonos (por ejemplo, combustible C de fósil y C biogénico) , reconociendo que ambos ecosistemas funcionan y las acciones antropogénicas pueden cotizarse diferencialmente de acuerdo con la eficiencia de la reducción de carbono y otros factores (por ejemplo, función ecológica) obtenida por cada una de las ubicaciones dadas y sobre cualquier periodo de tiempo. A la fecha, los mecanismos de cotización de carbono no contabilizan los dos tipos de carbono aunque están interconectados reflejando dinámicos de carbono hechos por el hombre y biogénicos.
Un sistema de sistemas se describe el cual permite en análisis cuantitativo, en tiempo real de isotopólogos de gases atmosféricos que proporcionan la identificación y la cuantificación de componentes, tales como dióxido de carbono (C02) , metano (CH ) y óxido nitroso (N20) . Un sistema de sistemas se describe el cual recolecta los gases atmosféricos, analiza los gases de composición isotópica utilizando analizadores isotópicos y de acuerdo con los requerimientos para el muestreo de frecuencia, armoniza los datos a través de sitios de muestreo utilizando referencias estándar y/o globales. Los datos son provistos a una ubicación central y proporciona productos de datos a base de isótopos de acuerdo con las modalidades específicas y el uso de los métodos de conversión que dan como resultado toneladas métricas de carbono apropiadas para intercambios de comercialización de carbono. Tales productos en el caso de C02 pueden dar como resultado un sistema de dos carbonos (por ejemplo, carbono biogénico y fósil) para la comercialización que puede aplicarse a través de industrias, estados, regiones, gobiernos, intercambios de gas de invernaderos, cuerpos de verificación para tratados de gas de invernadero y a través de otros participantes para utilizar el análisis del presupuesto del carbono, cotización del carbono y administración del carbono.
La descripción también proporciona detalles para el diseño de un sistema láser de tres celdas que se calibra dentro del instrumento, y también puede inter-calibrarse con otros instrumentos, por ejemplo, a través de un entorno en por lo menos algunos casos, cada instrumento puede ser referenciado a estándares globales conocidos, asegurando la comparación geográfica de los datos, y de esta forma la equivalencia monetaria cuando tales datos se utilizan para comercialización de carbono ya sea como un esquema de comercialización en vivo continuo o como el esquema de comercialización discontinuo. De esta forma la descripción representa la capacidad más allá de la capacidad de un solo instrumento para ya sea 13C o 14C. Tales determinaciones del análisis individual son actualmente el estándar para el monitoreo de isotopólogos de carbono y no trata los componentes necesarios para entender ni el uso de los datos para propósitos de comercialización de carbono.
Un aspecto de la descripción involucra un sistema de sistemas para efectivamente medir, monitorear, reportar, verificar, analizar, y monetizar los datos para términos de fuentes de gases del invernadero tales como presupuestos de carbono que reflejan tanto carbono fósil como biogénico para un área dada y sobre un periodo de tiempo dado con una frecuencia dado de muestreo.
Otro aspecto de la descripción proporciona un instrumento con una relación multi- isótopo integrada para la determinación de la concentración y las proporciones istotópicas de uno o más isotopólogos de un componente en un gas, tal como dióxido de carbono en una corriente de aire ambiental. En ciertas modalidades, es provisto el instrumento de proporción de multi-isótopo casi simultánea, integrada para la determinación de la concentración y las proporciones isotópicas. Los isotopologos relevantes incluyen sin limitación 12C, 13C y 14C; en algunas modalidades la medición de los isotopologos de carbono relevantes utilizan un sistema láser de tres celdas .
Otro aspecto de la descripción proporciona un instrumento desplegable de campo capaz de medir casi simultánea y precisamente la concentración y las proporciones de isótopos de un componente en una mezcla de gas que se extrae de cualquier fuente, en el intervalo de fuentes de punto tales como una chimenea o gas extraído del océano, a espacios abiertos de cualquier clase sobre la tierra o sobre el agua en cualquier lugar en la Tierra.
Otro aspecto de la descripción proporciona un método que utiliza el sistema de sistemas para medir, monitorear, identificar, reportar, verificar, analizar, y poner disponibles los datos de emisiones de C02 de intercambios de carbono con base en ensambles geográficamente discretos de analizadores para grandes áreas forestales, agrícolas, cuerpos acuosos, resguardos naturales y por el contrario fuentes no industriales, mientras se proporciona lo mismo para actividades industriales y otras actividades antropog nicas . La colocación de tales ensambles discretos se determina a través del uso del sistema de sistemas en varias configuraciones industriales con la selección de una o más configuraciones preferidas para protocolos de medición y monitoreo especificado. De esta forma, el sistema de sistemas es integral en la determinación de la aplicación óptica del sistema de sistemas, si en tal sistema de sistemas ninguna medición, monitoreo, verificación o contabilidad de carbonos efectiva puede realizarse. En los casos anteriores, la descripción proporciona la definición cuantitativa de las contribuciones de fósil y biogénicas en una forma que no ha sido reportada.
Otro aspecto de la descripción proporciona grupos de instrumentos capaces de ser controlados y consultados remotamente, así como proporcionar datos en tiempo real a través de transmisiones de señal a cualquier número de centros de datos, puntos de control, o plataformas de comercialización de gas de invernadero, electrónicos.
Otro aspecto de la descripción proporciona un instrumento capaz de analizar casi simultáneamente, múltiples especies de isotopólogos de un gas que proporciona tal análisis en una forma no destructiva con respecto a la muestra de esta forma permitiendo que la misma corriente de gas a ser utilizada en analizadores adicionales de cualquier tipo, incluyendo tierra, carbono inorgánico disuelto y otras formas de carbono de interés. Tales análisis simultáneos pueden realizarse a escalas de tiempo de 1 segundo o menos a horas, dependiendo de las constantes de tiempo de los procesos biológicos y químicos a ser medidos y monitoreados .
Otro aspecto de la descripción proporciona un instrumento capaz de ser expandido para incluir una variedad de estos sensores y tecnologías de muestreo cuando se hacen disponibles y se integran dentro del sistema de tres celdas.
Otro aspecto de la descripción proporciona un método que utiliza el sistema de sistemas para medir, monitorear, identificar, reportar, verificar, analizar y proporcionar los datos de emisión de C02 de intercambio de carbono para una variedad de emisiones de carbono, en el intervalo de fuentes industriales incluyendo ubicaciones de punto discretas, complejos industriales y sobre grandes áreas de tierra en donde las fuentes industriales pueden estas situadas .
Otro aspecto de la descripción incluye utilizar una o más celdas de referencia selladas universales para cada isotopólogo tales como las proporciones de 12C, 13C y 14C que están o pueden hacerse idénticas para cada isotopólogo y distribuirse uniformemente dentro de un ensamble (s) de instrumentos, proporcionando la inter-equivalencia en tiempo real de las mediciones tomadas por todos los instrumentos a través del tiempo y el espacio.
Aún otro aspecto de la descripción incluye utilizar un ensamble de instrumentos a través de un área definida cada uno con una celda de referencia estándar sellada en donde cada instrumento mide las proporciones de isótopos de carbono en la celda de referencia y en una corriente de aire u otro gas si se compara con otros instrumentos en el ensamble y después con una celda sellada de gas de referencia maestra externa (por ejemplo, referencia primaria) . Una celda sellada de gas de referencia maestra puede mantenerse en una instalación de referencia (s) central asegurando la equivalencia de los datos isotópicos a través de espacio y tiempo en tiempo real y proporcionando la verificación para la comercialización de carbono en vivo y la monetización a través de todas las formas de acuerdos financieros que involucran derivados de carbono. Tales celdas selladas de gas de referencia maestras deberán estar enlazadas a uno o más estándares de gas internacionales para las proporciones de 12C, 13C y 14C que proporcionan una red de grupos de datos inter-comparables a ser utilizados para comercializar el carbón, para el manejo de presupuestos de carbono a una variedad de escalas y con un mejor entendimiento del ciclo del carbono global .
Aún otro aspecto de la descripción incluye la transmisión de datos isotópicos en tiempo real a través de telemetría de cualquier tipo a un punto de recolección de dato central en donde se analiza, se agrega y se resume de acuerdo con las coordenadas de tiempo y espacio que después se utilizan como entradas en los modelos apropiados. Tales modelos y datos dan como resultado una masa total de emisiones de carbono para un área dada y un periodo de tiempo que proporciona unidad de comercialización de carbono con base en el mercado tales como toneladas métricas de carbono.
Aún otro aspecto de la descripción incluye generar un equivalencia a base del isótopo para unidades emisiones de carbono, por ejemplo, una contabilidad de dos carbonos o carbono doble para carbono derivado biogénico y fósil como medios para monetizar con precisión la cantidad de origen de la fuente de carbono y la interface con intercambios de gas de invernadero u otros mecanismos de comercialización para dar soporte a la evaluación del carbono, la comercialización y la verificación del valor de los instrumentos financieros a base de carbono y la aceptación de las estructuras reguladores de emisiones de carbono. Tal interface podría consistir de modelos de la atmósfera, incluyendo meteorológicos en tiempo real, datos, tierra, océanos, ecosistemas específicos y/o una variedad de modelos con componentes acoplados de los tipos antes mencionados. Los resultados de la fusión de datos-modelos son la masa actual de los flujos de carbono definidos espacial y temporalmente que pueden utilizarse para calcular las unidades de carbono como toneladas métricas para la comercialización.
Aún otro aspecto de la descripción proporciona un método para desplegar el sistema de sistemas para la medición, reporte y verificación de fuentes de emisiones de carbono y las cantidades en sitios discretos dentro de una instalación, o dentro de entornos a nivel local, regional, estatal, nacional y por países, o de acuerdo con provisiones de los tratados geográficos, o a través de cualquier tierra o área de agua en la superficie, sub-superficie o espacio aéreo del planeta Tierra.
Aún otro aspecto de la invención proporciona un método para directamente comparar las mediciones de carbono con base en la tierra y con base en un satélite. En tal modalidad, un satélite puede alojar un estándar de referencia primario de calda sellada, así como dispositivos analíticos para medir porciones relevantes de espectro de luz para detectar emisiones de carbono. Cuando el satélite pasa sobre una región con un ensamble de analizadores multi- isotópicos el satélite que lleva la celda de referencia sellada asegurará una sola línea base para todos los analizadores en la trayectoria del espectro sensible del satélite, de esta forma ofreciendo una comparación directa, en tiempo real, entre los dos métodos (por ejemplo, con base en tierra, o con base en espacio) . Esta modalidad también podría utilizarse para verificar y/o corregir las características de la línea base de ensambles siempre que el satélite cruce las ubicaciones geográficas de analizadores multi-isotópicos .
En varias modalidades, el sistema de sistemas, los componentes y los métodos relacionados pueden utilizarse con una muestra de gas, líquido o sólido, siempre que la muestra de sólido o líquido primero se convierta en un gas a través de calentamiento, combustión u otro medio adecuado. En ciertas modalidades, un método para proporcionar mediciones de la concentración y la proporción de isótopos de un componente en una mezcla de gas de muestra, incluye lo siguiente: Una mezcla de gas de muestra se carga en un instrumento capaz de medir la concentración de gas y un instrumento capaz de medir la relación de isótopo de gas. Las mediciones de la concentración de gas y la proporción de isótopo de gas se llevan a cabo en tal mezcla de gas de muestra. En algunas modalidades, el método además incluye eliminar las especies que interfieren de la mezcla de gas. En algunas modalidades, el componente de la mezcla de gas de muestra es dióxido de carbono y las especies de gas de interferencia son oxígeno. En algunas modalidades, el método además incluye aumentar o disminuir la concentración del componente, por ejemplo, dióxido de carbono, de la mezcla de gas de muestra con el fin de mejorar la precisión de las mediciones. En algunas modalidades, la medición de la concentración del gas y la medició en la proporción del isótopo de gas se llevan a cabo sustancialmente de manera simultánea en un sistema láser de tres celdas para cada una de las zonas relevantes de carbono (12C02, 13C02, 1C02) .
Ciertas modalidades proporcionan un aparato para proveer mediciones de la concentración y la proporción de isótopo de un componente en una mezcla de gas de muestra. El aparato incluye un dispositivo para medir la concentración del componente en la mezcla de gas de muestra; un dispositivo para medir la proporción de isótopos del componente en la mezcla de gas de muestra; y medios para cargar la mezcla de gas de muestra en el dispositivo de medición de la concentración y en el dispositivo para la medición de la proporción de isótopo. En algunas instancias, el dispositivo para medición de la concentración es un analizador de gas infrarrojo. En algunas modalidades, el dispositivo para la medición de la proporción del isótopo es un dispositivo a base de láser. En algunas modalidades, el aparato además comprende medios para eliminar una o más especies que interfieren en la mezcla de gas de muestra antes de la medición del componente. En algunos casos, el componente de la mezcla de gas de muestra es C02 y la especie que interfiere es oxígeno. En algunas modalidades, los medios para eliminar la especie de gas que interfiere comprenden uno o más barredores químicos, o una membrana selectiva de gas, o medios para criogénicamente separar las especies de gas que interfieren en el componente de la mezcla de gas de muestra. En algunas modalidades, el aparato además comprende medios para aumentar o disminuir la concentración del componente de la mezcla de gas de muestra con el fin de mejorar la precisión de las mediciones. En algunas modalidades, los medios para aumentar la concentración del componente comprende una membrana selectiva de gas, o una trampa criogénica, y los medios para disminuir la concentración comprende una dilución de un gas de muestra con un gas inerte tal como nitrógeno dentro de un volumen de control expandible tales como fuelles de acero inoxidable. Ciertas modalidades proporcionan un aparato para proporcionar mediciones simultáneas de la concentración y la proporción de isótopos para múltiples especies de carbono, por ejemplo, la medición simultánea de las proporciones de isótopo del carbono 13 y del carbono 14 cuando se comparan con 12C, con un sistema láser de tres celdas como se refiere anteriormente.
Ciertas modalidades proporcionan un método o aparato como se describe anteriormente para utilizarse en un sistema analítico combinado, en donde los resultados de los datos del sistema se utilizan para crear, administrar, y monetizar presupuestos de carbono. En algunas instancias, el sistema incluye una red geográfica de dispositivos. En algunas modalidades, la red cubre un sitio industrial específico, una nación, un estado, una región, un país, demarcaciones del tratado o tratados del gas de invernadero, o cualquier otra área definida seleccionada para medir y monitorear. En algunos casos los resultados se obtienen sobre el área para reducir la incertidumbre en la comercialización del carbono. Se pueden utilizar medios anti-fraude para verificar las reducciones de emisiones de carbono a través de varias entidades. Los medios pueden ser provistos para cumplir con cualquier política de reducción de emisiones voluntaria u obligatoria o para verificar tratados multinacionales para la reducción de emisiones de carbono. En algunas modalidades, los medios son provistos para reducir la incertidumbre en la transacción de cualquier instrumento financiero con base en carbono a través del reemplazo de la estimación de las emisiones de carbono con mediciones reales en tiempo real actuales.
En otras modalidades, el sistema de sistemas puede incluir gases de referencia de celdas selladas externas enlazados a gases de referencia internacionales en varias consideraciones separados de analizadores de campo pero utilizados para comparar el estándar primario con los estándares utilizados en los dispositivos de campo a través de cualquier forma de telemetría. En aún otras modalidades, una celda de referencia sellada externa puede ser el espacio que lleva en una estación de satélite o de espacio en donde los sensores de emisiones de carbono en el satélite ofrecen comparaciones con analizadores multi-isotópicos de base de tierra en la tierra que se traslapan con la identificación en tierra del satélite o para proporcionar un gas de referencia adicional para analizadores multi-isotópicos que comunican y comparan los datos cuando la señal de referencia que lleva el espacio pasa sobre ensambles de analizadores multi-isotópicos .
Otro aspecto de la invención proporciona una densidad predeterminada, deseada u óptima de los analizadores y la frecuencia de medición distribuida en toda región geográfica de interés para la aplicación particular de interés. La medición, monitoreo, análisis y verificación del flujo de carbono puede proporcionar ideas adicionales en la densidad óptima de los analizadores y la frecuencia de medición de los analizadores.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el aire forestal se describen. El sistema de sistemas puede incluir una recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en un bosque y un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el bosque. El sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono en un bosque incluye un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el bosque, en donde cada analizador incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de C, un dispositivo láser de C, una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de los isótopos 12C, 13C, y 14C, en la muestra del aire forestal, y un cronometrador para permitir las mediciones de los isótopos 12C, 13C, y 1C a una velocidad de por lo menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz, un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos 12C, 13C, y 14C para cada uno de los analizadores con base en la línea de base de referencia estándar y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el aire forestal al sistema de procesamiento de datos.
En ciertas modalidades, se describe un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el aire forestal. El método incluye (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el bosque, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestra; (b) recolectar las muestras de aire forestal en las cámaras de muestra de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 1C, 13C, y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1 C en las muestras del aire forestal al sistema procesador de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1 C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el bosque.
En ciertas modalidades, cada analizador incluye un módulo de gas de referencia estándar de tal forma que la línea base de referencia estándar puede obtenerse en cada analizador.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas además incluye un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de referencia global de tal forma que las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras del aire forestal pueden estandarizarse con base en cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en una muestra de referencia global. En ciertas modalidades, la muestra de referencia global puede localizarse en un satélite.
En ciertas modalidades, se colocan por lo menos 25,
50, 75, o 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el bosque.
En ciertas modalidades, las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen los bordes de áreas de bosques discretas, en donde los bordes incluyen una región, un estado, un grupo de estados, una configuración de bordes que definen un tratado de gas de invernadero u otra convención que requiere el monitoreo de los gases de invernadero .
En ciertas modalidades, las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen las copas del bosque y el piso del bosque.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos además puede incluir uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 1C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el bosque .
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en tierra se describe. El sistema de sistemas puede incluir una recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en la tierra y un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en la tierra. El sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en la tierra incluyen un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas en toda la tierra, en donde cada analizador incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestra para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de tierra, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz, un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en la tierra al sistema para el procesamiento de datos.
En ciertas modalidades, se describe un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en tierra. El método incluye (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en toda la tierra, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestra; (b) recolectar muestras de tierra en las cámaras de muestra de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz ; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en las muestras de tierra al sistema procesador de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en la tierra.
En ciertas modalidades, cada analizador incluye un módulo de gas de referencia estándar de tal forma que la línea base de referencia estándar puede obtenerse en cada analizador .
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas además incluye un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de referencia global de tal forma que las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras de tierra pueden estandarizarse con base en cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en una muestra de referencia global. En ciertas modalidades, la muestra de referencia global puede localizarse en un satélite.
En ciertas modalidades, por lo menos 25, 50, 75, o 100 analizadores se colocan en ubicaciones representativas predeterminadas en toda la tierra.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos además puede incluir uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en la tierra .
En ciertas modalidades, la cantidad medida de carbono fósil con relación al carbono biogénico medido puede indicar daño en la tierra.
En ciertas modalidades, se describe el sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en un área agrícola. El sistema de sistemas puede incluir una recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en un área agrícola y un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el área agrícola. El sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en el área agrícola incluye un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones por arriba de la tierra y en la sub-superficie predeterminados en un área agrícola, en donde cada analizador incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 1C, una cámara de muestra para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en muestras ubicados por arriba de la tierra y la sub- superficie , y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz , o 100 Hz , un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el área agrícola al sistema para el procesamiento de datos .
En ciertas modalidades, se describe un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en un área agrícola. El método incluye (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones arriba de la tierra y sub-superficie representativos predeterminados en un área agrícola, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestra; (b) recolectar las muestras del gas de carbono en ubicaciones arriba de la tierra y sub-superficie en las cámaras de muestra de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 1C, 13C, y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras arriba de la tierra y la sub-superficie al sistema procesador de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el área agrícola.
En ciertas modalidades, las ubicaciones por arriba de la tierra pueden incluir 0 a 20 metros por arriba de la tierra. En algunas modalidades, las ubicaciones en la sub-superficie pueden incluir de 0 a 100 metros por debajo de la superficie .
En ciertas modalidades, cada analizador incluye un módulo de gas de referencia estándar de tal forma que la línea base de referencia estándar puede obtenerse en cada analizador.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas además incluye un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de referencia global de tal forma que las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras de área agrícola pueden estandarizarse con base en cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en una muestra de referencia global. En ciertas modalidades, la muestra de referencia global puede localizarse en un satélite.
En ciertas modalidades, se colocan por lo menos 25, 50, 75, o 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en toda el área agrícola.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos además puede incluir uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 1C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el área agrícola.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el cuerpo de agua se describen. El sistema de sistemas puede incluir una recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en un cuerpo de agua y un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el cuerpo de agua. El sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono en la tierra incluyen un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el cuerpo de agua, en donde cada analizador incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, un dispositivo de separación de gas disuelto del cuerpo de la muestra de agua, una cámara de muestra para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en gas disuelto separado de la muestra del cuerpo de aguay un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz, o por lo menos una vez por hora, un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el cuerpo de agua al sistema para el procesamiento de datos.
En ciertas modalidades, se describe un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en un cuerpo de agua. El método incluye (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el cuerpo del agua, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestra, y un dispositivo separador de gas capaz de separar los gases disueltos del cuerpo del agua, (b) recolectar muestras de agua en los analizadores; (c) separar los gases disueltos de las muestras de agua; (d) recolectar los gases en las cámaras de muestra de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz, o por lo menos una vez por hora; (e) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (f) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (g) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras de gases disueltos en el cuerpo de agua al sistema procesador de datos; y (h) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el cuerpo de agua .
En ciertas modalidades, cada analizador incluye un módulo de gas de referencia estándar de tal forma que la línea base de referencia estándar puede obtenerse en cada analizador .
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas además incluye un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de referencia global de tal forma que las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en las muestras de agua pueden estandarizarse con base en cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en una muestra de referencia global. En ciertas modalidades, la muestra de referencia global puede localizarse en un satélite.
En ciertas modalidades, al menos 25, 50, 75, o 100 analizadores se colocan en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el cuerpo de agua.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos además puede incluir uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en el cuerpo de agua .
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos rastrea las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C durante un periodo de tiempo para monitorear el cambio de nutrientes en el cuerpo de agua.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en gases de flujo se describe. El sistema de sistemas puede incluir una recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono de gases de chimenea y un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en los gases de chimenea. El sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono de gases de chimenea incluye un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas expuestos a los gases de chimenea, en donde cada analizador incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de C, una cámara de muestra para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de gas de chimenea, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1,440 veces por día, 1 Hz , o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz, un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en los gases de chimenea al: sistema para el procesamiento de datos .
En ciertas modalidades, se describe un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en gases de flujo. El método incluye (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas expuestas a los gases de chimenea, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestra; (b) recolectar muestras de gas de chimenea en las cámaras de muestra de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1,440 veces por día, 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras de gas de chimenea al sistema procesador de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en los gases de chimenea.
En ciertas modalidades, cada analizador incluye un módulo de gas de referencia estándar de tal forma que la línea base de referencia estándar puede obtenerse en cada analizador .
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas además incluye un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en la muestra de referencia global de tal forma que las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras de gas de chimenea pueden estandarizarse con base en cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en una muestra de referencia global. En ciertas modalidades, la muestra de referencia global puede localizarse en un satélite.
En ciertas modalidades, por lo menos 25, 50, 75, o 100 analizadores se colocan en ubicaciones representativas predeterminadas expuestas a los gases de chimenea.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos además puede incluir uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en los gases de chimenea.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos rastrea las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C durante un periodo de tiempo para monitorear la reducción de combustión de carbono fósil de acuerdo con el monitoreo de la reducción de la combustión de carbono fósil de acuerdo con instrucciones de emisión reguladoras o voluntarias.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil cerca de una planta de energía nuclear se describen. El sistema de sistemas puede incluir una recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono de gases de chimenea y un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 1C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil cerca de la planta de energía nuclear. El sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos de flujo de carbono cerca de la planta de energía nuclear incluye un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas cerca de la planta de energía nuclear, en donde cada analizador incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestra para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en las descargas de la planta de energía nuclear, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz, un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las descargas de la planta de energía nuclear al sistema para el procesamiento de datos.
En ciertas modalidades, se describe un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil cerca de una plana de energía nuclear. El método incluye (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas cerca de la planta de energía nuclear, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestra; (b) recolectar muestras de descargas de la planta de energía nuclear en las cámaras de muestra de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz, o 10 Hz, o 50 Hz, o 100 Hz; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras de descarga de la planta de energía nuclear al sistema procesador de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en las descargas de la planta de energía nuclear.
En ciertas modalidades, cada analizador incluye un módulo de gas de referencia estándar de tal forma que la línea base de referencia estándar puede obtenerse en cada analizador.
En ciertas modalidades, el sistema de sistemas además incluye un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 1C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de referencia global de tal forma que las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las descargas de la planta de energía nuclear pueden estandarizarse con base en cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en una muestra de referencia global. En ciertas modalidades, la muestra de referencia global puede localizarse en un satélite.
En ciertas modalidades, por lo menos 25, 50, 75, o 100 analizadores se colocan en ubicaciones representativas predeterminadas cerca de la planta de energía nuclear.
En ciertas modalidades, el sistema para el procesamiento de datos además puede incluir uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican el carbono biogénico y fósil en las descargas de la planta de energía nuclear.
Breve Descripción de las Figuras
La Figura 1 es una gráfica de resumen de las concentraciones de la concentración de 14CC>2, 13C02 y CO2 que abarcan los años 1850 a 2000, como se deriva de una variedad de fuentes (Kosovic 2008) .
La Figura 2 es una gráfica de las proporciones del isótopo 13C frente a 1C para emisiones gaseosas de combustibles fósiles, plantas modernas y análisis de biocombustibles líquidos con concentraciones variables de combustibles petroquímicos . Los datos de 13C frente a 14C representan términos de origen relevantes en la biosfera que reflejan tanto fuentes de carbono de combustibles fósil como biogénicas como sigue. Las mezclas de biodiesel (diamantes) (Reddy et al., 2008); Valores para gas natural, combustibles líquidos y carbón (cuadro relleno) ( idory 2006); Pastos modernos (barras sólidas) (Riley et al., 2008); Maíz moderno (triángulo invertido relleno) (Hsueh et al., 2007); Aire moderno (óvalo) (Levin et al., 2003); Cuadros abiertos que representan el intervalo de plantas C4 modernas (O'Leary, 1988) ; Cuadro abierto que representa el intervalo de plantas C3 modernas (O'Leary, 1998); Cuadro sólido que representa C02 magmático (Mary & Jambón, 1987) ; Triángulos abiertos representan C02 de la tierra de tres sitios de árboles muertos y normales en el área de la Montaña Mamut (Farrar et al., 1995) .
La Figura 3 es una ilustración de las longitudes de excitación para nueve isotopólogos de C02. Las flechas representan las transiciones de láser utilizados para la determinación de las proporciones de isótopos para 14C1602 101, 13C1602 102 y 12C1602103.
La Figura 4 es un diagrama de bloque que representa módulos de un sistema de acuerdo con ciertas modalidades.
La Figura 5 es una ilustración de los ambientes típicos en los cuales los análisis isotópicos pueden llevarse a cabo con el propósito de cuantificar emisiones de carbono de fuentes dominantes para el gas a ser utilizado para la comercialización del carbono.
La Figura 6 es un diagrama de bloque de resumen de un aparato de acuerdo con ciertas modalidades. Los siguientes números de referencia se utilizarán en las Figuras 6 a 11.
2 tubo de entrada hermético al gas
4 analizador de gas infrarrojo
5 tubo de acoplamiento hermético al gas
6 conexión eléctrica
7 tubo de acoplamiento hermético al gas
8 unidad de adquisición de datos con base en microprocesador
9 tubo de acoplamiento hermético al gas
10 conexión eléctrica
11 conexión eléctrica
12 conexión eléctrica
14 unidad de suministro de energía auto-contenida
15 contenedor endurecido de clima
16 conexión eléctrica
18 unidad de acondicionamiento de muestra
20 conexión eléctrica
22 conexión eléctrica
24 analizador de la proporción de isótopo
26 conexión eléctrica
28 conexión eléctrica
29 tubo de acoplamiento
30 bomba de diafragma
33 tubo de ventilación
34 tubo de entrada de gas
36 barredor de oxígeno
38 tubo de salida de gas
40 tubo de entrada de gas
42 cámara de gas hermética al gas
44 tubo de acoplamiento hermético al gas
46 membrana selectiva de gas
48 tubo en té de acoplamiento hermético al gas 50 fuente de nitrógeno puro
52 acoplamiento hermético al gas
54 válvula de control de flujo
56 tubo de salida de gas
58 tubo de acoplamiento hermético al gas 60 válvula solenoide compatible al vacío
62 tubo de acoplamiento hermético al gas
64 tubo de entrada hermético al gas
66 válvula solenoide compatible al vacío
68 tubo en té de acoplamiento hermético al gas 70 tubo de acoplamiento hermético al gas
72 válvula solenoide
74 fuente de nitrógeno puro
76 válvula de intercambio de flujo de dos posiciones, cuatro puertos
78 tubo de acoplamiento
80 tubo de acoplamiento
82 trampa criogénica
84 tubo de salida de gas
86 tubo de acoplamiento
88 tapa de acero inoxidable
90 disco
92 alimentación de paso eléctrica hermética al gas
94 extremo abierto del tubo U
98 extremo abierto del tubo U
100 tubo de ventilación de acero inoxidable
102 válvula solenoide
104 tubo de escape de gas
106 cable resistente al calor aislado de fibra de vidrio
108 tubo "U" de acero inoxidable
110 cilindro de acero inoxidable
112 nitrógeno líquido dewar
113 cámara de muestras para medición desconocida (ventanas ZnSe)
114 cilindro o generador de gas portador
115 fuelles expandibles de acero inoxidable
116 entrada de muestra
117 tubería capilar para regular el flujo del gas en una celda de muestra
La Figura 7 es un diagrama de bloque de una modalidad de una unidad de acondicionamiento de muestra como se incorpora en el aparato de la Figura 6.
La Figura 8 es un diagrama de bloque de otra modalidad de una unidad de acondicionamiento de muestra como se incorpora en el aparato de la Figura 6, tal unidad de acondicionamiento de muestra utiliza una membrana selectiva de gas .
La Figura 9 es un diagrama de bloque de una modalidad de una unidad de acondicionamiento de muestra como se incorpora en el aparato de la Figura 6, tal unidad de acondicionamiento de muestra utiliza una trampa criogénica.
La Figura 10 es una vista transversal esquemática de una modalidad de una trampa criogénica como se incorpora en la unidad de acondicionamiento de muestra de la Figura 8 .
Figure 11 es un diagrama de bloque de una modalidad de una unidad de acondicionamiento de muestra como se incorpora en el aparato de la Figura 6, tal unidad de acondicionamiento de muestra utiliza una fuente apropiada de gas portador, tal como nitrógeno, para proporcionar la dilución de una muestra dada para aumentar la precisión y exactitud de la medición de 13C y 14C en una muestra.
La Figura 12 es un esquema de las celdas de referencia selladas que consisten de celdas de referencia del instrumento analizador, celdas de referencia primarias o globales externas y celdas de referencia que llevan el satélite 609 para 13C02 606, 14C02 608 y una mezcla de 13C02 y 14C02 607. Los estándares de referencia sellados para 1 C02 comprenden un grupo de estándares globales para los cuales otros laboratorios han obtenido datos que podrían estar en el intervalo de 100% de C02 del moderno de fracción 600 a 0.5% moderno de fracción 601 a 0% moderno de fracción 602. Las celdas de referencia selladas para 13C02 pueden consistir de proporciones de isótopo 13C de -25 por mil 603, -5.00 por mil 604, y +10 por mil 605. Cada celda sellada de referencia primaria o global se hace de tal forma que todas celdas selladas para una composición isotópica particular son idénticas (610, 611, 612), de esta forma asegurando la comparación entre los analizadores en un ensamble y a través de ensambles siempre que puedan localizarse.
La Figura 13 es un esquema de un sistema láser de tres celdas para mediciones de 12C, 13C y 14C de acuerdo con ciertas modalidades que utilizan sistemas de tres láseres, un sistema de detección, y hardware de referencia y estándar.
La Figura 14 es un esquema de una modalidad de la secuencia de operación de muestra de un sistema de tres celdas de acuerdo con las necesidades para aumentar o disminuir el volumen de muestra de tal forma que curvas de calibración, las referencias primarias y las referencias de satélite externas pueden utilizarse para la medición óptima de la composición de 12C/13C y 14C de una muestra de gas. Una muestra de gas 300 entra en el analizador en donde la concentración de 12C, 13C y 14C se determina 301. Si la concentración de 13C02 y/o 14C02 es demasiado baja 302 una trampa criogénica (hacer referencia a la Figura 10) puede utilizarse para concentrar estas especies, o si la concentración es demasiado alta 302 para la medición óptima, un ensamble de fuelle (hacer referencia a la Figura 11) se utiliza para diluir la muestra original con el gas portador. Después del ajuste del tamaño de la muestra se selecciona una curva de calibración para 14C 303 y 13C 308 para asegurar que la concentración de la muestra desconocida esté dentro del intervalo en la curva de calibración. Además, puede medirse el gas de referencia primario para verificar la función de la medición de 14C 304 y la medición de 13C 309. Los gases de referencia primarios 304, 309 preferiblemente están contenidos en celdas selladas dentro del analizador y representan la misma concentración de 13C y 14C en todas las celdas de referencia primaria de todos los analizadores de tal forma que se aseguran las comparaciones entre los analizadores individuales y entre los diferentes grupos de analizadores se. Una verificación adicional en la función del analizador y la equivalencia puede llevarse a cabo a través de mediciones adicionales utilizando una celda de referencia externa para 14C 305 y 13C 310. Ambos 305 y 310 idealmente se localizan en un módulo de gas de referencia externo que no está equipado para el análisis de desconocidos, es accesible en tiempo real a través de telemetría y puede localizarse en una o más áreas en donde se colocan los ensambles de analizador, 305 y 306 como gases de referencia de celdas selladas externas son idealmente iguales para cada especie isotópica y preferiblemente se han medido en muchos laboratorios alrededor del mundo, de esta forma comparando un gas de referencia global que permite que se enlace directamente otros grupos de datos a los grupos de datos que resultan de la utilización de un analizador multi-isotópico. Tales comparaciones de gas de referencia globales externas proporcionan un criterio adicional para asegurar la equivalencia a través de todos los instrumentos y/o puede utilizarse para hacer ajustes a los grupos de datos con valores conocidos de los gases de referencia. Además, una comparación del gas de referencia externo puede llevarse a cabo a través de la operación vía satélite de los gases de referencia sellados para 13C 311 y 14C 306 de tal forma que cuando el rayo sensor del satélite pasa sobre uno o más de los analizadores multi-isotópicos se puede llevar a cabo una comparación inmediata entre los analizadores basados en tierra y los sensores basados en el espacio. El gas de muestra se expulsa del analizador 307, 312, o se re-direcciona para un análisis repetido. La repetición de los análisis puede ser valiosa para además caracterizar los resultados de 13C y 14C permitiendo que los datos estadísticos que se recolecten para determinar una mejor eficacia y precisión del analizador.
La Figura 15 es una ilustración que muestra una visión general del instrumento, la ubicación, y la inter-comparación del instrumento y la organización de acuerdo con ciertas modalidades para un solo dispositivo 100, dispositivo con referencia a la celda y a la antena de la telemetría 102, un arreglo de dispositivo seleccionado 103 y un arreglo de dispositivo seleccionados con opciones de inter-comparación e inter-equivalencia 104 y referencia a un estándar de referencia primario externo (PR) 105. Los estándares externos adicionales también pueden incorporarse en el diseño analítico según se requiere para asegurar la equivalencia a través del instrumento y a través de los ensambles.
La Figura 16 es una ilustración de una modalidad que muestra un arreglo de dispositivos inter-calibrados que cubren un área geográfica específica 105, transmite los datos inter-calibrados de cada dispositivo vía satélite u otros medios inalámbricos 106, 107 a un centro de datos centrales y análisis de modelo 108.
La Figura 17 es una ilustración de una modalidad que muestra ensambles de dispositivos inter-calibrados 900 que cubren tradiciones geográficas a través de la Tierra (Ll, L2 , L3) . Los tres ensambles están comprendidos de 9 analizadores individuales que están inter-calibrados dentro de un ensamble y a través de ensambles que utilizan rutinas de inter-calibración (hacer referencia a la Figura 14), gases de referencia separados seleccionados 901, gases de referencia primarios y/o gases de referencia globales (hacer referencia a la Figura 14) 902 y opcionalmente modalizar en un módulo de gas de referencia separado y, opcionalmente, según se modaliza en un satélite que se utiliza para medir y monitorear los gases de invernadero del espacio 908. La telemetría de los datos puede llevarse a cabo a través de medios inalámbricos 904 incluyendo un satélite de comunicación 903. 903 se basa en datos de tiempo real de analizadores inter-calibrados 900, datos de celdas de referencia y/o referencias globales 901, 902 a centros de datos e intercambios de comercialización de carbono 906 que reconocen esas celdas de referencia 901, 902 que pueden tener la misma o diferentes composiciones de 13C y 14C (hacer referencia a la Figura 12) según se requiere dependiendo de los factores técnicos relacionados con los analizadores, las rutinas de calibración y las rutinas inter-calibración . En una modalidad tales datos y comunicaciones son casi instantáneas proporcionando una plataforma de intercambio de carbón electrónicamente en vivo 906. Los datos de los analizadores también pueden compararse con datos de satélite que perciben el gas de los invernaderos obtenidos del espacio 907 ofreciendo una verificación adicional de tales datos.
La Figura 18 muestra un diagrama del centro de datos/modelo 109 de acuerdo con ciertas modalidades que producen una salida del modelo integrada para regiones especificadas en niveles especificados de agregación 110, 111. Esto conduce a la traducción de los datos en unidades de carbono para comercialización tales como C02 en toneladas métricas a intercambios a base de carbono apropiados 112, 113. Los datos pueden accederse en un mercado en vivo (por ejemplo, instantáneo) , o sobre bases menos frecuentes de acuerdo con el tipo de carbono representado, tal como carbono biogénico (por ejemplo, carbón de bosque) contra carbono basado en combustible fósil industrial, y de acuerdo con los protocolos de comercialización para un intercambio específico.
La Figura 19 muestra un resumen de los procedimientos del componente principales del sistema de sistemas para un área geográfica dada 401, un periodo de tiempo dado 402, con instrumentos 400 y datos de muestras medidos por los analizadores 406, grupos o ensambles de analizadores 400 y ensambles de datos 406, protocolos de calibración e inter-calibración compartidos 403, protocolo de referencia global 404 y estándares a base de satélite externo 405. Todos los datos se transmiten a través de medios inalámbricos u otros medios de telemetría 407 a los centros de datos para manejar e incorporar los datos 408 en uno o más modelos 409 que finalmente se convierten en toneladas métricas de carbono derivado del combustible biogénico o fósil 410. Tales unidades pueden registrarse y otras manejarse administrativamente 411 para la venta en intercambios de comercialización de gas de invernadero apropiados, plataformas, etc. 412.
Las Figuras 20A-20C muestran un ejemplo de la arquitectura inter-calibración que resulta en un grupo de datos 13C (fig. 20A) 801 de los analizadores 804, 805, 806 y 807 (fig. 20B) . Los analizadores 804, 805, 806 y 807 se colocan en ubicaciones discretas (fig. 20C) . Los analizadores 804, 805, 806 y 807 también pueden integrarse con un módulo de gas de referencia externo opcional y/o de referencia global 809 para asegurar la equivalencia a través de los instrumentos en tiempo y espacio.
La Figura 21 muestra un ejemplo de la comunicación SCADA y la arquitectura de la red para la transmisión de los datos desde analizadores isotópicos individuales o agrupados, la comparación con estándar de referencia primario externo opcional, la recolección de tales datos a través de un hospedero maestro y la posterior transmisión a intercambios de carbono.
Las Figuras 22A-22B muestran los presupuestos de carbono parciales hipotéticos, su estructura anidada (fig. 22A) y los resultados del modelo ilustrativo (fig. 22B) para la contabilidad del carbono doble.
La Figura 23 muestra un ejemplo de un uso del sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono dentro un arreglo de dispositivos colocados en una instalación en el bosque durante 2.5 años de acuerdo con la temporada. Los flujos de carbono hipotéticos para la concentración total de C02, proporciones de 13C02 y 14C02 también se muestran.
La Figura 24 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono entre US continental. Los estándares de referencia primarios externos opcionales pueden utilizarse de acuerdo a los objetivos de reporte del estado, regionales y continentales.
La Figura 25 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar los datos de emisiones de carbono para el estado de Maine. Los estándares de referencia primarios opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 26 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para la Iniciativa del Invernadero Regional (RGGI) que incluye los estados de, Connecticut, Delaware, Maine, Maryland, Massachusetts , New Hampshire, New Jersey, New York, Rhode Island y Vermont . Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 27 muestra un ejemplo del uso del sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para el Acuerdo de Gas de Invernadero del Oeste Medio (2009) que incluye los estados de Iowa, Illinois, Kansas, Manitoba (Canadá), Michigan, Minnesota y Wisconsin. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 28 muestra un ejemplo del uso del sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para la Iniciativa de Clima Occidental que incluye los estados de Washington, Oregon, California, Montana, Utah, Arizona, New México, British Columbia (Canadá) , Manitoba (Canadá) , Ontario (Canadá) y Quebec (Canadá) . Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 29 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para el Esquema de Comercialización de Intercambio de la Unión Europea incluyendo los países de Austria, Bélgica, República Checa, Estonia, Francia, Hungría, Alemania, Grecia, Irlanda, Italia, Latvia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Países Bajos, Polonia, Eslovaquia, Eslovenia, España, Suecia, Reino Unido, Noruega, Islandia y Liechtenstein. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 30 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para emisiones de carbono de tierra. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 31 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para actividades agrícolas . Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 32 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para intercambio oceánico. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 33 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono a escala de ciudad representando la ciudad de Nueva York, NY, USA. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 34 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para proyectos de secuestro de C02. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
La Figura 35 muestra un ejemplo del uso de un sistema de sistemas para medir, reportar, verificar y proporcionar intercambios de carbono para gas de chimenea. Los estándares de referencia externos opcionales pueden utilizarse según sea necesario.
Descripción Detallada de la Invención
Necesidades Reconocidas por Largo Tiempo Para la Medición y Monitoreo Directo de Emisiones de Carbono no Cum lidas
Actualmente, las emisiones de carbono como dióxido de carbono gaseoso han sido estimadas por largo tiempo de una variedad de datos secundarios incluyendo la cantidad de combustible quemado, las eficiencias de combustión y los datos económicos. Los inventarios de carbono, requeridos bajo la Convención de Estructura de las Naciones Unidas Sobre Cambios Climáticos se auto-reportan y esencialmente están sin verificar (Ellerman y Joskow 2008) . Las mediciones actuales del dióxido del carbono total en la atmósfera se hacen a través de un número de colaboradores pero no revelan la fuente o el tipo de emisiones y pueden no estar directamente unidas a fuentes individuales de C02 que son variables en origen y magnitud (por ejemplo, captura y almacenamiento de carbono oceánico, forestal e industrial). Ciertamente, el nivel de monitoreo y las tecnologías apropiadas necesarias para integrar los datos de emisiones para soportar mercados financieros no fueron visualizados en el periodo pre-Kyoto de aceptación reguladora. La breve historia del Esquema de Comercialización de Emisiones de la Unión Europea (Convery y Redman 2007) ha demostrado que los requerimientos de medición, monitoreo, reporte, verificación y monetización directa no han sido exitosamente cumplidos como se demuestra por las fluctuaciones en precios, las dificultades en colocar topes y reconocimiento de que los estimados de los flujos de emisiones pueden ser tan altos como 10% de las emisiones totales (Kosovic, 2008) y potencialmente mucho más altas a escalas sub-continentales y a escalas sub-anuales (por ejemplo, Turnbull et al., 2006) . Además, el acuerdo de Kyoto no fue diseñado para incorporar flujo de carbono de fuentes naturales, de tal forma que los bosques y océanos del mundo, con emisiones industriales, debido a una medición, monitoreo y red de reporte para flujo de C02 inadecuado que requiere el diagnóstico de especies de carbón que representan la función del ecosistema. De esta forma, aunque la importancia en la necesidad de medir y monitorear el intercambio de carbono a gran escala, tal como el secuestro de carbono en bosques, ha sido reconocida por largo tiempo, ningún sistema está en su lugar. Bajos los protocolos de operación actuales las mediciones directas de emisiones de carbono resultan de combustión de combustible fósil o de fuentes biogénicas naturales que se utilizan para reforzar las provisiones del tratado o para cuantificar el potencial del secuestro del <=> carbono del bosque.
Ambos lados de los mercados de carbono emergentes (por ejemplo, ofertas (comprador) y solicitudes (vendedor)
5 requieren la cuantificación de la entidad de carbono comercializada para la cotización creíble y el soporte del mercado con datos a escala de oval que son requeridos para evaluar la efectividad de los mercados de carbono como una respuesta a los cambios climáticos e incertidumbres del
10 funcionamiento bioesférico (por ejemplo, Canadell et al., 2007; Raupach et al., 2007, US Climate Change Science' Program 2007). De esta forma, la medición y monitoreo multi-escala efectivo serían medios independientes para verificar los compromisos de Kyoto según se especifica por
15 el protocolo Kyoto o a través de otros protocolos, tratados de gas de invernadero o convenciones (por ejemplo, la Iniciativa de Gas del Invernadero Regional 2009) , para integrar los presupuestos de carbono a través del entorno así como cuantificar el flujo de carbono de superficies
20 planetarias dentro de la región de la administración del carbono. Sin embargo, a pesar de una necesidad desde hace mucho tiempo y la reconocida importancia de tal sistema de monitoreo, no está disponible ningún sistema de contabilidad de carbono escalable con base en la medición
25 directa.
Potencial de Formas Raras de Carbono para Cumplir con las Necesidades de Medición y Monitoreo
Las formas raras de carbono principalmente 13C y 14C, es una clave para diferenciar C02 derivado biogénico o de fósil y aún estas formas raras de carbono no son ampliamente utilizadas debido a la dificultad en la elaboración de mediciones rápidas, confiables, controlables y verificadas. Las formas raras de carbono se diagnostican en virtudes a concentraciones C02 y en la forma en la cual estas formas se fraccionan a través de procesos biológicos y físicos ( eeling 1979; Graven et al., 2009). Un medio para hacer confiables y comparables las mediciones de las formas raras de carbono difundidas en el sector no planetario (por ejemplo, sitios de campo mundiales) proporcionarían un fundamentó para los métricos de carbono cuantitativos a través del tiempo y el espacio y en las bases de cotización y comercialización de carbono.
Aunque las concentraciones de C02 pueden medirse con alta precisión y están ampliamente extendidas, ahora representan algunas 252 estaciones de 57 países (WMO 2009; Peters et al., 2007), mediciones de concentraciones solas que no proporcionan una desconvolución completa de las fuentes y depósitos de este gas de invernadero. De esta forma, una contabilidad de carbono parcial intrínseca crea incertidumbre en los presupuestos resultantes utilizados para evaluar el funcionamiento de los proyectos, los límites de colocación (para rutinas de límite y comercialización) , y finalmente la determinación de la cotización del carbono en una variedad de mercado. Sin embargo, las formas raras de carbono, específicamente isótopos de carbono, intrínsecos a y embebidos en dinámicos de dióxido de carbono en todas las escalas en la biosfera y la atmósfera ofrecen medios para identificar fuentes del uso de carbono específicas, tales como de combustibles de fósil, así como proporcionar datos en el funcionamiento del ciclo de carbono natural dentro de un entorno definido. La representación de los datos y el índice de los datos (por ejemplo continuo, diario, semanal, mensual) para las formas raras de carbono, tales como 13C02 y 14C02, son mínimas en comparación con los datos de concentración de CO2 (Tans et al. 1996); datos de 14C02 están particularmente limitados.
Aunque la determinación de los isotopólogos de CO2 (13C, 14C) pueden ofrecer límites valiosos en términos de origen/depósito de carbono relevantes (por ejemplo, Tans et al., 1996; Turnbull et al., 2010; Graven et al., 2009; Riley et al., 2008), un "sistema de sistemas" factible requiere medir, monitorear, reportar, verificar, contabilizar y manejar presupuestos de carbono e instrumentos financieros relacionados con 'base en las mediciones actuales de isotopólogos de carbono no está disponible. Más bien los isotopólogos se adquieren típicamente de manera individual en ubicaciones específicas utilizando diferentes instrumentos y métodos. Estos se determinan principalmente por análisis individual discreto de muestras de matraz que posteriormente se analizan a través de espectrómetros de masa de relación de isótopo del sector magnético a alto vacío (IR S) a un costo y tiempo considerables (por ejemplo, Tans et al., 1996; Vaughn et al., 2010). 0, en el caso de análisis de 14C0 atmosférico, tales análisis se llevarán a cabo utilizando una variedad de detectores emisores ß y espectrómetros de masa de acelerador (AMS) de acuerdo con el tamaño de la muestra y el tratamiento (por ejemplo, Stork et al., 1997; Tuniz 2001).
La medición directa, rápida (por ejemplo, en el intervalo de datos de sub-segundo a mayores según se requiera) y ampliamente extendida de of 14C en C02 atmosférico, proporcionaría datos inequívocos y cuantitativos para fuentes de combustible fósil. Tales análisis podrían estar enlazados a estándares internacionalmente reconocidos que representan material de referencia estándar (por ejemplo, Stuiver y Polach 1977), para uso como estándares primarios así como estructuras de referencia globales para 1C02 y 13C02 (Boaretto et al., 2002; Vaughn et al., 2010) . Las composiciones de la atmósfera con respecto a 13C02 y 14C02 es bien entendida desde una perspectiva global según se refleja en el Efecto (Levin et al., 1989; 1995; Keeling 1979), sin embargo, el análisis ampliamente extendió de C02 servirá como la verificación independiente de emisiones a base de combustible fósil en una variedad escalas, particularmente a escalas locales y regionales importantes para rastrear emisiones de áreas especificadas (Turnbull et al., 2006). La gran diferencia en las abundancias naturales de las formas raras de carbono (por ejemplo, 13C 1.1%; 14C 10"10%) se reflejan tanto en la instrumentación utilizada, la dificultad de hacer mediciones confiables y el índice de los datos para cada especie. El índice de los datos y la velocidad del muestreo (por ejemplo el número de muestras por día o las muestras por segundo) para mediciones de 13C y 14C de alta precisión es bastante pequeño comparado con los datos recolectados para concentración de C02 total, dando como resultado demasiadas pocas mediciones para soportar la comercialización del carbono. De esta forma, a pesar de la necesidad por largo tiempo y la validez científica establecida de mediciones isotópicas, no existen analizadores ampliamente distribuidos e integrados sobre los cuales basar un método o métodos para directamente enlazar los datos de emisiones de carbono con la comercialización del carbono y la administración del carbono .
De esta forma, un sistema que ofrece una capacidad analítica directa, rápida, simultánea, multi-escala y multi-isotópica para isotopólogos importantes de 13C y 14C, y que podría operar en el campo sobre bases continuas o casi continuas, sería un sistema altamente valioso para medir, monitorear, reportar verificar, contabilizar y manejar presupuestos de carbono, comercializar el carbono y cambiar el clima planetario. A la fecha, los datos isotópicos no han sido utilizados para medir o monitorear las condiciones de carbono con el propósito de comercializar el carbono, o para soportar el uso de carbono actual o instrumentos financieros del gas de invernadero relacionados, o para evaluar la aceptación con ya sea estructuras de emisiones reguladores o voluntarias, a pesar de una necesidad clara y bien reconocida de dichos sistema (UNFCC 2009) .
De acuerdo con un estudio conducido por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (Kosovic et al., 2008), las incertidumbres en el consumo de combustibles y las eficiencias de la oxidación que representan las fuentes principales del C02 a base de combustible fósil, se estiman como siendo al menos +10%. En el contexto de un volumen de 2008 dólares de carbono comercializado a $129 billones de dólares, la incertidumbre podría alcanzar ±12.9 billones de dólares. De esta forma, un sistema de sistemas que pudiera reducir la incertidumbre económica sería altamente valioso para los participantes, representando compradores y vendedores de créditos de carbono, y asegurar las políticas de mercado y al público que los sistemas de comercialización a base de carbono están manejados apropiadamente, son transparentes y estables y pueden protegerse del fraude. Aunque es ampliamente reconocido que tal sistema de sistemas es necesario para reducir la incertidumbre económica que reemplazar la estimación con una medición directa, no se ha divisado tal sistema o no está actualmente operando.
PRESUPUESTO DE CARBONO
Desconvolución de Presupuestos de Carbono Utilizando Formas Isotópicas de Carbono
Las emisiones de combustible fósil y los cambios resultantes en los presupuestos de carbono son el enfoque de los mecanismos del protocolo Kyoto (por ejemplo, IPCC 2008) y otros intercambios de comercialización de carbono y plataformas. Estas son bases para comercialización de carbono e instrumentos financieros a base de carbono en los Estados Unidos y en mercados voluntarios emergentes en los Estados Unidos, tales como el intercambio de clima de Chicago (CCX 2009) . Los presupuestos de carbono son difíciles de construir sin información acerca de las fuentes del componente. Ya que el CO2 como se mide comúnmente no proporciona información de fuente o componente, es claro que los datos isotópicos para las formas raras de carbono como se explicó anteriormente serían altamente valiosas y de importancia en la medición, monitoreo, verificación y contabilidad de las emisiones de combustible fósil.
Con respecto al carbono 13, el isótopo solo no se distingue del C02 del combustible fósil del C02 natural, de esta forma siendo imposible determinar solamente con este isótopo solo. La dilución del 14C02 atmosférico con C02 derivado de combustible fósil es bien conocida y entendida. La Figura 1 (adaptada de Kosovic et al., 2008) muestra una gráfica que abarca los años 1850 a 2000 para mediciones de 14C02 (cuadro) , 13C02 (círculo relleno) y la concentración atmosférica de C02 (círculos abiertos pequeños) derivados de tres anillos, centro de hielo y atmósfera moderna, respectivamente. La disminución en 14C02 en la atmósfera durante este periodo está directamente relacionada con las adiciones de combustible fósil enlazadas a concentraciones de C02 en aumento de la atmósfera. La vida media de 14C es de aproximadamente 5730 años haciéndola un trazado ideal, directo y sensible para emisiones de C02 a base del fósil. El combustible de fósil no contiene 14C, teniendo desde hace mucho un decaimiento natural durante los millones de años de formación de carbón y gas natural. De esta forma, la adición del C02 de combustible fósil desprovisto de 14C fuertemente diluye el fondo de 14C redondo, que está comprendido de la producción de 14C natural (Libby et al., 1949) y de 14C liberado de bombas atómicas (Randerson et al., 2002) . El registro de 13C02, muestra también una disminución, que también está enlazada al registro de combustible fósil, debido a que los combustibles de fósil a base de planta (por ejemplo, carbón y gas natural) se consumen en 13C con respecto a la atmósfera. La medición de la concentración 14C02 de la atmósfera a una precisión de 2 por mil (o/oo) permite el cálculo del modelo de aproximadamente C02 del combustible de fósil de 2 ppm dentro de un fondo de 380 ppm, de esta forma definiendo la entrada de combustible fósil para una fuente dada (Kosovic et al., 2008; Graven et al., 2009; Riley et al., 2008). La gráfica también muestra claramente que 13C solo no puede diferenciar el carbono de combustible de fósil del carbono biogénico.
De esta forma, el reconocimiento de que las mediciones de 14C y las mediciones de 13C son raras en comparación con las mediciones de C02 total, un aparato y un sistema de sistemas para 13C y 14C con precisión y sensibilidad aceptable para efectivamente rastrear isótopos en relación con emisiones de combustible fósil y biogénico en tiempo real es claramente necesario y buscado por largo tiempo como un método importante para la verificación de emisiones de combustible fósil y tratar provisiones a escalas importantemente espaciales para la administración y monetización. Sin embargo, no está disponible tal sistema o en operación. *
El valor de utilizar ambas mediciones C y C se ilustra en la Figura 2. La Figura muestra proporciones del isótopo de carbono 13 (eje y) frente a carbono 14 (eje x) , publicado como se indica en las descripciones detallas en las Figuras. Se observa que las plantas modernas del tipo C3 (que representan la mayor parte de las plantas y árboles) y los combustibles fósiles y sus emisiones se traslapan casi completamente con respecto a las relaciones de carbono 13 (-20 a -38 por mil, Figura 2) . Sin embargo, los datos de 14C claramente separan las fuentes de combustible modernos de fósiles con un intervalo de -1000 A14C por mil, representando el 100% del carbono de combustible fósil, a aproximadamente +50 por mil, representando el 1C anterior moderno. Específicamente, el valor para el carbono 13 derivado de carbón es muy similar a los gases C3 modernos en 13C, pero claramente diferente en proporciones de 14C. Como las fuentes de combustible fósil están desprovistas de contenido 14C, todas estas fuentes inequívocamente están a 0% de 14C o se registran como -1000 A14C por mil cuando se analizan. Además, se puede ver que las emisiones de carbono de combustibles industriales incluyendo gas natural y carbón son en alguna forma distinguibles entre sí con base en 13C pero no en 1C. Las proporciones de isótopo de carbono C02 producidas por los automóviles también son diferentes en las proporciones de carbono 13 pero no de carbono 14 como se indica por las clasificaciones de fósil y moderno mostradas en la gráfica. De esta forma, un sistema de sistemas capaz de medir ambas composiciones de 13C y 1C sería valioso para determinar los componentes fósiles y biogénicos de cualquier corriente de gas que puede analizarse. Por ejemplo, las composiciones de la mezcla de biocombustibles (Reddy et al., 2008), obligatorias en aumento para instalaciones de producción de energía, pueden fácilmente verificarse para así publicar composiciones de combustibles biogénicos/fósiles (observar los símbolos en diamante en la Figura 2) . De esta forma, un sistema de sistemas que proporcionan la diferenciación de C02 derivado de combustible fósil y C02 natural o biogénico cumpliría con una búsqueda desde hace largo tiempo y muy grande de sistemas para medir, monitorear, verificar y contabilizar emisiones de combustible fósil y los efectos potenciales de tales emisiones en ecosistemas naturales. Sin embargo, no existe tal sistema o está actualmente en operación .
Además, se puede ver que las proporciones de 13C y 14C pueden utilizarse para identificar fuentes de C02 natural en casos en donde las plantas C4 (O'Leary 1998) (valores 13C en el intervalo de -19 a -11 por mil, Figura 2) frente a plantas C3 están implicadas (O'Leary 1998). Las plantas C4 son comunes en áreas áridas, secas representativas de áreas de llanuras y otras no forestales. Tal distinción sería útil en el monitoreo de muchos ecosistemas del mundo en donde la evidencia de liberación de carbono o la absorción a través de la biosfera con relación a las lluvias, el cambio de la composición C3 frente a la C4 podría establecer pronósticos de cambios climáticos regionales, incluyendo áreas en donde el carbono está en un depósito o en una fuente de C02 y viceversa. Sin embargo, a pesar de la importancia reconocida de monitorear tales, cambios en la absorción o liberación de carbono, no existen sistemas de sistemas actualmente en uso que directamente midan tales cambios.
Una característica adicional de la gráfica mostrada se relaciona con la evaluación de la función del ecosistema según está influenciado por las emisiones de carbono. Los datos mostrados de la Montaña Mamut, una área bien estudiada y conocida en donde se libera C02 magmático, representa por triángulos abiertos, claramente delibera el C02 de la tierra asociado con la muerte de los árboles de C02 de tierra en áreas de la función del ecosistema natural. Los datos de la montaña Montaña Mamut claramente muestran que el uso ambos datos de 1C y 13C para monitorear la función del ecosistema, como se afecta potencialmente por la liberación de C02 de proyectos a gran escala que capturan y almacenan el C02 subterráneo, es un medio efectivo y sensible para medir, monitorear, verificar y contabilizar tales emisiones a ser utilizadas por créditos de carbono. La captura y almacenamiento de carbono está visualizada ampliamente con un medio para manejar emisiones de carbono de producción de energía a base de carbón (Zwaan y Gerlagh 2009, Friedmann 2007) dando como resultado en créditos de carbono con base en evitar las emisiones de carbono. Sin embargo, no están disponibles medios inequívocos para medir, monitorear, evaluar o proporcionar un sistema de advertencia temprano para la fuga de tal captura de carbono y proyectos de almacenamiento, aunque es ampliamente reconocido que tal sistema es urgentemente necesario (Ha-Duong y Loisel 2009) . De esta forma, sería altamente valioso tener un sistema de sistemas con medios para integrar flujos de carbonos naturales e industrial/antropogénico que resulta en datos compatibles con instrumentos financieros a base de carbono. Tal sistema no existe actualmente aunque tal sistema es necesario para avanzar la capacidad para medir, monitorear, verificar y contabilizar los créditos de carbono con base en tecnologías de reducción de carbono tal como la captura y almacenamiento de carbono.
Actualmente, las redes de recolección de gas y análisis se manejan a través de entidades gubernamentales, tales como la Asociación Atmosférica Oceánica Nacional (NOAA) y la Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Comunidad (CSIRO) . Los sitios para los cuales ambos análisis de 13C y 1C se conducen a través de varios grupos, tales como NOAA y CSIRO, son pequeños, en alrededor de 20 lugares que representan sitios de muestra oceánicos principales, por ejemplo, Turnbull et al. (2007) utiliza mediciones de solamente dos ubicaciones para un estudio en las variaciones de 14C02 en Norte América. Los resultados de los datos de Turnbull et al. (2007) claramente indican que un vasto incremento en el índice de los datos de 14C02 es requerido para la alta resolución de emisiones de carbono. El programa actual de muestreo de 14C02 a través de las agencias gubernamentales de esta forma no es suficiente para proporcionar datos que pueden utilizarse para dar soporte a la comercialización de carbono y los mercados relacionados .
Con base en los datos a la fecha, los cambios en abundancia relativa de diferentes isotopologos en el orden de 10"4 o 0.1 por mil tienen significancia en el análisis de fuentes y depósitos (Keeling 1958) , particularmente para 13C. Además, en los estudios de campo demandantes para adecuadamente determinar intercambio de atmosfera-ecosistema de C02 en bosques, por ejemplo, mediciones de covarianza de remolino son requeridas (Saleska 2006; Gulden et al., 1996). En este caso un tiempo de respuesta muy rápido para el análisis de 13C02 en el orden de 1 Hertzio o menos para tiempos de análisis con precisión de un mínimo de proporciones de 0.1 por mil 13C son requeridos para capturar la respuesta biológica completa sobre periodos de tiempo discretos y sobre periodos diurnos de bosques a una variedad de factores (Saleska et al., 2006). De esta forma, un rápido tiempo de respuesta, estabilidad y alta precisión también sería útil en casos en donde los intercambios de bosques de C02 son necesarios. Actualmente, como se explicó anteriormente, aunque se reconocen como interesantes y valiosos, los bosques no están incluidos como condensaciones bajo el protocolo de Kyoto debido a la dificultad de medir y cuantificar el flujo de carbono del bosque almacenado (por ejemplo, Saleska et al., 2006) en la tierra y en la biomasa por arriba de la tierra. De esta forma, un sistema de sistema que es capaz de medir y cuantificar el flujo de carbono del bosque en una variedad de escalas de tiempo incluyendo periodos de muestreo muy rápidos para capturar variaciones de escala fina y diurnas en respuestas biológicas del bosque sería importante para proporcionar una base para créditos de carbono forestales bajo el actual protocolo de Kyoto y otras convenciones o tratados que permiten la inclusión de los bosques del mundo en el carbono manejado y los paradigmas reducidos de carbono.
Además, una contabilidad confiable y verificada del flujo del bosque podría también utilizarse para establecer precios de comercialización de carbono y volúmenes en cualquier número de intercambios voluntarios tales como el Estándar del Oro y otros (Hamilton et al., 2008) . La adición del monitoreo del flujo de 14C de los bosques no ha sido utilizada en plataformas de comercialización de carbono o servido como la base para los instrumentos financieros de carbono. La adición de los datos 14C en la medición, monitoreo, verificación y contabilidad del almacenamiento de carbono en los bosques proporcionará un criterio adicional para restringir las determinaciones del flujo de carbono e indicar el grado al cual los bosques absorben emisiones de combustible fósil, por lo tanto evaluando los bosques para mitigar tales emisiones. De esta forma, aunque la importancia y el entendimiento científico de los procesos de carbono forestales están bien establecidos y la necesidad de una medición, monitoreo, verificación y contabilidad ampliamente extendida está ampliamente reconocida como crítica, no se ha divisado tal sistema de sistemas o está actualmente operando.
Modelos Limitados de Datos para Determinación de Emisiones de Carbono
Actualmente, los modelos para derivar flujos de carbono confiables son datos limitados debido a que, como se explicó anteriormente, los sistemas ampliamente difundidos para medir, monitorear, verificar y contabilizar las relaciones de isótopo de carbono no está disponible. Típicamente, las mediciones de la concentración de C02 obtenida de estaciones de tierra y satélites se integran con modelos de circulación atmosféricos para inferir emisiones de la superficie de la tierra en un procedimiento referido como una inversión de rastreo-transporte. Este método es inherentemente difícil utilizando solamente datos de concentración de C02 debido al alto nivel de variaciones naturales en C02 debido al intercambio de carbono del ecosistema, temporada y compleja circulación atmosférica.
Sin embargo, la composición isotópica de las emisiones de carbono ya sea como carbono derivado de combustible fósil o que resulta del flujo de carbono biogénico pueden proporcionar datos únicos que representan un área dada (por ejemplo un grado espacial tales como metros cuadrados, miles, etc.) y un periodo de tiempo dado (por ejemplo, definición temporal, diaria, mensual, por temporada) del análisis. Un ensamble de los analizadores multi-isotópicos distribuidos sobre un área definida es un componente importante de un sistema de sistemas que puede proporcionar datos para fuentes desconocidas de C02 aún con grandes variaciones naturales de concentraciones de C02. Los datos de concentración para C02, 13C02 y 1C02 directamente medidos en uno o más lugares son requeridos pero son suficientes solos para calcular los datos de flujo de carbono que pueden utilizarse para la comercialización del carbono y para los instrumentos financieros del carbono. Típicamente, los modelos se utilizan junto con datos para interpretar características de interés y, en el caso de comercialización de carbono, los resultados finales provistos como toneladas métricas de carbono o toneladas métricas de equivalentes de carbono para un área geográfica definida, son requeridos. Se reconoce ampliamente que debido a la escasez de datos para la composición isotópica de los presupuestos de carbono de C02 atmosféricos durante un amplio intervalo de escalas está limitado en resolución espacial y temporal (Pacala et al., 2009; Tans et al., 1996).
Sin embargo, aunque se reconoce ampliamente que los modelos están severamente limitados debido a la escasez de datos isotópicos, un sistema de sistemas para proporcionar un grado de datos incrementado para 13C y 1C no está disponible. Los esfuerzos del modelo actual que utilizan los datos escasos para 13C y 14C fácilmente ilustran las limitaciones de los modelos cuando son necesarios para una contabilidad rigurosa y confiable para comercialización de carbono (por ejemplo, Kosovic 2008) . Además, la colocación de analizadores isotópicos de 13C y 14C depende de una variedad de factores que incluyen topografía, cobertura de vegetación, temporada y patrones de vientos. Sin un sistema de sistemas que pueda desplegarse en el campo bajo una variedad de ubicaciones de colocación, colocación estratégica de sensores isotópicos no puede evaluarse. Con base en los datos actuales, la colocación de analizadores isotópicos sería tal que las adiciones de carbono fósil y biogénico a una ubicación o área dada de monitoreo está dentro de los límites de detección de los analizadores. De esta forma, los análisis de alta precisión, rápidos y simultáneos para 13C y 1 C para promover la medición, monitoreo, verificación contabilidad efectiva no puede lograrse sin un sistema de sistemas que no está actualmente disponible. Además, no es claro que en el orden de medir, monitorear, y contabilizar las emisiones de carbono antropogénicas , las estaciones de muestreo y los ensambles de analizadores podrán colocarse en áreas de grandes emisiones, tales como ciudades, industrias específicas, y amplias áreas que podrían representar emisiones de carbono que por el contrario se cree que se secuestran de tal forma como en el caso con la captura y almacenamiento de carbono. La redes de monitoreo existentes aproximadas por una variedad de agentes gubernamentales no están específicamente diseñadas para medir las emisiones de carbono de grandes fuentes locales y regiones . Tales ubicaciones de muestreo patrocinadas por el gobierno se seleccionaron para detectar fuentes naturales y depósitos sobre grandes escalas tales como a través de océanos y continentes. Tales datos no son, por consiguiente, adecuados para medir, monitorear, verificar y contabilizar las emisiones de carbono antropogénicas o servir como bases para créditos de carbono (por ejemplo, Vaughn et al., 2010) .
Relaciones de Balance y Equivalencia de una Masa Isotópica para C02 Derivado Biogénico y de Fósil de la Atmósfera
La determinación de uno o ambos de los isotopólogos de carbono en una ubicación dada por sí mismo no proporciona suficientes datos para la determinación de la masa total de carbono ni para 13C ni 14C que finalmente se desea para la comercialización de carbono con base en toneladas métricas de carbono. Los tratamientos numéricos simples para datos isotópicos limitados están bien representados en la literatura científica pero no son adecuados para cumplir con las necesidades de la comercialización del carbono. Las mediciones de las formas raras de dióxido de carbono son provistas con relación a estándares isotópicos y se expresan como relaciones delta de acuerdo con las siguientes fórmulas:
Para las relaciones del isótopo 13C: 513C (por mil o/oo) = [(muestra de 13/12 C / estándar 13/12 C) - 1] x 1000
Para las relaciones del isótopo 14C: dl4C (por mil o/oo) = [muestra 14/12 C / estándar 14/12 C) - 1] x 1000.
Sin embargo, se reconoce ampliamente que debido a los datos espaciales y temporales limitados para 13C y 14C para una ubicación o área dada, tales datos son demasiado escasos para soportar las necesidades de la comercialización de carbono. En términos más simples, y como es familiar con ecuaciones de balance masa isotópica para el experto en la técnica (por ejemplo, Levin et al., 2003), se pueden estimar C02 de combustible fósil regional de concentración de C02 y C02 medidas utilizando las siguientes ecuaciones de balance de masa :
C02 medido = 02 biológico + C02 de fondo + C02 combustible de fósil ; Y,
C02 medido (514Cmedido + 1000%) = C02 de fondo (d 14Cde fondo + 1000%) + C02 biológico (d 14Cbiológico + 1000 ?/??) + C02 combustible de fósil (d 14C + 1000 O/OO)
En las ecuaciones anteriores, C02 medido, es la concentración de C02 observada de una ubicación o ubicaciones dadas, C02 de fondo, representa la concentración de C02 en un sitio con aire limpio de referencia (por ejemplo, Globalview 2006) , C02 biológico, es el componente biogénico regional y C02 de combustible fósil, es el componente de combustible fósil para la región de la medición. Las proporciones de 14C/12C de estos componentes en la notación delta son, respectivamente, 14C medido delta, 14C biológico delta y 14C de combustible fósil delta. 14C delta es la desviación por mil (0/00) de la relación 1C/12C de la actividad estándar de ácido oxálico de la Oficina Nacional de Estándares (NBS) para el decaimiento (Stuiver y Polach 1977) .
De esta forma, se resuelven los rendimientos de combustible fósil de C02 con la siguiente ecuación:
C02 combustible fósil = [C02 de fondo (d 14C de fondo - ^biológico) ~ C02 medido (d C medido — d C biológico) ] / d C biológico + 1000 o/oo.
Se puede construir un grupo similar de ecuaciones para las relaciones de 13C de C02 atmosférico. Además de un número de modelos conocidos por el experto en la técnica para calcular valores totales de carbono de datos isotópicos durante tiempo especio, pero son datos demasiado limitados para proporcionar suficiente información a ser utilizada para la comercialización de carbono, como se enfatiza por Kosovic et al. (2008). Levin & Rodenbeck (2008) presenta datos para 14C medido a través de la recolección de muestras de aire que representan dos ubicaciones y abarca un periodo de 1985 a 2006. La utilización de un modelo TM3 de transporte atmosférico (Heimann 1996) Levin y Rodenbeck (2008) concluyen que las variaciones inter-anuales fuertes en 14C deben ser representadas con relación a desviaciones cambiantes en emisiones de origen de combustible fósil, y que los datos de 14C de alta precisión de una gran red de observación es deseada. Tal red de observación se describe en la presente. De esta forma, a pesar de una necesidad reconocida dentro de la comunidad del modelo para datos vastamente aumentados para 14C que se requiere para cumplir con las necesidades de medición, monitoreo, verificación y contabilidad del protocolo Kyoto, tal sistema de sistemas no está en operación .
Igualmente, la literatura científica presenta muchos casos de mediciones aisladas de C y C y modelos relacionados para obtener un flujo de carbono en una variedad de instalaciones tales como bosques (por ejemplo, Urbanski et al. 2008; Uchida 2008), ubicaciones discretas (por ejemplo, Lai et al. 2006; Graven et al. 2009) y para flujo de carbono oceánico (Randerson et al., 2002). Sin embargo, estos estudios típicamente no dan como resultados datos de carbono para propósitos de comercialización de carbono. Adicionalmente , los muchos métodos del modelo utilizados no ofrecen una base comparativa de los resultados para ubicaciones geográficamente discretas y ampliamente difusas. '
La dificultad en proporcionar un gran número de administradores isotópicos situados en cuadrículas relevantes al área de interés y que producen datos comparativos con referencia a estándares bien conocidos es reconocidos por la ausencia de tales sistemas. Las dificultades son demasiadas, tales como la dificultad inherente en instrumentación isotópica rápida en el campo, colección de datos continua, cobertura a escala de entorno a través de numerosos instrumentos y medios para asegurar datos comparativos de todos los instrumentos siempre que se puedan situar y similares. De esta forma, tal sistema de sistemas logra las tareas antes mencionadas y sería altamente deseable y necesario para tratar los requerimientos presentados por la comercialización de carbono ampliamente extendida.
La dificultad en proporcionar datos isotópicos para modelos a gran escala es aún más demandante que la provisión de datos para modelos limitados como se describió anteriormente. El resultado final requerido para producir valores de carbono en términos de toneladas métricas de carbono debe vigorosamente determinarse de un área definida y para un periodo de tiempo definido representando una estructura tridimensional. En esencia, las características de la atmósfera tales como las condiciones de mezclado y meteorológicas deben compararse con fluidos en tiempo real de las especies isotópicas 13C y 14C. Por ejemplo, Peters et al. (2007) describe un método de un modelo tridimensional a gran escala para Norte América que combina la concentración de C02 diaria de un grupo de 28,000 observaciones de fracciones de mole de carbono de diversos lugares como un modelo de transporte atmosférico conducido a través de campos meteorológicos y un modelo de transporte de C02 (Peters et al., 2007) . Los resultados del modelo son ampliamente reconocidos como siendo altamente valiosos pero no cumple con las necesidades de comercialización del carbono debido a que, como se explicó anteriormente, los datos de concentración de C02 no revelan las fuentes de carbono subyacentes (por ejemplo, emisiones de C02 de combustible fósil frente a emisiones de C02 biogénicas) . Ciertamente, este método estrictamente ilustra la disparidad entre los datos de concentración de C02 y los datos isotópicos.
Como se describió anteriormente, aproximadamente 100 ubicaciones están actualmente muestreadas por los isótopos de carbono con ubicaciones para la recolección y análisis para 1C representado por aproximadamente 25 lugares. Además, la mayor parte de los casos los análisis de 13C y 14C no se realizaron en tiempo real, no son continuos ni tampoco se determinaron típicamente de forma simultánea en la misma muestra de aire introduciendo errores potenciales. Los ejemplos adicionales de modelos apropiados incluyen el modelo MM5 (Grell et al., 1995) útil para aplicaciones meteorológicas a mesoescala atmosférica, el modelo LSM1 (Bonan 1996) representando un modelo de superficie de tierra a gran escala, el modelo atmosférico TAPM (Hurely et al, 2005) que representa áreas de cientos de metros y el modelo bLs (Flesch 2004) también utilizado para el mapeo atmosférico sobre cientos de metros. Un ejemplo del grado al cual los análisis de 13C y 14C sería necesario determinar emisiones de combustible fósiles es provisto por el trabajo de Riley et al. (2008). En este trabajo dada la usencia de análisis 14C obtenidos a través de las mediciones directas de muestras aire, Riley et al. (2008) utilizó muestras de plantas como sustitutos de 1C atmosférico representando plantas de 128 sitios a través de CA. Las muestras de plantas se analizaron para contenido de C utilizando espectrometría de masa de acelerador. Riley et al. (2008) concluye que sus mediciones de los flujos de C02 de combustible fósil de grandes fuentes en el estado de California están predominantemente en el sur en lugar de en el este como se asume comúnmente. De esta forma, este trabajo proporciona una clara indicación de la importancia de las mediciones de 14C02 para las regulaciones de emisiones a nivel de estado tales como se define por la legislación AB32 de California (ARB 2010) y para el desarrollo de patrones de emisiones regionales más grandes. El uso de muestras de plantas a través de Riley et al. (2008) in lieu de análisis de muestra de aire entero enfatiza la necesidad de un vasto aumento de mediciones de 14C02.
Sin embargo, como se describe anteriormente a pesar de la reconocida necesidad de datos isotópicos de cobertura espacial y temporal suficiente que podría utilizarse en una variedad de modelos sobre muchas escalas, la recolección de datos isotópicos permitida por el sistema de sistemas para cumplir con las necesidades del modelo no está disponible.
De esta forma, un sistema de sistemas podría colocarse en muchos lugares (por ejemplo, miles) y para los cuales las mediciones de 13C y 14C simultáneas podrían hacerse continuamente ofreciendo un enlace con modelos 3D que incorporan datos de ecosistemas a escala meteorológica y de entorno que serían altamente deseables y podrían proporcionar un entendimiento bastantemente mejorado de presupuesto de carbono para emisiones relacionadas con combustible fósil y emisiones de carbono biogénicas y la ciclación en muchas escalas en el intervalo de fuentes de punto, de ciudades a estados y a regiones. Aunque la importancia de tal sistema de sistemas está claramente reconocida y buscada por largo tiempo, no existe tal sistema debido a las dificultades inherentes en los métodos existentes para medir las relaciones de isótopo y su uso en estructuras adecuadas para permitir la comercialización de carbono.
ANALISIS CON BASE EN LASER DE ISOTOPOLOGOS DE
CARBONO
Las relaciones de isótopo de C02 y otros gases de invernadero de interés incluyen N20 y CH4 que tradicionalmente se inhiben a través de un espectrómetro de masa de relación de isótopo de sector magnético (IRMS) . Estos instrumentos utilizan un sistema de entrada doble mecánico, que requiere alto vacío y una cuidadosa preparación de la muestra de gases puros, discretos y ofrece precisión en el orden de 0.05 por mil para 13C de C02 (Vaughn et al., 2010). Sin embargo, los dispositivos del sector magnético no son adecuados para análisis de flujo continuos in si tu para mediciones de campo. La abundancia natural de 13C en la biosfera es de aproximadamente 1.1% con relación al carbono total. Además, la medición de la composición de 14C típicamente requiere un análisis radiométrico o una instalación del Espectrómetro de Masa A (AMS) que también se basa en el conteo de ión específico de isótopo así como alto vacío y un bajo rendimiento de muestra (Boaretto et al., 2002). La medición de 14C es técnicamente más demandante como un experto en la técnica reconoce debido a su baja abundancia natural a aproximadamente 1 x 10"12 con relación al C02 total. En ambos casos, los esquemas analíticos tradicionales para 13C y 14C son difíciles debido a la facilidad con la cual el fraccionamiento isotópico puede ocurrir durante la manipulación del gas de la recolección de la muestra al análisis de la muestra (Werner & Brand 2001) oscureciendo la señal isotópica original. El fraccionamiento isotópico puede ocurrir debido a cambios en temperatura, presión, vapor de agua, rendimiento del instrumento, estándares del instrumento y otros factores internos que por lo general son específicos para laboratorios individuales.
La necesidad de alta precisión para ambas proporciones de 13C y 14C fácilmente se entiende cuando se considera que el índice y el crecimiento global y las variaciones isotópicas de temporada son pequeñas en aire bien mezclado que consiste de aproximadamente 1.9 ppm de C02 y 0.025 por mil de 12/12C (Vaughn et al., 2010). Las relaciones de isótopos 13C de alta precisión pueden hacerse con una precisión de +-0.01 por mil (una desviación estándar) (Vaughn 2010) utilizando espectrómetros de masa de proporción de isótopo tradicional. Para 14C, un cambio de aproximadamente 2 (por ejemplo, 2.8) por mil representa aproximadamente un cambio de 1 ppm en C02 de combustible de fósil (por ejemplo, Riley et al., 2008). De esta forma, la precisión actual de aproximadamente 2 por mil en mediciones de 14C es suficiente para identificar un cambio de 1 ppm en C02 de combustible fósil. Sin embargo, ningún analizador está disponible que continua y simultáneamente analice 13C y 14C con la precisión necesaria y que el campo es consumible. Además, las muestras utilizadas para análisis de 13C y 14C se consumen durante el análisis y no pueden reanalizarse un número de veces, una desventaja que limita a la precisión obtenible a través de los análisis repetidos de la misma muestra y/o tiempos de análisis ( erner y Brand 2001) . De esta forma, los métodos de alta precisión tradicionales para análisis de 13C y 14C no son adecuados para el despliegue de campo y los análisis rápidos de una perspectiva de la instrumentación ni para uso coordinado de grandes números de analizadores para soportar la cotización del carbono, la comercialización y la administración del carbono. Tal sistema es reconocido como siendo altamente valioso y largamente buscado y no está disponible .
Un método para evitar muchos de los problemas de la espectrometría de masa de relación de isótopo es el uso de espectroscopia de absorción láser. La espectroscopia de absorción láser puede también utilizarse para cuantificar isotopologos de un número de gases incluyendo C02. La espectroscopia de absorción láser primero se aplicó a C02 a principios de los 90 's (Becker et al., 1992; Murnick y Peer 1994) . Los métodos a base de láser son posibles debido a la excitación específica de transiciones vibracionales-rotacionales de moléculas de gas utilizando láseres finamente sintonizados. De esta forma, la excitación láser de las especies raras de C02, por ejemplo, pueden utilizarse para sondear y cuantificar la concentración de tales moléculas en una corriente de gas. La Figura 3 ilustra la frecuencia y el dominio -de la longitud de los isotopologos de C02 relevantes y las transiciones de láser correspondiente (Freed 1990) . Las flechas indican las transiciones de láser seleccionadas para la detección de los isotopologos de 14C02 101 y 13C02 102 y para la forma más abundante de C02 (12C02) 103. El uso de analizadores a base de láser ofrecen la opción de utilizar células de gas de referencia sellada con gases estándar que pueden prepararse en grandes cantidades del aire y adiciones de C02 con base en preparación de gas gravimétrico de lata precisión (por ejemplo, Amico di eane et al., 2009). Tales celdas de gas de referencia selladas pueden desplegarse en un gran número de analizadores multi - isotópicos y de esta forma proporcionar un fundamente para las comparación entre instrumentos así como proporcionar un alto grado de estabilidad y permitir un elemento clave de un sistema de sistemas. Sin embargo, ninguno de tales usos de celdas de gas de referencia selladas está en uso en un gran número de analizadores multi-isotópicos estratégicamente colocados. Como se puede apreciar por el experto en la técnica de la fabricación de láseres C02 sellados (por ejemplo, LTG Lasers Ontario, Canadá) tales celdas de gas de referencia selladas se logran en grandes números.
A la fecha, un gran número de dispositivos a base de láser han demostrado una medición exitosa de los isotopólogos más comunes de C02, principalmente 13C1S01S0. Los láseres de cascada de quantum pulsados han reportados para medir 13C02 con una precisión de menos de 0.1% con un tiempo promediado de 20 segundos (Tuzson et al., 2008) bajo condiciones de laboratorio ideales. La espectroscopia láser hacia abajo del anillo de cavidades descritas por la Patente de E. U. A. No. 7,154,595, publicada en diciembre 26, 2006, y comercialmente disponible, reporta la precisión de 0.3% utilizando el modelo Picarro G1101-I utilizando un tiempo promedio de 10 veces. Aerodyne Research Inc., Billerica, assachusetts , ofrece un láser de cascada quantum pulsado que ofrece una precisión de 0.2 por mil utilizando un tiempo de promedio de 1 s . Un sistema a base de láser que utiliza un método de medición no óptico, el método opto-galvánico, se describe en Patentes de E. U. A. Nos. 5,394,236, publicada el 28 de febrero de 1995; 5,783,445, publicada el 21 de julio de 1998; 5,818,580, publicada el 6 de octubre de 1998; 5,864,398, publicada el 26 de enero de 1999, que reporta la precisión de 13C de 0.1% con tiempo de promedio de 10s. De esta forma, un experto en la técnica de la espectroscopia láser, la determinación de las proporciones de 13C02 se logra con dispositivos comerciales, pero no actualmente capaces de cumplir con la precisión requerida (por ejemplo, < 0.1 por mil) y no específico para 14C02.
Además, los sistemas descritos anteriormente, con la excepción de los métodos optogalvánicos referenciados , se basan un método de administración óptica del isotopólogo 13C excitado que está limitado en exactitud y precisión de tales métodos. Específicamente, los dispositivos a base de láser para el 13C referenciado anteriormente no pueden detectar 1C debido a las limitaciones en la detección dada la abundancia natural de 14C es de 1 x 10"10 % en la atmósfera. Los sistemas de 13C descritos anteriormente no enseñan un método o sistema para detectar 14C ni combinar un sistema 14C con 12C y un sistema 13C. Un analizador multi - isotópico que simultáneamente mide 13C, 14C y 12C es de importancia obvia pero no está actualmente disponible. Además, tales sistemas a base de láser de 13C están disponibles ahora no se despliegan con una celda de referencia de gas sellada ampliamente conocida y distribuida C y no están enlazados dentro de un sistema de sistemas y de esta forma tales analizadores operan solos y no pueden utilizarse para determinar flujos de carbono para soportar la comercialización del carbono y los instrumentos financieros del carbono.
A la fecha, no existen sistemas a base de láser comercialmente disponibles para la determinación de 14C en el aire ambiental bajo condiciones de flujo continuo. Solamente los análisis de muestras de airea discretas en el intervalo de 500cc a 3 litros (Vaughn et al., 2010) recolectados en matraces evacuados se utilizan con instrumentación convencional (por ejemplo, Tans et al. 1996) . Sin embargo, un sistema descrito en la Patente de E. U. A. No. 7,616,305, publicada el 10 de noviembre de 2009, y descrita en Murnick et al., 2008, ofrece una tecnología de medición de 1C. Las enseñanzas de US 7,616,305 y de Murnick et al., (2009) se incorporan aquí por referencia y proporcionan las bases para el sistema de laboratorio 14C factible. El sistema de Murnick descrito en US 7,616,305 representa un sistema de dos celdas que comprende un láser específico para 14C02 y 12C02 pero no enseña el análisis de 14C de C02 en el aire sino más bien el análisis de 14C en C02 puro. Una precisión de aproximadamente 1% (10 por mil) se reporta. Murnick et al., (2009) no enseña el uso de formas de calibración para pequeñas concentraciones de 14C02 en el aire ni para una estandarización con materiales de referencia globales, todos los cuales requieren protocolos especializados y métodos que no son obvios para los experimentos basados en Murnick et al., 2008 debido al comportamiento complicado de 14C02 y la señal láser correspondiente con concentración variable de C02. La dificultad en la medición de 1C02 puede fácilmente apreciarse dada su abundancia natural que es de aproximadamente 1 x 10"10 % de todo el carbono en la atmósfera. Observar que un sistema de tres células que comprende láseres de 1C02, 13C02 y 14C02 integrados en un sistema no ha sido descrito ni tampoco tiene el análisis de 14C02 en muestras de aire típicas se ha divisado, un requerimiento para el uso de tales analizadores para el análisis de composición atmosférica relacionada con emisiones de carbono y biogénicas.
En los casos en donde ambos isotopólogos (13C, 14C) se determina la medición de una muestra no asegura que los datos obtenidos pueden utilizarse para la determinación de créditos de carbono comercializables . La determinación de los créditos de carbono de acuerdo con el origen del combustible biogénico o de fósil requieren un número de analizadores con calibración de rutina, repetible y estable, inter-calibración y sistemas de referencia globales soportados por hardware de instrumentos, software y análisis y síntesis de datos. De esta forma, un instrumento solo capaz de medir uno o ambos isotopólogos no es suficiente para relativamente proporcionar datos de carbono comercializables . Un método de un sistema de sistemas como se describe en la presente es necesario para proporcionar una estructura espacial y temporal para recolectar, analizar, verificar y transformar datos de flujo de carbono en toneladas métricas de C02 de orígenes fósil o biogénico sobre áreas especificadas y sobre periodos de tiempo específicos. Además, ningún método para estandarizar el material de referencia que podría utilizarse rutinariamente para dispositivos a base de láser 13C y 14C independientemente del sistema de detección está disponible. De esta forma, los componentes claves de un método sistema de sistemas para soportar la comercialización del carbono no están disponibles .
Calibración, Inter-calibración y Estandarización Global de Formas Raras de Carbono
Típicamente, como se describió anteriormente, los isotopólogos de carbono se hacen a través de mediciones descritas obtenidas capturando aire en un matraz evacuado de una variedad de lugares y analizado en un pequeño número de laboratorios en ubicaciones ampliamente extendidas. Tales laboratorios mantienen estándares internos y comparten grupos de estándares para ambos isotopólogos (13C y 14C) que principalmente permiten la inter-comparación y la equivalencia de datos de ubicaciones diversas.
Tales inter-comparaciones son necesarias para construir desviaciones temporales y espaciales en isotopólogos , sin embargo, en las diferencias en los procedimientos analíticos y las preparaciones de estándar en laboratorios individuales pueden introducir variaciones isotópicas en la exactitud y precisión que pueden ofuscar las desviaciones en 13C y 14C de C02 atmosférico y requerir correcciones complicadas a los grupos de datos (por ejemplo, Masarie et al., 2001; Werner y Brand 2001; Rozanski 1991; Vaughn et al., 2010). El sistema convencional del programa de estándares 13C actualmente no podría soportar la comercialización activa de carbono debido al número limitado de datos y ubicaciones. Adicionalmente , los errores de cada laboratorio que resultan del procesamiento y análisis de los estándares de acuerdo con prácticas de laboratorio individuales y de acuerdo con el tipo de errores propagados por el analizador a lo largo de los análisis de datos que resultan de tales analizadores. Los análisis de las proporciones de 13C por IRMS pueden estar influenciados por la presencia de 170 que resulta en un cambio potencial de 0.03 por mil, y en la presencia de N20 que resulta en un cambio de aproximadamente 0.22 por mil (Vaughn et al.., 2010) . Las inter-comparaciones para los datos de 13C a través de los laboratorios ha demostrado variación de hasta 10 veces más que las precisiones objetivo (Allison et al., 2002, 2003).
Las diferencias pueden deberse al manejo de gas relacionado con la purificación de C02, al manejo del gas relacionado con el análisis C02 y/o a la operación específica de una variedad de espectrómetros de masa de relación de isótopo. De esta forma, los estándares que se utilizan en permanente o aquellos que se comparten no proporcionan una comparación de instrumento cruzada rigurosa, un requerimiento si los datos de uno o más de los instrumentos localizados en una derivación de ubicaciones es necesario. De esta forma un sistema de sistemas que ofrece la medición instantánea de 13C a través de un número de analizadores extensamente localizados, y que están directa e instantáneamente comparables a estándares compartidos sería altamente deseable en el monitoreo como verificación de la contabilidad para variaciones en 13C. Sin embargo a pesar del objetivo a largo plazo de tal red de alta precisión y 13C comparable y la importancia de tal red tal sistema de sistemas no está disponible. Tal sistema de sistemas sería necesario para medir, monitorear, verificar y contabilizar el carbono biogénico según se distingue del carbono de combustible fósil con el propósito de comercializar el carbón según relacionado con el software de carbono biogénico (por ejemplo, secuestro de carbono forestal) y para los requerimientos de datos para la incorporación de los datos de 13C en modelos apropiados de ecosistemas y los modelos meteorológicos necesarios para calcular la masa de carbono como una función de tiempo y espacio .
El caso para estándares de 14C e inter-calibración son más demandantes cuando las muestras más pequeñas y la instrumentación más compleja son requeridas como abundancia de 1C que bastamente menor que para 13C como se describe anteriormente (por ejemplo, 1.1% 13C vs . 10"10 % 14C) . Las muestras tan pequeñas como 0.5 mg del carbono total se analizan en grandes en complejos del espectrómetro de masas de elevador y requerimientos para los estándares de la composición de 14C variables son difíciles de mantener libres de contaminación por 1C (Stork et al., 1997) . Debido a la dificultad y el costo de analizar 14C02 y mantener una instalación AMS está disponible un número pequeño de instalaciones AMS para análisis de alta precisión (por ejemplo, Boaretto et al., 2002). En los casos en donde los estándares son requeridos para abarcar el 0% de 14C, como en el caso de C02 de combustible fósil para aumentar las fracciones de 14C moderno, la demanda técnica en el manejo de los gases apropiadamente es para asegurar que no tome lugar el fraccionamiento es muy alta y a la fecha no ha introducido en un sistema de sistema de sistemas como se describe en la presente. Las diferencias isotópicas también pueden estar relacionadas con el fraccionamiento durante la concentración de la muestra (por ejemplo, aislamiento criogénico de C02) , manipulación de gas, y la conversión a grafito y análisis (Werner y Brand 2001) . Un método instrumental que permite el análisis de 1C de ambos el gas de referencia desconocido y estándar que no involucra la concentración de la muestra y la manipulación como se describe anteriormente para la medición de AMS y que se referencia fácilmente a través de un gran número de instrumentos relacionados sería altamente deseable y de importancia obvia, pero que no está disponible. De esta forma, como es caso para 13C, un instrumento solo que es capaz de medir la composición de 14C de una muestra de aire no es suficiente para soportar la comercialización del carbono y los instrumentos financieros del carbono. Además de la dificultad de analizar muestra de 14C utilizando el método AMS gran número de muestras es generalmente prohibitivo debido al alto costo por muestra en el intervalo de $400 a $600 por muestra. Un analizador de campo continuo de 14C ofrecería miles de mediciones a un considerablemente bajo costo y en una fracción del tiempo requerido para los análisis AMS.
Los datos históricos para la estandarización de 13C y 1C, todos proporcionan instrumentos estacionarios en ubicaciones ampliamente extendidas que muestran problemas claros y persistentes en el mantenimiento de redes a nivel mundial de estándares comparables, en parte debido al gasto y la experiencia requerida para el análisis de las formas raras de carbono. De esta forma, utilizando tal red a base de análisis isotópico tradicional y errores intrínsecos en estos sistemas para ambos 13C y 14C con los propósitos de comercializar carbonos no tendrán y no pueden ensamblarse debido a los altos costos, limitaciones de las redes de instrumentos, instrumentación de los métodos utilizados para analizar y mantener estándares que pueden compararse globalmente . De esta forma, a pesar de la necesidad reconocida y el valor de tal sistema, tal sistema de sistemas actualmente no existe para soportar la comercialización del carbono e instrumentos financieros de carbono relacionados.
Como se observó anteriormente, a la fecha, no existe ningún sistema experimental o comercial actualmente que combine sistemas para medir o monitorear ambos 13C y 14C en un instrumento. Específicamente, 099/42814 no trata un sistemas de sistemas que incorpora múltiples analizadores enlazados por estándares de referencia compartidos y globales que después se utilizan para calcular carbono en términos de unidades comercializables tales como toneladas métricas de C para ambos flujos de carbono biogénico y fósil. Además se observa que en la técnica los análisis de 14C que utilizan métodos a base de láser no se describieron con suficiente detalle para permitir a un experto en la técnica construir tal analizador. La baja concentración de 14C02 en la atmósfera que es de 10-10 % del C02 total no ha sido contabilizada en O 99/42814 con respecto a los métodos para analizar tales pequeñas cantidades siendo un factor de 10"9 en abundancia natural frente a 13C. WO 99/42814 hace referencia a US 5,394,236. Sin embargo, tal referencia se relaciona a un dispositivo a base de láser para una determinación de 13C y no es aplicable para la determinación de 1C. 13C está presente en aproximadamente 1.1% en el C02 total ofreciendo opciones fácilmente disponible para su análisis. De esta forma, WO 99/42814 no posee el analizador de 14C. Además, tales analizadores de 13C y 14C no se utilizaron en un sistema de sistemas que utiliza componentes integrados que resultan en unidades comercializables de carbono. WO 99/42814 principalmente enseña el análisis combinado de 13C y 14C pero no se extiende más allá de etapa de análisis. Como se describe más adelante las proporciones de isótopos 13C y 14C solo no son suficientes para producir créditos de carbono para comercializar en plataformas financieras de carbono.
De manera importante, a pesar de la necesidad percibida desde hace largo tiempo, se ha realizado que la implementación del sistema descrito en WO 99/42814 como un sistema actual o comercial ha sido específicamente difícil ya que surgen diferentes criterios con base en diferentes aplicaciones. Por ejemplo, las enseñanzas de WO 99/42814 no podrían llevarse a cabo para medir y monitorear flujo de carbono en agua oceánica como bases de carbono que han sido separados del agua, lo cual nunca ha sido descrito o sugerido. Otras aplicaciones, tales como la medición de monitoreo de carbono en un bosque, área agrícola, tierra y similares, proporciona dificultad ya que el índice de muestreo de los datos apropiados acoplados a la densidad espacial apropiada de medición ni se describe ni se sugiere y no es fácilmente reconocible.
COMERCIALIZACION DE CARBONO
Comercialización de Carbono e Instrumentos Financieros de Carbono
Actualmente, los instrumentos financieros a base de carbono están centrados en unidades estándar para carbono como se expresan en toneladas métricas (1.1 de tonelada corta) de equivalencia de C02 (mtC02e) (IPCC 2008) . Sin embargo, las mediciones directas del flujo de C02 expresado como toneladas métricas aún faltan. Además, los datos para carbono expresado en toneladas métricas se utilizan para establecer compensaciones de carbono en los casos en donde se genera una compensación a través de la reducción, evacuación o secuestro de emisiones del gas invernadero (GHG) logrados por un proceso dado. Sin embargo, las mediciones directas confirman el número actual de emisiones de mtC02e producidas, o confirmar a través de la medición directa la ausencia de emisiones en el caso de emisiones reducidas o evadidas (en el caso de compensaciones) está faltante. La estimación de las emisiones de C02 se utiliza con base en el consumo de combustibles (y/o la reducción de los niveles anteriores) en una ubicación dada o número de ubicaciones incluyendo un grupo de comercialización, tal como el Esquema de Comercialización de Emisión de la Unión Europea (IPCC 2008). De esta forma, en la ausencia de mediciones actuales, la incertidumbre es desconocida, representando un problema fatal en el método de cuantificación de emisiones; los pequeños errores del término de origen se propagan y magnifican en errores en el proceso en corriente bajo tales como la cotización de los instrumentos financieros basados en carbono y sus derivados. La reducción de la incertidumbre solamente puede lograrse a través de mediciones de alta precisión a través del entorno de una región o un área de comercialización. Actualmente, no existen tales estaciones de mediciones regionales que utilizan dispositivos multi-isotópicos para formas raras de carbono a ser utilizadas en la reducción de la incertidumbre de los instrumentos financieros a base de carbono. De esta forma, sería altamente deseable utilizar sistemas multigeográficos amplios para medir, reportar y verificar las emisiones de carbono (reducción de las emisiones) que son comparables a través de un entorno de comercialización tan grandes como continentes para C02 y gases de invernadero relacionados. Tal sistema actualmente no está disponible para reducir la incertidumbre en instrumentos a base de carbono.
Igualmente, los intercambios de carbono existentes, domésticos e internaciones (por ejemplo, Chicago Climate Exchange (CCX) , www.chicagoclimatex.com; European Emission Trading System (EUETS) , www.ec.eurpa.ed)) no especifican las formas biogénicas y fósiles específicas de datos de carbono ni la medición directa que es requerida para soportar los instrumentos financieros a base de carbono. El CCX emite contratos de Instrumentos Financieros de Carbono Comercializables (CFI®) a propietarios o agregados de proyectos elegibles sobre las bases de secuestro, destrucción o reducción estimada de emisiones de GHG. Todas las compensaciones de CCX se emiten con base retrospectivas, con el distintivo CFI que se aplican al programa anula en donde toma lugar la reducción de GHG. Los proyectos deben experimentar la verificación de terceros a través de un verificador aprobado de CCX. Todos los reportes de verificación después se inspeccionan para su finalización a través de la Autoridad Reguladora de la Industria Financiera (FINRA, anteriormente NASD) . Los proyectos de compensación pueden registrarse por los Miembros, Proveedores de Compensaciones y Agregadores de Compensaciones. Las entidades que tienen emisiones GHG significativas son elegibles para presentar propuestas de proyectos de compensación solamente si se han comprometido a reducir sus propias emisiones en el Programa de Reducción de Emisiones de CCX como Miembros CCX se han desarrollados reglas estandarizadas para emitir contratos CFI para los siguientes tipos de proyectos incluyendo metanol (agrícola, mina de carbón, basureros) , carbono en la tierra (agrícola, administración de tierras dedicadas a la cría de animales de pasto), forestal, energía renovable y destrucción de las sustancias que consumen ozono. Sin embargo, en todos los casos de emisiones/reducción de carbono las mediciones directas de las compensaciones de las emisiones para C02 no se utilizan todos los verificadores de CCX o terceros ya sea como C02 total o como los isotopólogos relevantes de C02 (por ejemplo, 13C, 14C) (CCX, www.ccx.com). La falta de medición introduce incertidumbre y errores de magnitud desconocida, una complicación que puede afectar la concentración del carbono, las dinámicas del mercado y facilitar el fraude.
En el caso de carbono de la tierra, el criterio de CCX es provisto como compensaciones estándar para C02 sobre bases por acre dependiendo de la ubicación geográfica. Por ejemplo, las compensaciones de carbono de tierra son emitidas sobre bases por acre por año (CCX, www.ccx.com). El grado de emisión de compensaciones depende de la región en la cual está tomando lugar la práctica. Por ejemplo, los productores enrolados en Illinois pueden emitir compensaciones a un índice de 0.6 toneladas métricas de C02 por acre por año y los productores ansas central puede emitir compensaciones a un índice de 0.4 toneladas métricas de C02 por acre por año. Los diferentes índices de emisión de compensaciones se toman para reflejar la capacidad y secuestro de carbono diferente de las tierras a cualquier lugar dado. De esta forma los estimados se colocan en secuestro de carbono para terrenos sin medición actual . Para un experto en la técnica el suelo de carbono y dinámicos de ecosistema, tal método es deficiente y probablemente propaga errores sustanciales en la estimación del carbono secuestrado. Los datos de las torres instrumentadas localizadas en los bosques, por ejemplo, claramente muestran amplias variaciones, en el flujo de carbono neto de un año a otro y fuertemente sugieren que los algoritmos simples para los bosques hipotéticos y otros ecosistemas a base de territorios probablemente estén con error (por ejemplo, Urbankski et al., 2007). Igualmente, todos los proyectos de compensación enumerados por CCX no especifican los métodos de medición, monitoreo, reporte o verificación en detalle y no requieren la estimación de errores de evaluaciones. De esta forma, CCX como con los mayores intercambios de carbono no establecen los estándares para la medición, monitoreo, reporte y verificación directa. Estas tareas se le dejan a verificadores terceros que utilizan un amplio intervalo de programas de estimación. Los isótopos estables no se utilizan para propósitos de verificación y, además, no están enlazados a un grupo de estándares globales internacionales que permiten la comparación del flujo de carbono de interés de regiones de una etapa, un grupo de estados de diferentes continentes. De esta forma, los mercados de carbono actuales no se basan en medición instrumental, sistemas de referencia estándar y global que son requeridos para capturar datos, señales de referencia y la cobertura espacial y temporal sobre regiones de comercialización designadas, sino más la estimación con una incertidumbre desconocida. De esta forma, un sistema de sistemas que corrige las deficiencias enumeradas anteriormente sería altamente deseable, pero no está disponible .
Uso Existente de 14C en los Métodos ASTM Estándar
Las proporciones de 14C en sólidos y bases producidos a través de la combustión de sólidos utilizando métodos de contabilización por cintilación tradicional y Espectrometría de Masa de Acelerador (AMS) se utilizan en el contexto de ASTM D-6866 (ASTM 2008) para establecer el contenido bio-basado de combustibles y gases de chimenea que se producen con cantidades variables de materiales de origen bio-basados, principalmente biomasa de plantas (ver Figura 2, mezclas de biodiesel) . El análisis de la corriente de gas se basa en muestras discretas de gas recolectado en matraces evacuados y no se utiliza para evaluar contribuciones de combustible fósil a amplia escala sino para verificar las emisiones de origen de punto para el contenido bio-basado con relación a especificaciones. El porcentaje de material basado biogénico y el C02 resultante se designan como carbono neutral y de esta forma no se toman en cuenta hacia el límite de emisiones de carbono para una industria específica (Hámáláinen et al. 2007). Específicamente, los datos para 13C y 14C con base en la metodología actual no incorporan el análisis continuo o estándares enlazados para 13C y 1C medido junto con las mediciones que son ínter-comparables siempre que puedan hacerse y tales mediciones puedan uniformemente y precisamente utilizarse para establecer unidades de comercialización de carbono y para establecer las bases para instrumentos financieros de carbono. De esta forma, la medición de 14C utilizando analizadores multi- isotópicos como se describe en la presente proporciona un avance fundamental sobre el análisis de muestra individual existente para 14C así como se expande el valor del análisis multi-isótópico como se describe previamente. El uso de ASTM D-6866 proporciona una metodología fundamental que se expandirá bastamente por las enseñanzas descrita en la presente.
De esta forma, con base en las descripciones provistas en las secciones previas es claro que la instrumentación, los estándares, y reportes y referencias a nivel de sistemas no están disponibles para especificar una relación equivalente entre concentraciones de isotopólogos en la atmósfera y la monetización de emisiones o depósitos para propósitos de comercializar carbono y la reducción en la incertidumbre de errores en las unidades de carbono comercializado. Por consiguiente, permanece una necesidad de medios para distinguir entre y cuantificar componentes del presupuesto de carbono, y medios para ínter-comparar datos a través del tiempo y las escalas espaciales así como referencias a todas las mediciones dentro de un sistema de referencia global requerido para la administración del carbono planetario y a la comercialización del carbono. Tal sistema de sistemas, sin embargo, no está actualmente disponible con base en los esfuerzos de los expertos en la técnica del análisis isotópico.
Un método adicional para cuantificar las emisiones de carbono se basa en el espacio que lleva mediciones de C02 utilizando una variedad de espectrómetros. Las campañas de satélite tales como la del Observatorio de Carbono Orbital (OCO) , la del Satélite que Observa el Gas de Invernadero (GOSAT) y la del Sensor Infrarrojo Atmosférico (AIRS) proporcionan diversas mediciones de C02 y otras mediciones del gas de invernadero (Pacala et al., 2009). Cada satélite tiene capacidades de percepción remotas específicas y ofrece promesas para medir emisiones de combustible fósil. Sin embargo, los métodos por satélite cubren una pequeña trayectoria sensora y el área según se desplace en el espacio sobre la tierra. Aunque los satélites son altamente deseables para medición y monitoreo de gas de invernadero, tales datos no pueden soportar un inventario detallado de emisiones a ser utilizado por la comercialización de carbono de acuerdo con los requerimientos para una ubicación dada, área y sobre un periodo de tiempo dado ya que el satélite se mueve de acuerdo con la trayectoria designada en lugar de manipulación de la trayectoria a sitios específicos con recolección de datos estacionarios. Además, el costo de los sistemas de satélite es alto y puede devolver un número limitado de años de observaciones requiriendo el lanzamientos de nuevos satélites (Pacala et al., 2009) . Sin embargo, una combinación de datos del sensor de satélite y de observaciones con base en el suelo, tales como los de un arreglo de analizadores multi-isotópicos con inter-calibración, protocolos de referencia y modelos apropiados para asegurar que los datos de las emisiones de C02 fósil sean creíbles sería altamente deseable.
Una configuración en donde un satélite con un sensor de C02 para sobre un arreglo o un ensamble de analizadores multi-isotópicos permitiendo la comparación cruzada de datos de tierra con satélite sería altamente deseable y de gran valor en la provisión de verificación de un tercero adicional para medición de emisiones de C02. Un programa de medición con base en suelo e integrado de satélite podría también ofrecer una señal de celda sellada de referencia maestra adicional para directamente comparar los gases estándar a base de suelo en las celdas de referencia selladas a un grupo de tales celdas llevadas como parte de la carga del satélite. De esta forma, se puede asegurar una inter-comparación entre los sensores de carbono a bordo del satélite y los datos isotópicos del carbono con base en el suelo son válidos. De esta forma aunque los programas a base de suelo integrados y de satélite serían altamente valiosos y reconocidos como tales por los expertos en la técnica de los sistemas de medición de C02 a base de espacio, tales sistemas integrados no están disponibles.
Varias modalidades de un sistema de sistemas descrito en la presente trata estas dificultades, y proporcionan nuevo método que es singular en su aplicación comparado con la tecnología existente.
Ciertas modalidades proporcionan un sistema que permite la recolección de datos de concentración de isotópicos, tales como los isotopólogos C02 atmosféricos incluyendo 13C, 14C y 12C, de un arreglo espacial diverso de dispositivos que reportan datos en tiempo real con base en rutinas de calibración compartidas, datos de referencia primarios y maestros compartidos y rutinas y que analizan datos, combina los datos con diversos métodos de modelo para revelar la masa de carbonos para áreas del proyecto espacial y temporal dada. Tales masas de carbono derivadas se convierten en toneladas métricas de carbono o equivalentes y se utilizan para situaciones financieras para comercialización del carbono y/o para guiar los marcadores de política. El reporte de los datos para comercialización del carbono puede ocurrir con tal frecuencia permitiendo las transacciones financieras en tiempo real o con una frecuencia menos y promedios de periodos de tiempo útiles para transacciones financieras de carbono discontinuas. En ciertas modalidades, un sistema descrito en la presente permite la medición simultánea de especies multi-isotópicas en el área ambiental, tales como en términos de origen (depósito son identificables , cuantificables y se reconocen como equivalentes isotópicos para emisiones de C02 estándar y unidades de compensación, tales como toneladas métricas de carbono o una tonelada métrica de equivalentes de carbono. El método del sistema de sistemas descrito en la presente hace uso de las celdas de referencia selladas que son idénticas y se despliegan en todos los analizadores en un área dada proporcionando datos de carbono comparables a través de todos los lugares de los analizadores y los periodos de tiempo de la recolección de datos. La importancia de esta capacidad puede apreciarse considerando la dificultad de construir presupuestos de carbono sin información acerca de los orígenes de los componentes como es evidente en los mecanismos de comercialización de carbono actuales y los métodos que se basan en la estimación en lugar de la medición actual .
Sistema de Sistemas
Ciertas modalidades proporcionan un sistema de sistemas para simultáneamente mantener y reportar datos en isotopólogos múltiples. La Figura ilustra un diagrama de bloque del paquete de instrumentos como un componente de un sistema de sistemas de acuerdo con una modalidad. El aparato incluye un alojamiento para todo tipo de clima 517, un módulo de ópticos 500, el alojamiento de uno o más láseres para cada isotopologo incluyendo pero no limitándose al módulo de láser 13C 501, un módulo de láser 12C 502, y un módulo de láser 14C 503, un módulo de enfriamiento 504, un módulo de muestra 505, conteniendo una o más celdas de referencia selladas 507 para cada isotopologo y una o más celdas de muestra 508, un módulo de gas de referencia estándar 509, un módulo de energía 510, un cpu y un módulo de telemetría 515 con antena de telemetría 516, un módulo de pre-acondicionamiento de muestra 511 conteniendo una o más unidades de remoción de agua 512 y una o más unidades de remoción de partículas 513, y un módulo que sirve como una plataforma para sensores adicionales 514 como se desea para complementar los datos isotópicos.
La Figura 5 ilustra un diagrama que resume el análisis del sistema de sistemas ilustrativo de las ubicaciones del paquete de instrumentos mostrado en la Figura 4. Las ubicaciones típicas como se describe son ejemplos y no excluyen otras ubicaciones de muestra. El analizador multi-isotópico 600 puede utilizarse en una variedad de lugares incluyendo en la superficie oceánica para extraer gases oceánicos disueltos 601, tales como C02, disuelto en agua de mar u otros cuerpos de agua que pueden extraerse in si tu y admitirse en el aparato, dentro de una ciudad para la medición a escala de ciudad y monitorear las emisiones de CO2 industriales (carbón, gas natural) y de automóviles 602, el muestreo dentro de la atmósfera de suelo o en la superficie de un suelo 606 en ubicaciones vulnerables en el planeta tales como los suelos de alta latitud con alto contenido de carbono en donde el muestreo a gran escala de la atmósfera del suelo podría utilizarse como un sistema de "advertencia temprana" para liberación de carbono de suelo en respuesta al calentamiento de la superficie de altas latitudes, dentro de las áreas forestales naturales del mundo 605 en donde grandes cantidades de carbono se atan en la tierra, biomasa de madera y de hojas representando ya sea grandes depósitos o fuentes potenciales de C02 relacionadas con el calentamiento global y la administración forestal, dentro de instalaciones agrícolas 604 para medir el flujo de carbono de campos agrícolas que pueden servir como la fuente de depósito dependiendo de los métodos agrícolas, el régimen de riego y las aplicaciones de fertilizantes, y dentro de gas de chimeneas de chimeneas de plantas de energía y proyectos de secuestro de C02 relacionados 603 en donde la fuga de los combustibles de fósil de las ubicaciones de almacenamiento es la clave para la administración efectiva y el desarrollo de procedimientos de almacenamiento.
Haciendo referencia a la Figura 6, en resumen un sistema típico utiliza una bomba 30 para extraer la mezcla de gas de muestra en el sistema 2. La muestra después se pasa a través de un detector para medir a concentración global de las especies deseadas en cuestión 4. La concentración global de las especies deseadas puede medirse a través de un analizador de gas infrarrojo 4 o cualquier otra forma apropiada a la configuración y especies que se están midiendo .
La muestra después opcionalmente se pasa a través de un pre-acondicionador 7. El pre-acondicionador lleva a cabo una o más de las siguientes operaciones: remoción de partículas para la limpiar la muestra de partículas, remoción del componente para eliminar una o más bases componentes de la muestra (es decir, los componentes que pueden interferir con el procesamiento y detección posterior) , la concentración de especies deseadas, y la adición de un portador para facilitar el procesamiento. En entornos ásperos particularmente, la filtración de partículas puede aplicarse en una posición temprana en la trayectoria de la muestra.
Aún haciendo referencia a la Figura 6, el sistema pasa la muestra a uno o más analizadores de proporción de isótopo 24. El analizador detecta la concentración de un isótopo predeterminado de las especies deseadas. El analizador puede ser cualquiera analizador de isótopos convencional. Algunas modalidades utilizan una unidad a base de láser pequeña y precisa. Por ejemplo, un láser sincronizado para emitir radiación a una longitud de onda apropiada para el isótopo predeterminado de la especie deseada puede utilizarse para excitar las especies de isótopos en un estado excitado (ver Figura 3) . Simultáneamente el láser excita un estándar conocido de las especies de isótopos. Cualquier tipo adecuado del detector, tal como un detector de fotodiodos o un detector optogalvánico puede utilizarse para medir el nivel de excitación de ambos, la muestra y el estándar y de esta forma detectar la concentración del isótopo. La proporción del isótopo se calcula comparando la concentración de las especies isotópicas con la concentración de especies total medida anteriormente en la trayectoria.
En algunas modalidades, uno o más detectores, pre-acondicionadores y analizadores de isótopos se combinan, permitiendo la medición simultánea de múltiples proporciones de isótopo dentro de la muestra. Se pueden configurar en una variedad de arquitecturas del sistema, con algunas unidades operadas serialmente y otras operadas en paralelo. Haciendo referencia a la. Figura 7 un tipo de módulo pre-acondicionador 36 puede utilizarse para barrer el oxígeno de la corriente de aire de entrada 34 tal el barredor de 02 modelo TAI de Teledyne Instruments, conteniendo óxido de cobre y óxido de aluminio convirtiendo un gas libre de oxígeno 38. Haciendo referencia a la Figura 8 una membrana de gas selectiva 46 tal como la vendida con el nombre Nafion puede utilizarse para eliminar el vapor de agua de la corriente de gas de entrada 40 que puede posteriormente mezclarse con el gas portador 50 y salir como gas 56 para el análisis. Haciendo referencia a la Figura 9, puede utilizarse una trampa biogénica 82 para concentrar el C02 en algunas modalidades tomando el gas de entrada 64, mezclando según sea necesario con el gas portador 74 y después fluyendo hacia la trampa 82 en donde el nitrógeno líquido se introduce en la trampa con el flujo de gas operado por una válvula de intercambio de flujo de 2 posiciones 4 puertos 76. Después que el gas concentrado en la operación de la trampa se dirige hacia la salida el gas 84 para el análisis. Haciendo referencia a la Figura 10, la trampa criogénica se compone de una tubería de acero inoxidable 94 y se caliente después de la insuflación con un calentador de cable de resistencia 106. La trampa se coloca en un matraz dewar 112 para recibir el nitrógeno liquido del ciclo de congelamiento de la operación de la trampa. Haciendo referencia a la Figura 11, se utilizan fuelles de acero inoxidable 83 para disminuir la concentración del gas de muestra de entrada 64 en los casos en donde la concentración es demasiada alta para un análisis efectivo y preciso según medido a través del analizador de concentración de gas 4 (Figura 6) . La muestra de entrada se admite en los fuelles en una posición cerrada o en una posición comprimida y las válvulas 78 y 80 se cierran. Posteriormente, los fuelles se expanden y el transportador 74 se admite permitiendo que se obtenga la concentración objetiva a través de la dilución según determinado por el analizador de gas 4. Posteriormente el gas se deja fluir hacia el analizador de proporción de isótopo 24 a través de un flujo capilar u otros medios.
En algunas modalidades, en la presente haciendo referencia a la Figura 6, el sistema se controla a través de una unidad de adquisición y control de datos a base del microprocesador 8, tal como una computadora personal. La unidad de adquisición y control de datos controla la operación de cada porción del sistema, recolecta las mediciones, lleva a cabo el procesamiento de los datos y el resumen de los datos, almacena los datos y transmite los datos. La unidad para adquisición y control de datos también puede estar conectado a sensores externos para así medir y monitorear las condiciones externas al sistema (por ejemplo, condiciones climatológicas tales como temperaturas, dirección del viento, velocidad del viento, presión y humedad, información de la ubicación tal como la longitud y la latitud a través del sistema de procesamiento global, y para unidades a base de agua, temperatura del agua y salinidad) e internas al sistema (por ejemplo, condición de la energía, temperatura, funcionalidad del sistema, etc.). Toda la información puede transmitirse a través de un transmisor de radio a una estación base central que pueda recolectar los datos, monitorear las operaciones del sistema y monitorear las condiciones externas. La estación base puede opcionalmente transmitir nuevos programas en el sistema cuando el sistema se configura como un receptor conectado a la computadora. Los sistemas típicos para comunicaciones inalámbricas bien conocidos por el experto en la técnica, y la operación remota de los instrumentos incluyen el Control Supervisor y la Adquisición de los Datos (SCADA) disponible de, por ejemplo, Omega Engineering, Inc. (www.omega.com) entre muchas otras arquitecturas de comunicación y control comercialmente disponibles.
Finalmente, los datos se utilizan a escalas espaciales y temporales y se enlazan con modelos adecuados de los modelos de atmósfera y biosfera y/o acoplados del mismo proporcionando volúmenes impuestos de modelo para integrar flujos de carbono sobre escalas temporales y espaciales necesarias para monetizar el carbono en el contexto de comercialización e intercambio de carbono. El resultado final es una unidad de emisión de carbono caracteriza por un isótopo único con base en estándares y referencias en donde ambos componentes del combustible biogénico y fósil del C02 atmosférico pueden cuantificarse de esta forma monetizarse en intercambios de comercialización de gas de invernadero adecuado y/o carbón.
En ciertas modalidades, el sistema se diseña para ser modular, portátil y auto-contenido. El sistema puede utilizar energía en línea convencional pero también puede utilizar batería. Si se utilizan baterías, el sistema también puede cargar las baterías a través de un arreglo de celdas solares, de esta forma permitiendo la operación remota. En algunas modalidades, el sistema está contenido en un alojamiento a prueba de climas que también proporciona la plataforma para sensores externos, antenas de radio y/o los arreglos de celdas solares .
Modalidades Detalladas
Las modalidades no limitantes ilustrativas ahora se describirán para proporcionar un entendimiento general del sistema de sistemas descrito y métodos relacionados. Uno o más ejemplos de las modalidades ilustrativas se muestran en las figuras. En ciertas modalidades, un sistema de sistemas es referido como una Plataforma de Monitoreo Global (GMP) que representa una combinación única de instrumentos isotópicos, sensores, estándares, referencias globales y telemetría de datos en un alojamiento desplegable en el campo adecuado para la operación alojada y remota. El GMP proporciona la capacidad de descifrar flujos de invernadero parciales y globales y de esta proporcionar un método único para manejar emisiones de invernadero del planeta para ayudar en la reducción de las consecuencias de calentamiento global. En ciertas modalidades, cualquier dispositivo (s) disponible para la determinación de la composición de of 12C, 13C y 14C de C02 en el aire ambiental se combina en un factor en forma modular con manejo de la muestra y características de acondicionamiento de la muestra como se describe más adelante. Además, un sistema de sistema puede utilizar cualquier analizador para la concentración y la composición isotópica de cualquier gas.
Las modalidades ilustrativas de un método y un sistema de sistemas se muestran diagramática en las Figuras 6 a 35. Las 6 a 14 muestran modalidades del analizador utilizado como un componente del sistema de sistemas pero con componentes analíticos diferentes y características operacionales . Las Figuras 15 a 22 describen modalidades de componentes operativos y metodológicos adicionales del sistema de sistemas incluyendo arreglos de instrumentación, calibración e inter-calibración de instrumentos, referencias globales, arquitectura del sistema y transmisión de datos y métodos que utilizan modelos para producir datos agregados listos en el mercado en el contexto de presupuestos de carbono parciales. Haciendo referencia a la Figura 22 un presupuesto de carbono parcial es un subgrupo de presupuestos de carbono globales que reflejan áreas locales, regionales y por el contrario geográficamente limitadas.
El método y sistema de sistemas utilizan de 1 a cualquier número número de dispositivos necesarios en arreglos espaciales de los dispositivos colocados a través de las áreas de aplicación referidos en la Figura 5 y de acuerdo con límites de punto, locales nacionales y/o de estado y tratados de gas de invernadero como se muestras en las Figuras 23 a 35. El aparato, en una modalidad que representa el fortalecimiento y la operación remota completa, puede colocarse virtualmente en cualquier lugar en el terreno y el cualquier cuerpo de agua, o en o por debajo de cualquier superficie en cualquier espacio o área del planeta tierra. El método y sistema de sistemas proporciona la colocación de dispositivos de acuerdo con la necesidad de la resolución espacial, preferiblemente de un dispositivo por milla cuadrada a un dispositivo por 4 x 5 grados de latitud-longitud o de acuerdo con condiciones ambientales o geológicas específicas en un sitio dado y según determinado por la operación inicial o la prueba del sistema de sistemas para la función óptima para producir resultados comercializables de carbono. Además, ciertas modalidades incluyen entradas de muestreo que representan aire de la columna del suelo, el suelo y/o la superficie (s) de la vegetación y con un perfil vertical que se extiende desde arriba de la superficie a cualquier altura soportada por cualquier estructura que incluye pero no se limita a los troncos o ramas de los árboles, ediciones, torres, y estructuras con una estructura con altura así como incluyendo muestras obtenidas de aviones, balones u otros medios.
Algunas modalidades utilizan una unidad de adquisición y control de datos a base de microprocesador (mostrado como el punto 8 en la Figura 6) capaz de adquirir y almacenar los datos generados por el analizador de gas infrarrojo (IRGA) (mostrado como el punto 4 en la Figura 6) y el analizador de la proporción de isótopo (mostrado como el punto 24 en la Figura 6) .
Inter-Comparación de Calibración e Instrumentos y Protocolos de Referencia Primarios
Como se describió previamente, el análisis de la composición isotópica da como resultado datos que se expresan como porciones, más simplemente manifestados como datos para un estándar desconocido contra uno de referencia. El método de la proporción y los estándares apropiados para ambos isótopos estables y radiogénicos están bien desarrollados pero no se utilizan en el contexto de los requerimientos para la comercialización del carbono. Sin embargo, cuando se utiliza un número de analizadores isotópicos, el aspecto clave de la calibración individual y agrupada y la inter-comparaciones y enlaces a referencias globales se hace difícil y un esfuerzo intensivo en cuanto a tiempo como se describe previamente y como se reconoce por un obstáculo material a la implementación de un sistema de sistemas para soportar la comercialización del carbono y la administración del carbono.
Sin embargo, aún con la llegada de analizadores de flujo continuos a base de láser tales como los descritos en la presente (por ejemplo, láseres isotópicos rellenos de gas y/o láseres de cascada quantum) , el aspecto de calibración de instrumentos individuales y múltiples y las inter-comparación es requerido para obtener datos confiables y verificables para emisiones de carbono que pueden utilizarse para soportar la comercialización del carbono a través de múltiples ubicaciones geográficas. En el caso de la presente, en donde los datos isotópicos se van a utilizar para crear datos de flujo integrados para carbono, con base en analizadores dispersos en diversos lugares, el aspecto de la calibración, inter-calibración es un requerimiento si se quiere realizar una reducción significativa en la incertidumbre de la comercialización del carbono.
Las suposiciones en calibración e ínter-comparaciones lo siguiente:
1) que el 513C asignado del estándar de la celda sellada sea correcto, particularmente cuando se cambia celdas estándar;
2) que las respuestas del analizador no varían sustancialmente entre sí con el tiempo y el espacio;
3) que las muestras respectivas para un analizador o grupo de analizadores datos con el tiempo y el espacio se procesan a un nivel estándar de pureza y pre-acondicionamiento; y
4) que la respuesta del sistema no depende de las diferencias en la fuente del aire con respecto al valor isotópico, al tamaño de la muestra o la velocidad del flujo y la presión.
5) El funcionamiento de los instrumentos individuales se monitorean y se compara con todos los otros instrumentos en un ensamble de instrumentos y que las comparaciones con referencias primarias, que consisten de celdas de referencia adicionales dentro del analizador y/o celdas externas, puedan utilizarse para corregir los aspectos de funcionamiento tales como la desviación de la línea base o la verificación de las señales por arriba del fondo. El uso de las celdas selladas para contener bases de referencia que pueden compararse instantáneamente es una característica importante del sistema de sistemas mediante la proporción de una muy alta precisión y una muy estabilidad sobre periodos operacionales cortos y largos de uso.
Una ventaja del método non-IRMS utilizando aire ambiental de flujo esencialmente de flujo esencialmente continuo con mínimo manejo de gas es la diferencia entre los analizadores y la mayor parte de los aspectos del manejo del gas se reducen o se eliminan. Más allá de esta mejora, otra característica de ciertos sistema de sistemas descrito en la presente es el uso de una variedad de celdas de referencia estándar selladas con composiciones isotópicas conocidas como se muestra en la Figura 12. Tales celdas de referencia selladas de muestran en la Figura 13 (806, 807, 809) como colocadas en un instrumento de tres celdas. En ciertas modalidades, la celda de referencia sellada consiste de un solo cilindro de vidrio (por ejemplo, cuarzo) de aproximadamente 6 cm en longitud y 0.5 cm en el diámetro exterior con tapas finales de seleniuro de zinc (ZnSe) permanentemente sellado para permitir que la luz láser, sin cambiar, pase a través del cilindro. Las celdas de referencia del cilindro de vidrio contienen el mismo gas estándar o de referencia para todos los analizadores. En ciertas modalidades, un gran número de celdas de referencia selladas se rellenan de la misma fuente de aire estándar y se sellan con una antorcha de vidrio u otros medios para permanentemente sellar el cilindro (Figura 12) . Las celdas selladas pueden rellenarse con un gran volumen equilibrado de aire de acuerdo con los protocolos fácilmente conocidos por el experto en la técnica de la fabricación láser C02, tal como el láser LTG, Ontario, CA, los expertos en la técnica de la preparación de gas estándar. La modalidad de la celda sellada descrita en la . presente en la Figura 12 y utilizada en la Figura 13 es única en su utilización con tres sistemas isotópicos (12C, 13C, 14C) y efectivamente reduce la dificultad de las diferencias dentro de las preparaciones de gas estándar utilizadas a través de diferentes laboratorios como se describe previamente y también podría enormemente reducir el ruido y la desviación del instrumento.
El gas de la celda de referencia sellada puede después analizarse a través de números de laboratorios danto como resultado celdas estándar altamente calibradas. Haciendo referencia a la Figura 12 que muestra un esquema de las celdas de referencia selladas que consisten de celdas de referencia del instrumento analizador, celdas de referencia primarias y globales externas y un satélite 609 que lleva las celdas de referencia para 13C02 606, 14C02 608 y una mezcla de 13C02 y 1C02 607. Los estándares de la referencia sellada para 14C02 que comprende un grupo de estándares globales para los cuales otros laboratorios han obtenido datos podría en el intervalo de 100% de la fracción moderna de 14C02 600 a 0.5% de la fracción moderna 601 a 0% de la fracción moderna 602.
Las celdas de referencia selladas para C02 pueden consistir de proporciones del isótopo 13C de -25 por mil 603, -5.00 por mil 604, y +10 por mil 605. Cada celda sellada de referencia primaria o global se hace de tal forma que todas las celdas selladas para una composición isotópica particular son idénticas (610, 611, 612), de esta forma asegurando la comparación entre los analizadores en un ensamble y a través de ensambles siempre que estén localizados. Tales celdas de referencia múltiples podrían configurarse en un arreglo lineal o en cualquier colocación que permita que los espejos efectivamente dirijan el rayo láser a través de todas las celdas ofreciendo la línea base instantánea y la calibración de referencia. El uso de una celda o celdas de referencia selladas permite el cálculo y la precisión de proporciones de isótopos en una forma análoga a la utilizada con los instrumentos IRMS de entrada dobles. Sin embargo, las celdas de referencia selladas como se describe de acuerdo con ciertas modalidades en la presente se utilizan dentro de una estructura de rutinas de calibración e inter-comparación aplicadas según sea apropiado sobre escalas temporales y espaciales de interés.
Haciendo referencia a la Figura 13 se muestra un esquema que utiliza tres celdas láser, 12C 800, 13C 801 y 14C 802. La combinación de los tres láseres requiere un método balanceado para la detección y optimización de cada láser de acuerdo con la entrada y salida de la energía láser, estabilidad y modulación. El sistema de tres celdas es un ejemplo de una modalidad para las tres especies de carbono, sin embargo el sistema de sistemas podría desplegarse con cualquier analizador isotópico para cualquier especie isotópica. Los detalles de la operación del sistema del tres celdas (Figura 13), son provistos a continuación.
Haciendo referencia a la Figura 14 se muestra un esquema para una rutina operacional típica que se codifica en software y que se controla ya sea manualmente o a través de comunicación remota. Después de que se introduce una muestra al sistema se hace una medición para determinar la concentración de C02 total y la presión o, alternativamente, los datos iniciales para cada uno de los isótopos 13C y 14C se adquiere y se captura en el software de control de datos. En el caso en donde cualquiera de la concentración total de C02 o la concentración de las especies isotópicas (13C, 14C) es ya sea demasiado grande o demasiado pequeña en control de software dirigirá las operaciones ya sea para aumentar o disminuir los analitos respectivos como se proporciona en las Figuras 9, 10 y 11. Una vez que se considera el tamaño de la muestra óptimo para la medición puede implementarse en la curva de calibración y/o la comparación con un estándar sellado externo puede llevarse a cabo. Los detalles adicionales sobre el uso de estandarización como se describe en la Figura 14 son provistos a continuación..
Arquitectura del Hardware para el Sistema de
Sistemas
Haciendo referencia a la Figura 15 se proporciona un esquema que muestra los componentes de hardware básicos que consisten un instrumentos base 100, y un instrumento base con celda de referencia sellada y capacidad de telemetría 102, un arreglo de analizadores 103 como en 102, y un arreglo de analizadores en una ubicación dada medir, monitorear, verificar, y contabilizar las emisiones de carbono 104, en parte efectuadas por la comunicación instantánea entre todos los analizadores para asegurar una equivalencia de datos. Una celda de referencia externa adicional que comprende, por ejemplo, un estándar de referencia primario también puede incorporarse en el arreglo de analizadores para proporcionar medios adicionales para asegurar la función del analizador y la equivalencia de los datos de todos los analizadores.
Haciendo referencia a la Figura 16, un arreglo de analizadores en una ubicación dada se muestra con comunicación entre tales analizadores 105, que comunica todos los datos a través de telemetría y otros medios inalámbricos 106 a un receptor, tal como un satélite 107, los datos siendo transmitidos a una estación de datos central o centro de datos para análisis 108.
Haciendo referencia a la Figura 17 se proporciona un esquema que muestra tres arreglos de analizadores geográficamente diferentes 900, en comunicación con un instrumento de celda sellada de referencia externa 901 que permite la comparación instantánea y la corrección de la línea de base y la calibración de los datos a través de medios inalámbricos 904 para cada instrumento en los diferentes arreglos que después pueden comparare con una referencia primaria 902 que está enlazada a estándares internacionales bien conocidos de 13C y 14C tales como el estándar Vienna Peedee belemnite (VPDB) para las proporciones de carbono 13 (Copien et al., 2006) y la Oficina Nacional de Estándares para ácido oxálico (por ejemplo, NBS OxII) para 14C (Scott et al., 2004). En esta modalidad ambas celdas selladas estándar de referencia externa 901 y primaria 902 se basan dentro de la región para servir a cada ensamble. Los datos se transmiten a centros de datos para ser integrados con modelos y utilizarse, por ejemplo, en una modalidad para soportar la comercialización en vivo en intercambios de gas de invernadero 906. En otra modalidad, en los estándares de referencia como celdas selladas pueden alojarse en un satélite 908 habilitado para comparar los valores de referencia para ensambles de instrumentos cuando el satélite pasa sobre la región geográfica en donde se colocan los ensambles a base del territorio. Aún haciendo referencia a la Figura 17 el paso de un satélite específicamente equipado con capacidad para percibir el gas del invernadero 908 sobre una región con un ensamble de analizadores también puede permitir las comparaciones directas de datos para concentraciones de gas de invernadero con base en territorio y percibidas por el satélite 907. En aún otra modalidad haciendo referencia a la Figura 17, tales datos como se reciben/transmiten por un satélite con el propósito de asegurar la verificación de los analizadores basados en el territorio, o con el propósito de percibir las concentraciones de gas de invernadero en la superficie, tales datos pueden instantáneamente recibirse y transmitirse para soportar la actividad de comercialización de intercambio de carbono en vivo 906 a través del planeta con todos los analizadores asegurados como siendo comparables y de esta forma monetizados en una forma que acomoda todos los grupos/intercambios de moneda en la misma forma como ocurre para comercialización de acciones a través de los países y monedas .
Haciendo referencia a la Figura 18 se muestra un esquema en donde un estación de datos 109 utiliza software y/o modelos de cualquier clase que calculan toneladas métricas de carbono o equivalentes de carbono para cualquier ensamble de analizadores o grupo de analizadores 110 y 111 a través de ubicaciones espaciales y de acuerdo con periodos de tiempo especificados y proporciona tales datos a los intercambios de carbono 112, 113 localizados en cualquier lugar de comercialización que puede ser apropiado.
La Figura 19 muestra un resumen de los procedimientos del componente principales del sistema de sistemas para un área geográfica dada 401, un periodo de tiempo dado 402, con instrumentos 400 y datos de muestras medidos por los analizadores 406, grupos o ensambles de analizadores 400 y ensambles de datos 406, protocolos de calibración e inter-calibración compartidos 403, protocolo de referencia globales 404, y estándares de referencia base de satélite externo 405. Todos los datos se transmiten a través de medios inalámbricos u otros medios de telemetría 407 a los centros de datos para manejar e incorporar los datos 408 en uno o más modelos 409 que finalmente se convierten en toneladas métricas de carbono derivado del combustible biogénico o fósil 410. Tales unidades pueden registrarse como créditos de acuerdo con las reglas de un sistema de comercialización dado 411 para la venta de plataformas, de intercambios de comercialización de gas de invernadero apropiados, 412.
La Figura 20A, ilustra los datos de isótopo hipotéticos para las proporciones de 13C/12C y 14C/12C que resultan de cuatro instrumentos en diferentes lugares que cubren cinco puntos en el tiempo. Los datos de los cuatro instrumentos, denotados por símbolos (cuadrados, círculos, círculos con una cruz y triángulos) se muestran en la fig. 20A con líneas sólidas 801 conectando los datos de tendencia similar y las líneas punteadas conectando los datos reconocidos como valores atípicos 802 y 803. Una característica de los protocolos del control de software de acuerdo con ciertas modalidades es reconocer los datos atípicos como se producen en cada instrumento y reconocidos por las curvas de calibración de rutina, los estándares primarios y los estándares externos (ver Figura 14) . De esta forma en la fig. 20A, los datos atípicos por arriba y por debajo de la línea de tendencia (802 y 803) se eliminarían de la corriente de datos correspondiente y el registro de los datos primarios del instrumento, aunque se retienen un archivo apropiado. En algunas modalidades, cada unos de los instrumentos (804, 805, 806, 807) también puede ser referenciado como una celda de referencia primaria externa 809 como se muestra en la Figura 14, o puede compararse con las mediciones a base del espacio satelital que representa un método adicional para verificar los resultados de los datos en tiempo real y proporcionar un punto de datos de referencia global. Haciendo referencia a la fig. 20B, se puede ver además que cuando se aplican programas de calidad y garantía de los datos a cada instrumento 804, 805, 806 y 807 dentro de un arreglo, se puede diseñar un programa de software para consultar cada instrumento contra cualquier otro instrumento 808 (representado por las flechas cruzadas entre cada par de dispositivos) , verificando la función normal y por el contrario eliminando los datos atípicos u otras condiciones durante los cuales los datos ya sea no se recolectan o se registra un mal funcionamiento. Tales controles son esenciales para asegurar la equivalencia de los analizadores que están localizados lejos entre sí y en diferentes entornos (fig. 20C) . De esta forma, de acuerdo con ciertas modalidades, para intervalos definidos sobre el tiempo y el espacio todos los datos atípicos para todos los instrumentos en un arreglo se eliminan del grupo de datos primario, de esta forma produciendo una red o una fábrica de datos con una calidad asegurada. Los datos no de conformación pueden ser un grupo que activa una alarma que significa que el instrumento no está funcionando apropiadamente. Tales protocolos para arreglos de instrumentos son bien conocidos por el experto en la técnica de controles de instrumentos y control de software de tales dispositivos de acuerdo con el grupo de protocolo. Por ejemplo, la National Instrument Company, Austin, Texas (www.ni.com) ofrece Lab View (por ejemplo, Modelo 8.6), como un paquete de software para el control de instrumentos conocido, que permite la adquisición de datos normales, la manipulación y el control interactivo de instrumentos para lograr rutinas completas tales como las descritas anteriormente .
Este protocolo, que puede correrse automáticamente en tiempo real utilizando protocolos de control inalámbricos avanzados como se describe a continuación, representa una rutina de inter-calibración que promueve el exitoso funcionamiento de un sistema de sistemas descrito en la presente. Observar que en la fig. 20C, las ubicaciones de los cuatro instrumentos son tales que cualquier combinación de datos de las ubicaciones puede utilizarse para generar datos agregados y resultados adecuados para la comercialización de carbono. Los datos de ubicación discretos que representan uno o más lugares pueden utilizarse para reducir o expandir los atributos espaciales o rastrear cambios rápidos en un solo lugar dependiendo de otros factores que incluyen las condiciones ambientales. La rutina de inter-calibración puede aplicarse a cualquier número de dispositivos localizados en los arreglos en muchas ubicaciones disparadas alrededor del mundo y redes de comercialización disparadas tales como plataformas de comercialización de carbono EU ETS y RGGI como se hace referencia previamente. Tal red o fábrica de datos después puede integrarse con modelos apropiados para además agregar e interpolar datos para proporcionar flujos de carbono acumulados sobre dominios espaciales y temporales de definidos. De esta forma, el sistema de sistemas, de acuerdo con ciertas modalidades, ofrece rutinas de calibración e inter-calibración auto- eguladora para asegurar la equivalencia de los datos en una forma que no ha sido implementada a la fecha para las formas raras de carbono como se describe en la presente.
Arquitectura del Sistema para la Comunicación y Transmisión de Datos Utilizando SCADA
El término SCADA significa Control de Supervisión y
Adquisición de Datos. Tales sistemas están fácilmente disponibles comercialmente de vendedores tales como Bentek Systems, Inc., Alberta, Canadá (www.scadalink.com). Un sistema SCADA es un sistema de automatización de procedimiento común que se utiliza para obtener datos de sensores e instrumentos localizados en sitios remotos y para transmitir y desplegar estos datos en un sitio central ya sea para propósitos de control o monitoreo. En ciertas modalidades, haciendo referencia a la Figura 21, se utiliza un sistema SCADA para controlar y monitorear datos isotópicos que resultan de analizadores isotópicos 901 como se describe en la presente. Los datos recolectados usualmente se visualizan en una o más computadores centrales SCADA maestras 902 localizadas en el sitio central o maestro con opciones para computadoras centrales intermedias 903 tales como áreas regionales que pueden utilizar redes ampliamente separadas de monitores isotópicos. Un sistema SCADA mundial real puede monitorear y controlar cientos de miles de puntos de entrada/salida (I/O). Una aplicación SCADA típica para un sistema de sistemas como se describe en la presente sería para monitorear dispositivos que producen composiciones isotópicas para proporciones de isótopo 13C y 14C; calibración y transmisión de datos para uno o más dispositivos en una red dada y para todas las redes . Las varias características del software y hardware de los dispositivos individuales y la comunicación dentro de la red de dispositivos están controlada mediante el uso de ambas señales análogas y digitales .
En al menos algunas modalidades que utilizan sitios remotos y/o grupos diferentes de sitios, otra capa de equipo entre los sensores remotos y los instrumentos y la computadora central se utiliza. Este equipo intermediario existe en el lado remoto y que se conecta a los sensores y a los instrumentos de campo. Los sensores del dispositivo típicamente tendrán 1/0 digitales o análogas y estas señales no están en la forma que puedan fácilmente comunicarse a través de largas distancias. El equipo intermediario se utiliza para digitalizar y después empacar las señales de sensor de tal forma que puedan transmitirse digitalmente a través de un protocolo de comunicaciones industrial sobre largas distancias hacia el sitio central. El equipo típico, bien conocido por el experto en la técnica de SCADA, que maneja esta función son PLC (Controladores de Lógica Programables) y RTU (Unidades Terminales Remotas) comúnmente alojadas en la misma caja del instrumento o RTU 901. En ciertas modalidades, los analizadores isotópicos se extienden a través de uno o más territorios que se clasificarán como RTU 901 equipados con PLC. El RTU y PLC se equipan con el dispositivo de comunicación SCADA apropiado 904. Uno de tales dispositivos SCADA común en la industria y bien conocido por el experto en la técnica de los dispositivos de comunicación SCADA es el SCADALink 900 -MB RTU/modem por radio que habilita los sistemas de comunicación SCADA de punto-multi-punto remotos de área amplia vendidos por Bentek Systems, Inc., of Alberta, Canadá. Estos dispositivos utilizan protocolos de comunicación de datos industriales estándar facto tales como Modbus, AB-DF1, y DNP3.0 para transmitir los datos de sensor, todos bien conocidos por el experto en la técnica de protocolos de comunicación. Los estándares de la interface física típica son el modem Bel 202, RS-485 & RS-232, también conocidos por los expertos en la técnica de estándares de interface .
Típicamente un sistema SCADA consiste de cuatro elementos principales :
1. Unidad Terminal Maestra (MTU) 902
2. Unidad Terminal Remota (RTU) 901
3. Equipo de Comunicación 904
4. Software SCADA
La Unidad Terminal Maestra 902 usualmente se define como el maestro o corazón de un sistema SCADA y se localiza en la instalación del control central del operador. En la modalidad ilustrada MTU representa el centro de control de operaciones primario que monitorea, controla, recibe y procesa los datos que se producen a través de los analizadores isotópicos. MTU inicia virtualmente toda la comunicación con sitios remotos y las interfaces con un operador. Los datos de los dispositivos de campo remotos (datos de concentración de 13C, 14C, C02, rutinas de calibración, condiciones de alarma, etc.), se envían al MTU a ser procesados, almacenados y/o enviados a otros sistemas. Por ejemplo, en el caso de la presente, el MTU puede puede enviar los datos a plataformas de comercialización de carbono regionales en cualquier lugar en el planeta.
Como se explicó anteriormente, la Unidad Terminal Remota 901 usualmente se define como un satélite de comunicaciones o nodo dentro del sistema SCADA y se localiza en el sitio remoto; en el caso de representar analizadores isotópicos individuales a través del territorio. El RTU obtiene los datos de cada uno de los dispositivos de campo en la memoria hasta que el MTU 902 inicia un comando de envío tal como un comando para transmitir datos isotópicos para un periodo de tiempo dado desde uno o más analizadores isotópicos de campo 901 o uno o más sitios de recolección de datos intermedios 903. En una modalidad, los analizadores isotópicos pueden equiparse con microcomputadoras y controladores de lógica programable (PLC) que pueden llevar a cabo funciones en un sitio remoto sin ninguna dirección del MTU y se consideran en la presente como parte del RTU 901. Además, PLC puede ser modular y expandible con el propósito de medir, monitorear y controlar los dispositivos de campo adicionales. De esta forma, en el caso de la presente, en una modalidad, un ensamble regional de muchos RTU 901 se equipará con PLC para específicamente medir y monitorear la calibración, inter-calibración, rutinas de referencia y también permitir las funciones de control, reportes de condición de sitio, capacidad re-programación y funciones de alarma para uno o más analizadores isotópicos. Dentro del RTU 901 está la unidad de procesamiento central (CPU) que recibe una corriente de datos del protocolo que el equipo de comunicación utiliza. El protocolo puede estar abierto tal como Modbus, el Protocolo de Control de Transmisión y el Protocolo de Internet (TCP/IP) o un protocolo cerrado propietario; todos los protocolos antes mencionados son bien conocidos por el experto en la técnica de protocolos de transmisión de datos. Cuando el RTU 901 ve su nodo conducido embebido en el protocolo, los datos se interpretan y el CPU dirige la acción a tomar especificada. Todas las funciones, de esta forma, pueden llevarse a cabo desde uno o más sitios maestros que controlan cualquier número de analizadores isotópicos
En varias modalidades, la forma en que la red del sistema SCADA o la topología se configura puede variar, pero cada sistema se basa en comunicaciones direccionales , no interrumpidas entre el MTU y el RTU. Esto puede lograrse en varias formas, por ejemplo, líneas cableadas privadas, cable enterrado, teléfonos, radios, módems, platos de microondas, inalámbrico/celular 905, satélites 906, u otros medios atmosféricos, y muchas veces, los sistemas utilizan más de un medio de comunicación con el sitio remoto. Esto puede incluir líneas telefónicas de grado de voz de marcación o dedicadas, DSL (Línea de Suscriptor Digital) , Red Digital de Servicio Integrado (ISDN), cable, fibras ópticas, Wi-Fi, u otros servicios de banda amplia. Un sistema de sistemas como se describe en la presente puede hacer uso de todos los sistemas de comunicación que cubren sitios locales, regionales y remotos como es bien conocido por el experto en la técnica de los sistemas SCADA.
Un sistema SCADA típico proporciona una Interface de Máquina Humana (HMI) 907 que permite al operador visualizar las funciones cuando el sistema está operando. Por consiguiente, en la presente descripción, la visualización puede incluir, sin limitación, las superficies de contorno del flujo de carbono, las rutinas de calibración e ínter-calibración, o los datos de flujo de carbono simples en toneladas métricas de carbono atribuidas a cualquier fuente biogénica o industrial para un arreglo dado de dispositivos sobre un periodo de tiempo dado. En ciertas modalidades, el operador también puede utilizar el HMI para cambiar el grupo de puntos, ver alertas de condiciones críticas y advertencias, y analizar, y archivar o presentar las desviaciones de los datos. Desde la llegada de Windows NT, el software HMI puede instalarse en el hardware de la PC como una representación confiable del sistema real en el trabajo. Los paquetes de software HMI comunes incluyen Cimplicity (GE-Fanuc) , RSView (Rockwell Automation) , IFIX ( Intellution) e InTouch (Wonderware) . La mayor parte de estos paquetes de software utilizan herramientas de manipulación/presentación de datos estándar para reportar y archivar datos e integrarse bien con Microsoft Excel, Access y Word. La tecnología a base de la Web también es bien aceptada. Los datos recolectados por el sistema SCADA pueden enviarse a servidores Web que dinámicamente generan páginas HTML. Estas páginas después se envían a un sistema LAN en el sitio del operador o se publican en el Internet. En la modalidad ilustrada, los datos después de ser recibidos por MTU 902 se utilizarán para generar datos de flujo de carbono compatibles para utilizarse en una o más plataformas de intercambio de carbono 915.
En resumen, haciendo referencia a la Figura 21, se coloca un número de analizadores isotópicos en el campo en dos ubicaciones separadas 908, 909, todos utilizando una arquitectura de instrumentos que soportan PLC dentro del alojamiento del instrumento RTU 901. En una modalidad, cada ubicación discreta con un RTU se equipa con un comunicador SCADA 904. En otra modalidad, los RTU están tan cerca cerca que pueden cablearse entre sí 910 utilizando una sola unidad de SCADA para las comunicaciones. En aún otra modalidad, las computadoras portátiles 911 dentro de una red dada también pueden monitorear datos a través de medios inalámbricos u otros. En otra modalidad, en donde está involucrada la comunicación inalámbrica, una unidad repetidora 902 disponible de Bentek Systems, Alberta, Canadá, y modelo SCADALink SMX-900, puede estar involucrada para reforzar la señal para la transmisión final al MTU 902. En otra modalidad, un MTU 903 intermediario se utiliza para capturar datos antes de la transmisión al MTU 902 primario. En otra modalidad, una unidad de comunicación SCADA energizada solarmente 913 puede utilizarse en áreas remotas con conectividad eléctrica limitada, utilizando por ejemplo, el Enlace SCADA Solar, disponible de Bentek Systems, Alberta, y Canadá. Las comunicaciones de los datos pueden efectuarse a través de sistemas de transmisión inalámbricos 905 o satélite 906. Los datos se reciben a través MTU 902 primario y se convierten en una variedad de despliegues, incluyendo pero no limitándose a superficies del contorno para flujos de carbono, mapas, gráficas y visualizaciones tridimensionales dentro de la ínterface de máquina humana, HMI , 907. Los productos de datos apropiados que resultan del uso de cálculos matemáticas y modelos finalmente producen datos de flujos de carbono en toneladas métricas, especificando ambos componentes biogénicos y antropogénicos/industriales como fuentes o depósitos de un dominio espacial o temporal dato. Tales datos se codifican 914 y se transmiten a intercambios de carbono 915. Los datos se almacenan automáticamente dentro de una variedad de bases de datos en el sitio o fuera del sitio 916.
Modelo de Agregación de Datos Isotópicos Espaciales y Temporales
Los datos para las composiciones isotópicas de 13C y 14C junto con los datos para concentración de C02 proporcionan la entrada para una variedad de modelos, en el intervalo de modelos de carbono de tierra discretos a modelos agrícolas a aquellos que cubren escalas mayores, de sitios locales a regiones a continentes para modelos globales. La interacción entre la densidad de los sitios de medición isotópicos, las condiciones meteorológicas locales, el periodo de tiempo de las mediciones y las bases mecanísticas de los modelos mismos se consideran cuando se utilizan modelos para derivar datos de flujos de carbono que pueden utilizarse para propósitos de comercialización así cuando se designan sitios de muestreo y arreglos de dispositivos de medición. De acuerdo con ciertas modalidades, los modelos se utilizan para interpolar datos obtenidos de arreglos espaciales y temporales de dispositivos de mediciones isotópicos que resultan en datos de flujo integrados en toneladas métricas de carbono, para el área y/o procedimiento que se está midiendo. En cada caso, el flujo de carbono para un dominio espacial o temporal discreto representa un presupuesto de carbono parcial en el contexto del presupuesto de carbono global. La comercialización del carbono, en la naturaleza, consiste de presupuestos de carbono parciales y debe caracterizarse como incertidumbre aceptable y energía predictiva. De esta forma, un sistema de sistemas de acuerdo con ciertas modalidades descrita de esta forma hasta ahora comprende las metodologías y dominios espacial y temporal asociados para diseñar una amplia variedad de presupuestos de carbono parciales que pueden utilizarse para soportar la comercialización del carbono y finalmente para soportar un entendimiento detallado del presupuesto de carbono global mismo.
Los ejemplos de áreas específicas y/o procesos para los cuales los datos de flujo integrados serán útiles para la comercialización del carbono se ilustran en las Figuras 22 a 35. En cada caso, puede utilizarse un modelo específico, por ejemplo, con base en un trabajo publicado, para demostrar la eficacia para una aplicación dada. Los modelos de carbono relevantes incluyen modelos de tierra publicados por Zobitz et al., 2008; modelos de intercambio forestal publicados Urbanski et al., 2007 y Sott et al., 2004; modelos de intercambio regional publicados por Lloyd et al., 2001, Levin et al., 2003 y Lai et al., 2006; modelos del ciclo de carbono agrícola publicados por West and Marland, 2002; modelos de emisión de combustible de fósil regional publicados por Kosovic et al., 2008; modelos de ciclo de carbono oceánico publicado por Matsumoto et al., 2004; modelos de secuestro de carbono geológico publicados por Venteris et al., 2006; y modelos a escala continental publicados por Peters et al., 2007. Aunque las publicaciones de modelos antes mencionadas son ilustrativas, la literatura académica contiene muchos modelos en las áreas descritas y otros adecuados para el tratamiento de datos para producir flujos de material, reportados en toneladas métricas, que pueden utilizarse para intercambios de carbono según unidades de carbono verificadas. Cada ensamble de analizadores puede requerir una combinación específica de modelos para producir los resultados requeridos y de esta forma representa una función de integración del modelo propietario para una variedad de modalidades del sistema de sistemas.
Una visión general del sistema de sistemas descritos se ilustra en las Figuras 22A-22B que proporcionan estructuras de escalas variables, en el intervalo de presupuestos globales 400 a presupuestos de tierra discretos 403 en domino terrestre 408 o presupuestos de carbono marino discretos 405 en el dominio oceánico 407. Las flechas con dos puntas significan el flujo de carbono en ambas direcciones, positivo significando emitido de la atmósfera y hacia abajo por flujo negativo significa secuestrado. Las flechas dobles, sólidas se refieren a carbono fósil/industrial y la fechas punteadas se refieren a carbono natural, biogénico, mostrando el resultado final del sistema de sistemas ilustrado, es decir, un carbono doble que representa los componentes de carbono primario en la atmósfera. Haciendo referencia a las Figuras 22A-22B, todos los cuadros mostrados representan presupuestos interrelacionados enfocados en componentes del ciclo de carbono, ambos antropogénicos/industrial 409 y natural 407, 408. El elemento del modelo común para un presupuesto de carbono parcial preciso es el transporte atmosférico 406. El transporte atmosférico en ambos planos vertical y horizontal puede moverse rápidamente y mezclar las emisiones a través de grandes escalas espaciales durante cortos periodos de tiempo. Tal conversión del historial del movimiento y la dispersión final de las emisiones de carbono será útil en niveles estatales y regionales para manejar y monetizar emisiones de carbono como se explica por Riley et al., 2008.
Un presupuesto parcial, en las modalidades de esfuerzos a gran escala tales como escalas regionales y continentales, involucran la colocación de una "caja invisible" o volumen de control sobre el área de monitoreo, y rastreo del movimiento todo el aire a través de los límites y las concentraciones de los isótopos y dióxido de carbono tan precisamente como sea posible. El uso de datos meteorológicos con alta resolución en tiempo y espacio puede adaptarse para el uso del modelo. Junto con los datos isotópicos de un arreglo de dispositivos, esto puede utilizarse para calcular flujos a gran escala. Tal método se reporta por Kosovic, 2008, y es bien conocido por el experto en la técnica de modelos de transporte atmosférico. La densidad de los puntos de medición a través del territorio variará de acuerdo con la heterogeneidad del entorno, la topografía, el criterio del diseño y la resolución deseada y la precisión y es óptimamente configurado de acuerdo con la configuración de prueba inicial del sistema de sistemas.
Un ejemplo de un método del modelo bien adecuado para un sistema de sistemas como se describe en la presente ha sido reportado por Riley et al., 2008. En este estudio, el análisis de las muestra de hojas para contenido de 14C y por lo tanto las emisiones de combustible fósil se utilizaron para estimar 1C atmosférico de nuevo demostrando la medición directa de 14C en la atmósfera no es factible con la tecnología actual. El estudio de MM5 acoplado, y en los modelos de rastreo LSM1 para inferir emisiones de C02 y los movimientos en el estado de California con base en el C de datos de planta. El modelo MM5 basado en el trabajo de Grell et al. (1995) comprendió un terreno no hidrostático seguido por un modelo meteorológico de mesoescala coordinado sigma típicamente utilizado en el pronóstico del tiempo y en estudios de dinámicos atmosféricos, superficie y acoplamiento de la atmósfera y dispersión de contaminantes. El modelo ha sido aplicado en muchos estudios sobre una variedad de terrenos, incluyendo áreas de topografía compleja y cubiertas de tierra heterogénea. Los paquetes físicos utilizados para las simulaciones pueden encontrarse en Riley et al. (2008) y son bien conocidos por el experto en la técnica de modelos de transporte atmosféricos.
El modelo LSM1 utilizando en el estudio de Riley et al. (2008) se diseñó tomando en cuenta a Bonan (1996) y es un modelo de superficie territorial "de hoja grande" que estimula C02, H20, y flujos de energía entre los ecosistemas y la atmósfera. Los modelos se incluyeron por Riley et al. (2008) , que estimulan flujos de radiación, momento, calor sensible, y calor latente; energía por debajo de la tierra y flujos de agua, e intercambio de C02 y H20 acoplados entre el suelo, plantas y la atmósfera. Veintiocho tipos de superficie territorial, que comprenden cubiertas fracciónales variables de 13 tipos de plantas, se estimularon en el modelo como se reporta por Riley et al. (2008). Riley reporta que la integración de dos modelos M5 y LSM1 ha sido probada y se encontró que se pronostica precisamente los flujos deseados.
Riley et al. (2008) utilizó un procedimiento de inicialización estándar para MM5 v3.5, que aplica la primera aproximación y la condición limítrofe de los campos interpolados del Centro Nacional para Predicción Ambiental (NCEP) NOAA para reanalizar los datos en la cuadrícula computacional exterior. El modelo se corrió con un solo dominio con resolución horizontal de 36 km y 18 capa sigma verticales entre la superficie y 5000 Pa; el paso del tiempo utilizando fue 108 s, y la salida se generó cada dos horas. La salida del modelo de dos horas se utilizó en los análisis siguientes integrando y promediando los periodos sobre horas, temporadas, o anuales. Un mapa de flujo integrado que resulta del trabajo de Riley et al. (2008) se muestra en la Figura 22B, como un método del modelo ilustrativo y fácilmente disponible para utilizarse con un sistema de sistemas que ofrece datos de flujo integrados que varían a escalas temporales y espaciales. El contorno tridimensional del flujo se determinó como una resolución del modelo de 36 quilómetros cuadrados, debidamente representativo de una modalidad para un arreglo de analizadores isotópicos.
Haciendo referencia la Figura 22A, y el reconocimiento de cada uno de los presupuestos parciales mostrados puede tratarse en una forma similar al reportado por Riley et al. (2008), el presupuesto parcial 401, está comprendido de presupuestos parciales 409, 402, y 403, en el ejemplo simple utilizado. El sistema de sistemas descrito de acuerdo con ciertas modalidades en la presente es el único método conocido a la fecha que permite la determinación de presupuestos parciales anidados que pueden integrarse en presupuestos grandes y más grandes con base en datos de flujos de alta precisión en tiempo real para ambas emisiones biogénicas y antropogénicas/industriales. Después del ejemplo del presupuesto parcial previo, los presupuestos parciales 401 y 408 que representan el domino terrestre y los presupuestos parciales 404, 405 y 407 que representan el dominio oceánico están en balance material con GB 400 sobre un periodo dado de tiempo y finalmente representan aire completamente mezclado de todos presupuestos parciales. De esa forma, el presupuesto global simplificado y los presupuestos parciales ilustrados en las Figuras 22A-22B muestran que un sistema de sistemas como se describe en la presente ofrecen medios para cuantificar flujo de carbono a través de varias escalas de tiempo y espacio que son compatibles con los requerimientos para intercambios de carbono que representan ubicaciones variadas y discretas y dinámicos en el presupuesto de carbono.
De nuevo haciendo referencia a la Figura 22B, los grupos de datos que representan mediciones discretas en tiempo y espacio pueden convertirse en volúmenes molares de carbono emitido, reducido o secuestrado. Los datos del modelo pueden procesarse para cubrir el flujo de carbono de ciudades principales, por ejemplo, áreas agrícolas, áreas desiertas y áreas residenciales, todos representando presupuestos parciales. El grupo completo de presupuestos parciales, para un área geográfica dada después puede utilizarse para ensamblar un presupuesto de carbono, por ejemplo, para un estado completo. Dado que cada uno de los presupuestos parciales puede expresarse en toneladas métricas de carbono ya sea emitido, reducido o secuestrado, tales datos pueden directamente utilizarse para identificas créditos de carbono para comercialización (por ejemplo, créditos de carbono que representan reducciones de carbono o carbono evadido por secuestro) . El procedimiento para registrar créditos con intercambios de carbono, tales como el intercambio de clima de Chicago o el Esquema de Comercialización de Emisiones de la Unión Europea es bien conocido por experto en la técnica de registro y venta de créditos de carbono. El procedimiento en resumen involucra identificar dominios aceptables para comercialización de carbono tales como agrícola, gas de basurero, actividades forestales, etc. Un proyecto que cumple con el criterio del dominio presenta una solicitud para el intercambio que involucra una serie de documentos que describen en detalle el proyecto, la ubicación el método de monitoreo. Una vez aprobado, el proyecto establece una condición de línea base y después inicia el proyecto. El monitoreo se lleva a cabo con base en un método de sistema de sistemas como se describe en la presente. Los periodos de tiempo de monitoreo se reportan y posteriormente se verifican y certifican por el intercambio, después de lo cual los créditos se registran en el intercambio y se enlistan para la venta .
Sin embargo, los métodos de medición, monitoreo y verificación para comercialización de carbono a la fecha han sido pobremente desarrollados y carecen de una metodología unificada. En contraste, de acuerdo con ciertas modalidades de la presente, los datos del Estado de California, por ejemplo, consistirán de:
Unidades de 14C (toneladas métricas) : reducido + secuestrado - emitido
Unidades de 13C (toneladas métricas) : secuestrado -emitido
De esta forma, por primera vez, los datos para la comercialización del carbono pueden definirse de acuerdo con los componentes fósiles y biogénicos, así como proporcionar datos para rastrear la administración de los flujos de carbono debido a la acción de la política. Los datos también pueden revelar los componentes de origen con mayor detalle, y evaluar la función del ecosistema en algunos casos, como se muestra en la Figura 2. De esta forma, un sistema de sistemas de acuerdo con ciertas modalidades integra emisiones naturales y fósiles, así como identifica los componentes de origen y las funciones de ecosistema.
Un sistema de sistemas de acuerdo con ciertas modalidades en la presente ofrece un nuevo método que utiliza la contabilidad doble de flujos de carbono biogénico y fósiles para crear créditos de carbono significativos que pueden cotizarse y evaluarse con base en datos científicos que están directamente enlazados a emisiones de carbono a través de los entornos humanos y naturales en donde viven.
Operación General del Analizador del Sistema de
Sistemas
En algunas modalidades del método y sistema de sistemas, la medición de la concentración de las especies y las proporciones de isótopos de las especies (por ejemplo, concentración de dióxido de carbono y proporciones de isótopo de carbono) de una mezcla de gas, tal como el aire de cualquier fuente como se muestra en la Figura 6, se lleva a cabo, los datos apropiados se escriben en la memoria en el dispositivo y después se transmiten a un ubicación central como se muestra en las Figuras 16, 17 y 18. Con referencia a la Figura 6, el sistema opera como sigue. La muestra de gas se captura a través de un tubo de entrada de gas 2 en sistema. En modalidades adicionales, el tubo de entrada 2 puede conectarse a una cámara de combustión para proporcionar una muestra gaseosa de un sólido. Tal cámara de combustión puede formarse utilizando un elemento de calentamiento termoeléctrico en una cámara que controla la muestra o puede utilizar una cámara de combustión convencional utilizada en espectrómetro de masa.
La muestra de gas se impulsa dentro y a través del sistema a través de la operación de la bomba 30. Inicialmente , se conduce una medición de la concentración total de los gases en cuestión. En una modalidad para medir los isótopos de carbono, IRGA 4 proporciona la concentración de C02 total de la muestra de entrada sin la necesidad de pre-procesamiento o acondicionamiento. En modalidades adicionales dirigidas a entornos ásperos, una unidad de pre-acondicionamiento puede agregarse para remover la unidad, el polvo, etc. Esto puede lograrse, por ejemplo, a través de unidades de filtro que utilizan membranas selectivas para eliminar constituyentes indeseados como se conoce en la técnica o utilizando barredores químicos como se conoce en la técnica .
El sistema después pasa los gases constituyentes a una o más unidades de pre-acondicionamiento opcionales para remover ciertos gases constituyentes y para concentrar el gas o gases de interés. Por ejemplo, en algunas modalidades para determinar la concentración de isótopos de carbono, el analizador de la proporción de isótopos 24 es capaz de proporcionar las proporciones de isótopos de carbono, pero se somete a interferencia de oxígeno dentro de la muestra. Por consiguiente en la modalidad previamente explicada (como se describe en las Figuras 7, 8 y 9), la unidad de acondicionamiento de muestra 18 se utiliza para al menos eliminar el oxígeno del gas de muestra antes de que entre al analizador de la proporción de isótopo 24. La precisión de la medición provista por el analizador de la proporción de isótopo 24 además puede mejorarse aumentando la concentración de las especies deseadas dentro de la muestra. En algunas modalidades dirigidas a la detección de CO2, la concentración se aumenta en 1% o más en volumen. Además, la precisión puede mejorarse suministrando un portador inerte dentro de la corriente de muestra. De nuevo, con referencia a ciertas unidades de C02, la muestra que contiene 1% de C02, se mezcla con nitrógeno puro u otro gas portador inerte no de interferencia. Por consiguiente, las mediciones de la proporción de isótopo provistas por el analizador de la proporción de isótopo 24, representan el ejemplo de tres celdas láser de 12C, 13C y 14C, que pueden mejorarse a través de una unidad de acondicionamiento de muestra 18 mediante la concentración de la especie o especies particulares en la muestra del gas en cuestión y mezclándolo o mezclándolos con un gas portador.
La muestra de entrada después se pasa a uno o más analizadores de isótopo para detectar los varios isótopos de los gases en cuestión en la muestra. El analizador de la proporción del isótopo puede utilizar cualquier dispositivo para medir la composición isotópica de un gas, pero en algunas modalidades, el sistema utiliza un dispositivo compacto, de bajo poder, baja masa. Para un sistema que mide los isótopos de carbono, un analizador de isótopo de carbono 13 se enseña en la Patente de E. U. A. No. 5,394,236. En modalidades adicionales, por ejemplo una modalidad para detectar el carbono 14, el sistema utiliza una energía emisora de fuente de luz coherente para resonar selectivamente el gas en cuestión deseado. Por ejemplo, la medición del carbono isotópico 14 podría utilizar un láser isotópico de 14C02 para radiar la muestra y una celda de referencia estándar conocida que contiene el gas en cuestión, aquí el carbono 14. Las mediciones de la proporción puede de esta forma conducirse en una forma como se enseña en la Patente de E. U. A. No. 5,394,236, cuyas enseñanza se incorporan aquí por referencia. En los casos en donde se analizan ambos, 13C y 14C, ambos deben normalizarse a 12C, la forma más abundante de carbono. Una vez que el análisis se completa, los gases de la muestra se evacúan del sistema en el entorno, típicamente en la dirección lejos del área de entrada.
Las variaciones del sistema básico están disponibles. Por ejemplo, una expansión sobre el sistema básico es posible, combinando un número de bloques de construcción básicos en una sola unidad para detectar especies e isótopos adicionales. En este caso, un número de analizadores de la proporción de isótopo 24 se utiliza. Cada analizador 24 detectaría la presencia de una especie isotópica en la muestra. Debido a que el sistema no consume la muestra durante la detección, es posible secuencialmente configurar un número de detectores para recibir la muestra con el tiempo. Cada analizador de la proporción 24 podría opcionalmente incluir una unidad de pre-acondicionamiento para acondicionar la muestra antes de las mediciones isotópicas. En estas configuraciones en serie, se debe tener cuidado de asegurar que las unidades de pre-acondicionamiento no remuevan los gases en cuestión deseados antes del análisis. Una arquitectura alternativa es utilizar un divisor para enviar una porción de la muestra a cada analizador en paralelo de esta forma permitiendo que los analizadores de la proporción operen independientemente. En cualquier configuración, cada analizador podría operarse selectivamente (es decir, solamente medir ciertas muestras isotópicas en ciertos tiempos para reducir el consumo de energía) .
En ciertas modalidades, el sistema se diseña para operar en ubicaciones remotas, y/o para medir y monitorear condiciones externas adicionales, por ejemplo, temperatura, humedad, dirección del viento, tiempo, condiciones del clima general, etc.), a través de sensores convencionales montados externamente al sistema. La unidad completa está bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8.
Analizador de 13C02 y 14C02 Combinado
Una breve introducción de las especies isotópicas y el índice de datos para C02 se presentan en la Tabla 1 siguiente. Las definiciones y estimados de la velocidad de los datos para la tecnología actual y para una modalidad de la tecnología descrita en la presente son provistos ilustrando la falta de datos isotópicos que resultan de tecnología de espectrometría de masa de proporción de isótopo tradicional (IRMS) , y la promesa de un índice de datos más aumentado utilizado una modalidad de las enseñanzas descritas en la presente, la Plataforma de Monitoreo Global (GMP) .
TABLA 1: ESPECIES PARA LA DESCONVOLUCION DE FUENTES DE C02 FOSIL Y NATURAL
SIMBOLO DEFINICION Y PRECISION TECNOLOGIA/VELOCIDAD DE
USO DESEADA DATOS
T La proporción 0.1 ppm LI-COR/ LI-COR- del mezclado analizador GMP/continuo del volumen de de gas
C02 expresado en infrarroj o
ppm y una continuo,
escala de Li-COR.
fracción de Inc .
moles W O
d 13c La desviación < 0.1% IRMS/500 GMP/500, 000
por milla de la año"1 año"1 proporción de (programa
13C/12C del de
estándar muestreo
primario VPDB y de matraz
en la escala NOAA)
Viena-PDB
(Copien et al . ,
1995; Allison
et al . 1995) .
d 14c La desviación < 2% AMS/500 GMP/500, 000
por milla de la año"1 año"1 proporción de (programa
14C/12C del de
valor muestreo
estandarizado de matraz
de la atmósfera NOAA)
pre-bomba en
1950 (Stuiver y
Polach 1977)
Las formas raras de dióxido de carbono utilizadas en la presente incluyen 13C1602 y 14C1602. El método multi-isotópico utilizado en la presente también puede aplicarse a todos isotopólogos de C02 incluyendo 12C180160, 13C160180, 12C1702, 12C1802, 13C1802, 14C1802 (Freed 1995, Bradley et al . , 1986). Aunque el C02 atmosférico se utiliza como un ejemplo en la presente, cualquier gas que pueda generarse y medirse de cualquier fuente es aplicable (Figura 5), por ejemplo, gases del suelo, gases generados en espacio cerrados, cámaras experimentales, y aparatos experimentales u otras superficies planetarias. Algunos de estos casos pueden incluir, pero no se limitan a: metano, óxido nitroso, oxígeno molecular, hidrógeno y nitrógeno, vapor de agua y monóxido de carbono.
De acuerdo con ciertas modalidades, el analizador
GMP, haciendo referencia a la Figura 4, se utiliza, incluyendo los siguientes componentes principales: tres láser de gas C02 isotópicos sintonizados en longitud de onda 501, 502, 503; suministros de energía RF 510; celda (s) de calibración de C02 507; una celda de muestra de aire 508; hardware para el manejo de gas de bajo flujo y baja presión 511; sensores de diagnóstico y control 514; componentes de trampa y secado de la preparación de muestra 511; un analizador de señal de multi-canal; y una computadora y software de control 515. En la modalidad ilustrada, los tres láseres isotópicos sintonizados de longitud de onda consisten de láseres 13C 501, 12C 502 y 14C 503. Sin embargo, se puede utilizar cualquier otro láser isotópico sintonizado de longitud de onda para cualquiera de los isotopómeros de C02 o para cualquier otro gas de invernadero relevante tal como N20 y CH4.
El instrumento puede empacarse como un sistema láser de la clase 1 para los requerimientos del Centro de Administración de Alimentos y Fármacos (FDA) de Dispositivos y Salud Radiológica (CDRH) para cubrir el uso de gas 14C02 utilizado para el láser 14C02 aún cuando la cantidad de radiación contenida en la cavidad del láser es menor que la de la radiación 14C de fondo. El instrumento es incluir una metodología de referencia, por ejemplo, una o más celdas de gas de referencia, para permitir las mutaciones de detección a ser calibradas y correlacionadas entre múltiples unidades independientes de su ubicación física. En ciertas modalidades, las celdas de referencia externas y basadas en satélite y las capacidades de las comunicaciones para reportar datos isotópicos y diagnosticar la información a una ubicación central se incorporan en el producto integrado.
En ciertas modalidades, un analizador GMP mide la composición isotópica de C02 en la atmósfera con base en la interacción de la energía láser específica de longitud de onda dentro un volumen de plasma ionizado. Haciendo referencia a la Figura 13, esto se logra en una modalidad que utiliza el efecto optogalvánico mediante la inducción de un cambio en la impedancia del medio de plasma a través de un efecto optogalvánico (OGE) . El cambio de impedancia, detectado con un cambio de voltaje, puede correlacionarse con las concentraciones isotópicas específicas con relación a las longitudes de onda específicas de los rayos de excitación. En el caso del analizador GMP, los láseres de gas 12C02, 13C02 y 1C02 permiten la detección precisa de las concentraciones isotópicas de 12C02, 13C02 y 14C02 y sus proporciones cuando las longitudes de onda se sintonizan a longitudes de onda apropiadas .
De nuevo haciendo referencia a la Figura 13, de acuerdo con ciertas modalidades, la configuración básica de la unidad GMP consiste de láseres isotópicos, tales como 12C 800, 13C 801 y 1C 802, que imitan, MI a M7 , un seccionador para modular el láser de 14C 810, tres osciladores RF para la excitación y un tablero de circuitos para la detección y tableros amplificadores diferenciales 803, 804, 805 contenidos dentro de las unidades láser 800, 801 y 802, las celdas de referencia estándar optogalvánicas (OGE) 806, 807, 809, una celda de muestra de gas fluyente OGE 808 con 4 ventanas de ZnSe permitiendo que los rayos láser de 12C, 13C y 14C interactúen con los gases de muestra, hardware para el secado y manejo del gas de muestra que consisten de un controlador de flujo de masa 811, un filtro Nafion 820, un tanque de gas nitrógeno seco o generador de nitrógeno 832, sensores de presión 813, 814 y una bomba seca 823 a partir de la cual la muestra sale después del análisis ya sea en un modo de flujo o en un modo de lotes, un analizador de gas residual 812, gases estándar para utilizarse en la celda de flujo 831, 824, una válvula de conmutación mecánica de cuatro puerto 819, válvulas de flujo individual 816, 817, 818, barredor de oxígeno 821, un filtro en partículas 822, una válvula de múltiple de gas de intercambio automatizado 825, puertos de entrada de muestra 826, y piezo-circuito para centrar el rayo se utiliza en los tres láseres que conducen a un controlador de piezo-circuito maestro 827, un tablero de adquisición de datos (DAQ) 828, un módulo de computadora (CPU) 829 y un sistema de telemetría y antena 830 y una fuente de energía 833.
El sistema de tres celdas referido en la Figura 13 proporciona que los tres rayos láser adecuadamente desalineados con relación entre sí para evitar la propagación de retro-reflexiones desde los elementos ópticos de salida láser secundarios de regreso a la cavidad láser primaria. Esto evita inestabilidad en las salidas de láser. Aunque muchas modalidades del sistema de sistemas descritos en la presente se utilizan para la medición simultánea de las formas raras de carbono, el dispositivo también puede servir como una plataforma para hospedar sensores relacionados. Los pequeños y ligeros sensores tales como los de monóxido de carbono, radón, metano y otros gases de rastreo además pueden refinar los componentes de fuente y depósitos para presupuestos de carbono regionales . El monóxido de carbono es un componente clave de escape de automóviles (por ejemplo, Levin et al., 2008) . El metano puede ser indicativo de ambas fuentes naturales y antropogénicas (por ejemplo, Levin et al., 2008). El radón por lo general se utiliza junto con el análisis de 14C (por ejemplo, Levin et al., 2008) . Otros dispositivos que pueden colocarse en la unidad incluyen sin limitación el sistema de posicionamiento global GPS para información de ubicación, temperatura, humedad relativa y sensores de lluvia.
Elementos Láser y Opticos
En ciertas modalidades, la energía de salida láser está a una longitud de onda estable (línea) es consiste con el isótopo de interés con base en la energía de transición quantum. Las longitudes de onda de salida específicas son 10.51-10.70 pm para 12C02, 11.06-11.26 m para 13C02, y 11.8 pm para 1C02 (Freed 1980) . El control de la longitud de onda de los láseres en la unidad GMP se logra, por ejemplo, con el control de retroalimentación de ciclo cerrado de los elementos PZT (un material cerámica piezoelétrico) para cada láser (Figura 13, 827) que varía la longitud de la cavidad de láser. En una modalidad, los elementos PZT se controlan con controladores piezoelétricos de canal individual MDT 691 de THORLAB .
En ciertas modalidades, la salida láser de los láseres individuales se corta en frecuencias discretas para diferenciar el cambio inducido OGE en la señal de salida a través de los métodos de transformación Fourier. La frecuencia del cortado de los láseres 14C y 13C es nominalmente de 17Hz y 25Hz en una configuración. Los rayos láser se dirigen a través de espejos de silicón recubiertos o de cobre en células OGE. ZnSe se utiliza para la ventana de la celda OGE 806, 807, 808 y 809.
Preparación de las Celdas y la Muestra de Detección En ciertas modalidades, como se muestra en la Figura 13, las 4 celdas de detección OGE se utilizan en el sistema de detección isotópico. Una celda sellada contiene una composición de 12C02 isotópica de referencia estándar 806, una celda de referencia estándar de 13C02 807, una celda de referencia estándar de 14C 809 y una celda de flujo de muestra 808. Estas celdas utilizan la presión de aproximadamente 3.5-4.0 torr. La celda de gas de muestra utiliza una velocidad de flujo de aproximadamente 0.4 sccm.
El funcionamiento estable de las celdas OGE involucra el control de humedad de los gases. Para las celdas de referencia estándar esto se logra controlando el gas sellado en la celda. En contraste, el sistema de manejo del gas de muestra incluye capacidades de secado de gas 820 (Figura 13) . La tolerancia del contenido del vapor de agua en el gas de muestra es menor de 1.5% de humedad relativa en la muestra en una modalidad que utiliza láseres isotópicos rellenos con gas y el método de detección optogalvánico .
Haciendo referencia a la Figura 13 los campos de plasma se generan en los volúmenes de gas en las celdas OGE vistas con una descarga resplandeciente en ambas en la muestra 808 y las celdas de referencia (806, 807, 809), con energía RF suministrada por los tableros de conducción RF contenidos en los láseres 803, 804 y 805 junto con los tableros de adquisición de datos.
Electrónicos y Control
Los componentes vendidos directamente al público bien conocidos por el experto en la técnica de la operación láser, pueden utilizarse en la unidad GMP para la presión de gas 813, 814 (Figura 13), y las mediciones y control de flujo 811 (Figura 13) , el control del elemento PZT para los tres láseres 827 (Figura 13) , suministros de energía, tableros de adquisición de datos 803, 804, 805 (Figura 13), control de temperatura, y software y computadoras 829 (Figura 13) . Las caracterís icas de estos componentes solamente se basan en satisfacer los requerimientos de la unidad GMP para aplicaciones específicas.
Los sistemas láser integrados en una modalidad con láseres 13C, 12C y 1C por consiguiente tendrán tres rayos láser isotópicos cortados en frecuencias discretas que se propagan a través de las celdas de detección. Tal sistema integrado, en una modalidad, también representa la magnitud relativa de la concentración de isótopo 1C02 en la atmósfera frente a las concentraciones de 12C02 y 13C02. El aire atmosférico consiste de aproximadamente 0.03% de C02. 13C02 constituye aproximadamente 1% de la composición dentro de este 0.03%. En contraste, 14C02 constituye aproximadamente una parte en 1012 dentro de 0.03%. Hoy en día la concentración de 1.18xl0~12 de 14C02 en la atmósfera se denomina concentración de un nivel moderno 1 y es la base para la comparación científica de los niveles de 14C. La detección de tales pequeñas cantidades de 1C02 requiere una ganancia de señal OGE mucho más alta para 14C02 que para 12C02 y 13C02. De esta forma, dos intervalos de detección, análisis de datos y resumen de los datos debe acomodarse. Sin embargo, para un experto en la técnica de sistemas láser, este aspecto puede superarse a través de fuentes apropiadas en la necesidad de láser, la longitud de cavidad láser y el periodo de tiempo de la adquisición de datos para una muestra dada y puede determinarse mediante la conducción de una serie de experimentos que controlan los factores específicos de interés .
Una solución para la diferencia relativa en la concentración de isótopo ha sido tomada en cuenta en la Publicación de la Solicitud de Patente de E. U. A. No. US 2008/0129994, incorporada aquí por referencia, que muestra una configuración de la propagación de múltiples pasos del rayo láser 14C02 a través de la celda OGE situada dentro de la onda en reposo de la cavidad láser de C02. Esta interpretación del diseño ha demostrado los límites de detección que se acercan a 10"15 14C/12C en reportes publicados (Murnick et al., 2008) que son similares a la espectroscopia de masa de acelerador (AMS) .
Las diferencias de concentración observadas de los isotopólogos impactan en varias formas. En primer lugar, el diseño óptico del sistema adapta una excitación de un rayo de un solo paso en el OGE de la muestra para la detección de 12C02, 13C02 y 1 C02 y la propagación del rayo de onda en reposo para la detección de 14C02. Una modalidad como se muestra en la Figura 13 es tener una muestra de la celda OGE para la detección de las tres especies de carbono 12C, 13C y 14C. Esto se logra dividiendo el rayo de 12C con M4 permitiendo una señal de referencia 12C para pasar a través de ambas celdas 13C y 14C de tal forma que los datos pueden normalizarse contra 12C y reportarse en la fórmula de la proporción del isótopo definida anteriormente. Los pequeños límites de detección necesitan el manejo de la relación de señal a ruido incluyendo las características de diseño aplicadas para proporcionar una fidelidad de señal más alta.
Una característica adicional de esta modalidad multi- isotópica es mantener una señal de detección estable. Específicamente, se ha demostrado que las fluctuaciones de temperatura dentro de las celdas OGE, los láseres y los electrónicos de detección se manifiestan por sí mismos como señales OGE similares a los cambios isotópicos. Las tendencias en las longitudes de onda de la salida láser se manifiesta así mismo en una forma similar. De esta forma, el control de temperatura preciso de los láseres, las celdas OGE y los electrónicos son provistos en el GMP y, aunque esto se logra en el laboratorio, como se referencia en varios documentos anteriores, con un enfriador de re-circulación, una modalidad representará la administración térmica de estado sólido como se muestra en los elementos 834, 835, 836 (Figura 13) . En resumen, un analizador multi-isotópico de acuerdo con ciertas modalidades incluye una modalidad de 12C, 13C y 14C como se muestra en la Figura 13. En tal modalidad ciertos componentes del sistema combinado pueden compartirse, haciendo referencia a la Figura 13, incluyendo el sistema de computadora y software 829, los tableros de adquisición de datos 828, los componentes de manejo de gas que incluyen bombas 831, sensores de presión 813, 814, el controlador de flujo 811, el secador de la muestra 820 y gas nitrógeno de tanque seco o generador de nitrógeno 832.
Operación de Ejemplo de un Analizador de Carbono
12, 13, 14
Como se observó previamente, los analizadores isotópicos con base en sistemas de detección ópticos tienen limitaciones inherentes con respecto a la exactitud y precisión para 13C y no tiene la capacidad del análisis de 14C. Una modalidad del analizador GMP incluye el uso de analizadores opto-galvánicos para 12C, 13C y 14C. Sin embargo, el método del sistema de sistemas descrito en la presente puede utilizarse con cualquier tipo de analizador adecuado para isótopos 12C, 13C y 14C. El método no óptico antes mencionado, el método opto-galvánico proporciona sensibilidad a la medición cerca del 0% de radiocarbono moderno. Está técnica logra especificidad para especies químicas isotópicas a través del uso del efecto opto-galvánico ( "OGE" ) . El OGE puede medirse con altas relaciones de alta señal a ruido de fondo, y es proporcional a la energía láser y se integra sobre el volumen de descarga (Murnick y Peer 1994, cuyas enseñanzas de incorporan aquí por referencia) y la producción de una similar precisión como la de los espectrómetros de masa tradicionales. La descarga se convierte en una señal eléctrica y se procesa durante un periodo de tiempo especificado, con relación a una cámara de gas estándar sellada, dependiendo de la precisión requerida. Los largos intervalos de medición, en principio, excederán la precisión típica de los espectrómetros de masas de proporción de isótopo tradicional (es decir, < 0.01 por mil) . Las ventajas de OGE pueden entenderse a partir de la siguiente ecuación (Murnick y Peer 1994) :
S = nLI (v) A s (v) C (1)
en donde la respuesta eléctrica, S, del sistema con láser de la intensidad promedio (Wcnf2) I y la frecuencia v es incidente en una débil descarga eléctrica, n es la densidad de las especies de interacción, L es la longitud de la región de interacción, s define la sección transversal de interacción de las especies láser y C es una constante de proporcionalidad optogalvánica . Observar que, de acuerdo con (1) la señal es lineal en ambos de densidad [n] y energía láser [I] . El aumento en la energía láser proporciona una ganancia incrementada que ofrece la mejora de señales para concentraciones diluidas o muy bajas de isótopos con relación a la mayoría de las especies. Las mejoras en las señales a través de mezclas de gas variables, presión de gas y energía de descargas son posibles y afectan el parámetro C. A diferencia de las mediciones de absorción y fluorescencia que dependen de los elementos ópticos OGE reduce la recolección y dispersión de los ópticos y los transductores de luz. Las pequeñas variaciones de descarga se cancelan mediante la medición simultánea; el uso de gases de referencia operativos sellados. Como se describe previamente (que resultan con una larga vida) prometen reducir las tendencias de los instrumentos, las compensaciones entre los lotes de estándares preparados por lo general (como es el caso de espectrometría de masa tradicional, y las diferencias entre los laboratorios, que puede ser significativo para los programas de muestreo de matraz actual . Las unidades remotamente operadas podrían procesar muestras, por ejemplo, mientras los intervalos de horas a lo largo del día logren alta precisión para la medición de proporciones de isótopo C02 atmosférico (es decir, < 0.05%) o, por ejemplo, tan corto como un segundo (precisión de rendimiento para 13C y 180 de por lo menos aproximadamente 0.01 y 0.1%, respectivamente) para utilizarse en esquemas analíticos rápidos para monitorear fisiológica y biológicamente las plantas. Las muestras pueden analizarse en un modo de lote semi-continuo o en un modo de flujo continuo; cada configuración puede utilizar diferente hardware, como se describe en las modalidades previas. En particular, en una modalidad en el caso de C02, los tres láseres isotópicos se utilizan, uno para determinar el contenido de 12C, uno para determinar las proporciones de 13C/12C y uno adicional para determina la proporción de 1C/1C (Freed, C. 1990 cuyas enseñanzas se incorporan aquí por referencia) .
Ejemplo de Operación Específica
La operación de una modalidad del instrumento para este ejemplo es como sigue. Con referencia a la Figura 6, bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8, la energía se aplica desde la unidad de suministro de energía 14 a la bomba 30. Ya que IRGA 4, la unidad de acondicionamiento de muestra 18, el analizador de la proporción de isótopo 24 y la bomba 30 todos están conectados con tubería de acoplamiento 5, 7, 9 con el fin de proporcionar una trayectoria de flujo de gas continua, el gas presente en el tubo de entrada del gas 2 se extrae a través de todos los componentes acoplados a la tubería y fuera del tubo de ventilación 33. Después de que el gas ha pasado a través de IRGA 4, pasa a través de la unidad de acondicionamiento de muestra 18 antes de entrar en el analizador de la proporción de isótopo 24. Como el gas se extrae a través del barredor de oxígeno 36 (como se muestra en la Figura 7) , que constituye - la unidad de acondicionamiento de muestra 18 en esta modalidad, el oxígeno se elimina. El gas libre de oxígeno continúa extrayéndose a través del tubo de acoplamiento 7 y en el analizador de la proporción de isótopo 24. Después de que suficiente gas ha sido extraído a través del analizador de la proporción de isótopo 24 para purgar cualquier gas residual de una medición previa, la unidad de adquisición y control de datos 8 detiene la bomba 30. Ahora que ambos, IRGA 4 y el analizador de la proporción de isótopo 24 recibido en las alícuotas apropiadas del gas extraído del tubo de entrada de gas 2, la unidad de adquisición y control de datos 8 inicia una medición de concentración de C02 a través IRGA 4 y una medición isotópica de C02 a través del analizador de la proporción de isótopo 24. La medición de los datos generados por IRGA 4 y el analizador de la proporción de isótopo se adquieren y almacenan o transmiten a través de una unidad adquisición de datos 8. La frecuencia completa de eventos puede repetirse ya sea inmediatamente, o después de un periodo de retraso como se dicta por el programa cargado en la unidad de adquisición de datos 8.
La operación de la modalidad con la unidad de acondicionamiento de muestra 18 que comprende el aparato mostrado en Figura 8 es como sigue. Inicialmente , la válvula solenoide 60 y la válvula de control de flujo 54 están cerradas no permitiendo flujo de gas a través de ella. Bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) , la válvula solenoide 60 se abre y la energía se aplica desde la unidad de la unidad de suministro de energía 14 (ver Figura 6) a la bomba 30 (ver Figura 6) . El gas presente en el tubo de entrada de gas 2 (ver Figura 6) se extrae y pasa a través de IRGA 4 (ver Figura 6) , a través del tubo de acoplamiento 5 (ver Figura 6), a través del tubo de entrada de gas 40, a través de la cámara de gas 42 y a través de la válvula solenoide 60. El gas continua extrayéndose a través del tubo de acoplamiento 62, el tubo de acoplamiento 29 (ver Figura 6) , bomba 30 (ver Figura 6) y finalmente fuera del tubo de ventilación 33 (ver Figura 6) . La membrana selectiva del gas 46 proporciona una resistencia considerable al flujo del gas y por lo tanto no permite que una cantidad significativa del gas de muestra pase a través de éste durante esta etapa de operación. Cuando es extraído suficiente gas a través de IRGA 4 (ver Figura 6) y la cámara de gas 42 para purgar cualquier restante de las mediciones previas, las unidades de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) cierra la válvula solenoide 60. Ya que IRGA 4 (ver Figura 6) ha recibido una alícuota adecuada de gas de muestra, la unidad de adquisición y control 8 (ver Figura 6) inicia una medición de concentración de C02. La bomba 30 (ver Figura 6) continúa operando y establece condiciones al vacío en el- analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6), los tubo de acoplamientos 7, 9, 29 (ver Figura 6), tubo de salida de gas 56, y tubo en T de acoplamiento 48. Cuando la bomba 30 (ver Figura 6) ha operado lo suficiente para lograr el vacío deseado en los componentes unidos, la unidad de adquisición y control 8 (ver Figura 6) detiene a la bomba 30 (ver Figura 6) . El CO2 en la muestra de gas contenido en la cámara de gas 42 ahora penetra la membrana selectiva de gas 46 debido a la diferencia de presencia a través de ésta.
El C02 en la muestra de gas contenido en la cámara de gas 42 se deja penetrar la membrana selectiva de gas hasta que se ha acumulado suficiente C02 en los componentes evacuados para proporcionar una medición de proporción de isótopo precisa cuando se mezcla con una cantidad apropiada de gas portador, por ejemplo, gas nitrógeno puro. Bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) , la válvula de control de flujo 54 se abre lo suficiente para permitir una carga de gas nitrógeno puro para fluir desde la fuente de gas portador 50, a través de los tubos de acoplamiento 52. El nitrógeno pasa a través del tubo en T de acoplamiento 48, a través del tubo de salida de gas 56, a través del tubo de acoplamiento 7 (ver Figura 6) y en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . La mayor parte del C02 que ha sido penetrado previamente en la membrana selectiva de gas 46 de Figura 8 se lleva a cabo a través del flujo gas nitrógeno en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . La válvula de control de flujo 54 se cierra a través de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) cuando una carga de gas adecuada está presente en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . En este momento, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) inicia una medición del isótopo de C02 en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . La medición de los datos generados por IRGA 4 (ver Figura 6) y el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) se adquiere y almacena o se transmite a través de la unidad de adquisición de datos 8 (ver Figura 6) . La secuencia completa de eventos puede repetirse ya sea inmediatamente, o después de un periodo de retraso como se dicta por el programa cargado en la unidad de adquisición de datos 8 (ver Figura 6) .
La operación de otra modalidad con la unidad de acondicionamiento de muestra 18 que comprende el aparato mostrado en Figura 9 es como sigue. Inicialmente , la válvula solenoide 66 y la válvula de control de flujo 72 están cerradas no permitiendo el flujo de gas a través de ella. Bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) , la válvula solenoide 66 se abre y la energía se aplica desde la unidad de la unidad de suministro de energía 14 (ver Figura 6) a la bomba 30 (ver Figura 6) . La unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) también establece la trampa criogénica 82 en un estado no de insuflación de tal forma que el gas puede fluir libremente a través del trampa criogénica.
Enseguida, el gas presente en el tubo de entrada de gas 2 (ver Figura 6) se extrae y pasa a través de IRGA 4 (ver Figura 6), a través del tubo de acoplamiento 5, a través del tubo de entrada de gas 64 y a través de la válvula solenoide 66. El gas después se extrae a través del tubo en T de acoplamiento 68, trampa criogénica 82 y a través del tubo de salida de gas 84. El flujo del gas entonces continúa a través del tubo de acoplamiento 7 (ver Figura 6) , el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) , tubo de acoplamiento 9 (ver Figura 6) , bomba 30 (ver Figura 6) , y hacia fuera a través del tubo de ventilación 33 (ver Figura 6) . Cuando se ha extraído suficiente gas a través del trampa criogénica 82 para purgar cualquier gas restante de una medición previa, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) establece la trampa criogénica 82 en un modo de insuflación. El gas continúa fluyendo desde el tubo de entrada de gas 2 (ver Figura 6) en todo el camino a través de los componentes de acoplamiento de tubería mientras los componentes del gas condensable se atrapan criogénicamente en la trampa criogénica 82. Cuando el gas ha fluido el tiempo suficiente para permitir una cantidad apropiada de C02 a acumularse en la trampa criogénica 82, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) cierra la válvula solenoide 66 y permite que la bomba 30 (ver Figura 6) establezca condiciones al vacío en el tubo en T de acoplamiento 68, trampa criogénica 82, tubo de salida 84, tubo de acoplamientos 7 y 9 (ver Figura 6) y el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . La unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) ahora inicia una medición de la concentración en la alícuota del gas contenido dentro de IRGA 4 (ver Figura 6) . Cuando la bomba 30 (ver Figura 6) ha continuando operando los suficiente para lograr su vacío final de los componentes unidos, la unidad de adquisición y control 8 (ver Figura 6) detiene a la bomba 30 (ver Figura 6) y establece la trampa criogénica 82 de regreso a su estado no de insuflación con el fin de liberar el gas atrapado. Cuando el gas se libera de la trampa criogénica 82, se expande a lo largo de los componentes previamente bajo vacío. Cuando ha pasado suficiente tiempo para permitir que la muestra atrapada se evapore completamente, la unidad de adquisición y control de datos 8 abre la válvula de control de flujo 72 para permitir que el gas portador preferiblemente nitrógeno puro de la fuente del gas portador 74 fluya a través de la misma. Los flujos del gas de nitrógeno de la válvula de control de flujo 72, a través del tubo en T de acoplamiento 68, a través del trampa criogénica 82, y fuera a través de la tubería de salida 84. El nitrógeno fluye a través del tubo de acoplamiento 7 (ver Figura 6) y dentro del analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) llevando la mayor parte del gas de muestra previamente atrapado con el mismo. La válvula de control de flujo 72 se cierra a través de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) cuando la carga deseada del gas está presente en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . Después, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) inicia una medición del isótopo de C02 en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . De nuevo, los datos de la medición generados por IRGA 4 y analizador de la proporción de isótopo 24 se adquieren y almacenan o se transmiten a través de la unidad de adquisición de datos 8. La secuencia completa de eventos puede repetirse ya sea inmediatamente, o después de un periodo de retraso como se dicta por el programa cargado en la unidad de adquisición de datos 8.
La operación de una modalidad del aparato de trampa criogénica 82 mostrado en la Figura 10 (junto con la unidad de acondicionamiento de muestra 18 de la Figura 9) , es como sigue. Con el dewar de nitrógeno líquido 112 relleno a aproximadamente 75% de su capacidad, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) no puede controlar las condiciones de temperatura de tubo U 108, con el fin de ya sea atrapar criogénicamente una muestra de gas que es condensable a temperaturas de nitrógeno líquido, o descongelar una muestra previamente atrapada.
Bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) , cuando una muestra se va a atrapar, la válvula solenoide 102 se abre y no pasa ninguna corriente a través del cable calentador de resistencia 106. Esta acción permite que cualquier gas de nitrógeno o aire atrapado en la parte superior del cilindro 110 se escape a través del tubo de ventilación 100, a través de la válvula solenoide 102, y fuera del tubo de escape 104. El gas se escapa de la parte superior del cilindro 110, a su vez permite que el nivel del nitrógeno líquido en el cilindro 110 se debe al mismo nivel del dewar 112, de esta forma sumergiendo parte inferior del tubo U 108 en nitrógeno líquido. Mientras existan estas condiciones, el tubo U 108 permanecerá a temperaturas de nitrógeno líquido y cualquier gas que fluye a través del interior del tubo U 108 se licuará o congelará si es condensable a temperaturas de nitrógeno líquido. Cuando una muestra que se va a descongelar o cuando no se requiere en un estado de insuflado, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) cierra la válvula solenoide 102 y aplica energía al cable calentador de resistencia 106. La corriente que pasa a través del cable calentador de resistencia genera calor e inicia la evaporación cerca del nitrógeno líquido. El gas nitrógeno de esta forma generado no puede escapar de la parte superior del cilindro 110 ya que la válvula solenoide 102 está cerrada y el resultado es que el nivel del nitrógeno líquido dentro del cilindro 110 se impulsa hacia abajo por debajo del dewar 112. El nivel del nitrógeno líquido dentro del cilindro 110 continúa siendo impulsado hacia abajo a través del gas nitrógeno hasta que está cerca del borde inferior del cilindro 110. Mientras la válvula solenoide 102 permanezca cerrada y la corriente pase a través del cable calentador de Resistencia 106, el nivel del nitrógeno líquido dentro del cilindro 110 permanecerá por debajo del tubo U 108, el generador de calor a través del cable calentador de resistencia continúa calentando el tubo U 108, proporcionando suficiente energía para hacer evolucionar cualquier gas previamente atrapado en el interior del tubo U 108. La energía aplicada al cable calentador de Resistencia 106 a través de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) puede modularse con el fin de no elevar la temperatura del tubo U 108 tan alta que radie calor excesivo y haga bullir el nitrógeno líquido innecesariamente.
La operación de una modalidad de una aparato de fuelle variable 83 mostrado en la Figura 11 (junto con la unidad de acondicionamiento de muestra 18 de la Figura 6) , y utilizado en la modalidad de modo por lote es como sigue. Con los fuelles variables 83 abiertos a un grado máximo, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) puede controla el volumen de fuelles variables con el fin de reducir el tamaño de la muestra de un gas de muestra de un gas de muestra en donde la concentración de C02 es demasiado grande, por ejemplo en el caso de analizar C02 puro, y puede no caer dentro de las concentraciones sobre las cuales el analizador ha sido calibrado. Para un experto en la té nica del manejo de gas para análisis geotópico este procedimiento es bien entendido ( erner y Brand 2001) . Sin embargo, en el caso presente, un número de curvas de calibración específicamente para 1C02 y 13C02 sobre un intervalo de concentraciones de C02 en el aire, por ejemplo del0"10% C02 a 100% C02, puede ser requerido. El uso de los fuelles para reducir el tamaño de la muestra para estar dentro del intervalo de la exactitud y precisión más favorable del analizador (por ejemplo, 13C, 14C) es un método convencional para este propósito.
Inicialmente , la válvula solenoide 66 y la válvula de control de flujo 72 están cerradas no permitiendo flujo de gas a través de ella. Bajo el control de la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) , la válvula solenoide 66 se abre y la energía se aplica desde la unidad de suministro de energía 14 (ver Figura 6) a la bomba 30 (ver Figura 6) . La unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) también establece los fuelles 83 en un estado no de insuflación de tal forma que el gas puede fluir libremente a través del trampa criogénica.
En seguida, el gas presente en el tubo de entrada de gas 2 (ver Figura 6) se extrae dentro y a través de IRGA 4 (ver Figura 6), a través del tubo de acoplamiento 5, a través del tubo de entrada de gas 64 y a través de la válvula solenoide 66. El gas después se extrae a través del tubo en T de acoplamiento 68, los 83 y a través del tubo de salida de gas 84. El flujo del gas entonces continúa a través del tubo de acoplamiento 7 (ver Figura 6), el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) , tubo de acoplamiento 9 (ver Figura 6) , bomba 30 (ver Figura 6) , y fuera a través del tubo de ventilación 33 (ver Figura 6) . Cuando se ha extraído suficiente gas a través de los fuelles 83 para purgar cualquier gas restante de una medición previa, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) establece los fuelles 83 en un modo de captura de gas en cuyo caso la válvula de conmutación se establece en una posición cerrada para ambos puertos perdiendo que el gas se expanda dentro de los fuelles y las conexiones de tubería asociadas sin ser bombeado lejos. Después de un periodo de tiempo que es suficiente para que el gas se equilibre en volumen de los fuelles, la unidad de control 8 (Figura 6) se establece para cerrar los fuelles en alguna cantidad para así reducir el volumen total de los fuelles. Al mismo tiempo los volúmenes de las tuberías de abren al vacío para hacer salir cualquier gas restante.
Después del bombeo durante un periodo adecuado la válvula 66, 72 se cierra y se evacúa completamente. En este momento la unidad de control 8 (Figura 6) abre el Puerto para el Puerto para permitir que en los fuelles se expanda dentro del volumen de la tubería. La unidad de control entonces proporciona el cierre de las válvulas de los fuelles y el sistema se bombea hacia fuera como para reducir el tamaño de la muestra. La unidad de control 8 (Figura 6) después avanza para repetir el procedimiento hasta la presión del gas de muestra se ha consistente con las presiones que son opcionales para el análisis y comparación con las curvas de calibración relevantes. Después, la unidad de adquisición y control de datos 8 (ver Figura 6) inicia una medición del isótopo de C02 en el analizador de la proporción de isótopo 24 (ver Figura 6) . De nuevo, los datos de medición generados por IRGA 4 y analizador de la proporción de isótopo 24 se adquieren y almacenan o se transmiten a través de la unidad de adquisición de datos 8. La secuencia completa de eventos puede repetirse ya sea inmediatamente, o después de un periodo de retraso como se dicta por el programa cargado en la unidad de adquisición de datos 8. La manipulación de las presiones del gas de muestra para el análisis en el sistema de tres celdas es un factor del rendimiento crítico para las vastas diferencias en concentración entre 14C02 y 13C02.
En modalidades adicionales, la mezcla de gas de muestra puede ser provista de muestras líquidas o sólidas. Las muestras sólidas y líquidas se sintonizan en un gas a través de calentamiento o a través de combustión. La mezcla de gas de muestra puede ser provista de cualquiera de un número de dispositivos comercialmente disponibles capaces de generar gases de muestras no gaseosas con el fin de facilitar la concentración del gas, o las mediciones de la proporción de isótopo de gas. Por ejemplo, un dispositivo de combustión Dumas tal como el fabricado por Cario Erba puede conectarse a la conexión de entrada del gas y las mezclas de gas generadas de la combustión de los materiales de muestra sólidos a analizarse en una forma similar a previamente descritos.
En modalidades adicionales los datos capturados por el dispositivo se transmiten a través de telemetría a una o más ubicaciones centrales para análisis y resumen de los datos. Los datos de esta forma pueden utilizarse para construir presupuestos a nivel nacional, regional y estatal, o como el caso lo requiera. Las Figuras 24-29 muestran cuadrículas a nivel internacional (EU) , nacional (US) y estatal como ejemplos de ubicaciones del dispositivo que ofrece la capacidad de simultáneamente medir, monitorear, reportar y verificar en tiempo real 13C y 14C en C02 atmosférico todos definidos contra un solo estándar común para todos los dispositivos. Las Figuras 16, 17 y 18 muestran modalidades en donde los dispositivos en el campo transmiten datos a medios satelitales u otros después de los cual los datos se analizan en resumen para cumplir con las políticas monetarias y/o reguladoras así como para utilizarse en plataformas de comercialización de carbono como se describen en la Figura 19.
Aplicaciones del Sistema de Sistemas
En ciertas modalidades, un nuevo sistema de reporte para emisiones de carbón isotópicamente definidas puede utilizarse en el contexto de comercialización de gas de invernadero e instrumentos financieros a base de carbono. Los valores medidos de 13C y 14C de C02 pueden utilizarse (moles) de C02 emitido (y sus conversiones bien conocidas de unidades de emisiones C) .
Un Paradigma de Comercialización de Dos Carbonos: Aplicaciones del Sistema de Sistemas
En ciertas modalidades, un nuevo sistema de reporte para emisiones de carbono isotópicamente definidas pueda utilizarse en el contexto de comercialización de gas de invernadero e instrumentos financieros a base de carbono. Los valore medidos para 13C y 14C de C02 pueden utilizarse junto con mediciones de flujo y volumen para derivar un valor de emisiones total por litro (moles) de C02 emitido (y sus conversiones bien conocidas de unidades de emisión en C, tales como toneladas métricas, C02 y unidades equivalentes de carbono) . Por ejemplo, en el caso de mediciones de valores isotópicos en donde los volúmenes totales (moles) de una o más fuentes pueden calcularse, entonces los porcentajes respectivos de C02 derivados de combustible biogénico y fósil pueden conocerse. En por lo menos algunas modalidades, la monetización de las emisiones que utilizan un sistema de sistemas descrito en la presente también reporta los datos de emisiones en una forma que claramente designa los componentes de interés. Por ejemplo, en el caso en donde 80% de las emisiones son derivadas de combustible fósil y 20% son derivadas biogénicas, entonces como se origina a través de los componentes isotópicos respectivos, se pueden distinguir tales datos como sigue:
Unidades de C: 80
Unidades de 13C: 20
De esta forma, como los datos isotópicos se convierten en datos volumétricos y molares, la misma designación puede utilizarse para reportar toneladas métricas de los componentes respectivos. Por ejemplo, a partir del ejemplo anterior, si el cálculo de las toneladas métricas da como resultado 800 para combustible fósil y 200 para carbono biogénico, respectivamente (los números son para propósitos de ilustración solamente) , entonces las unidades de emisiones de carbono pueden reportarse como sigue :
Mt de 14C: +800
Mt de 13C: +200
En las designaciones anteriores, se puede ver el valor en la elaboración de datos explícitos para comercialización de emisiones de carbono disponibles como la fuente del carbono en cuestión. Actualmente, las emisiones típicamente se estiman, de esta forma, los componentes cambiantes del C02 fósil y biogénico no están actualmente incluidos en los mecanismos de comercialización.
El método anterior será útil en la designación de carbono de secuestro en actividades forestales, por ejemplo. A manera de ilustración, el carbono secuestrado puede cuantificarse como sigue:
Mt de 14C: -200
Mt de "C: -600
En el ejemplo anterior, los datos claramente indican que el bosque en cuestión ha extraído hasta algunas 200 toneladas métricas de C02 derivado de combustible fósil, y algunas 600 toneladas de C02 derivado biogénico. Las emisiones de carbono representativas y los datos de secuestro en esta forma para todas las unidades carbono agregarían un valor considerable a las unidades de carbono y proporcionarían nuevas dimensiones en la cotización.
En los casos descritos anteriormente, la designaciones como sugieren podrían derivarse sobre cualquier periodo de tiempo y sobre cualquier escala especial (de acuerdo con la colocación de las unidades multi-isotópicas a través del espacio en cuestión) , haciendo los valores directamente compatibles con las "toneladas métricas de carbono" y toneladas métricas de unidades "carbono equivalente" utilizados en todas las plataformas de comercialización de carbono a la fecha. De esta forma, un sistema de sistemas de acuerdo con ciertas modalidades ofrece una nueva forma de monetizar emisiones de carbono y datos de secuestro con base en mediciones actuales. El método multi-isotópico utilizado en la presente proporciona una forma de reportar datos de emisión de carbono (ya sea como depósito u origen) , ofreciendo nuevas dimensiones en la cotización del carbono, la comercialización del carbono, y las consideraciones de la política del gas de invernadero.
En resumen, un sistema de sistemas a base de láser para ambos 13C y 14C ofrece muchos beneficios sobre los métodos IRMS y A S tradicionales. De manera importante, las muestras pueden analizarse y reverenciarse a estándares del instrumento in situ, en donde no existe la necesidad de transportar la muestra del gas a laboratorios centrales . En segundo lugar, la muestra se mide como C02 libre en el aire y no requiere un paso de recolección criogénica, de esta forma la muestra se analiza en una forma no destructiva y puede repetidamente analizarse y/o analizarse durante periodos de tiempo más largos para aumentar la recolección de datos y la certidumbre estadística. En tercer lugar, los datos para 13C y 14C pueden compararse con una variedad de estándares en un solo instrumento, o externos al instrumento, y también pueden compararse con ensambles de instrumentos en cualquier ubicación alrededor del mundo, instantáneamente, asegurando la equivalencia a través de todas las muestra independientemente de la ubicación. Como se describe en la presente, la fabricación de grandes números de celdas de referencia selladas puede hacerse de acuerdo con los métodos que son familiares para el experto en la técnica de fabricación de láseres rellenos de gas C02 tales como los producidos por Access Lasers, Inc., CA, o LTG-Lasertech, Concord, ON. De esta forma, haciendo referencia en la Figura 12 el uso de celdas selladas que contienen o pueden hacerse para contener el mismo gas estándar y utilizarse en grandes números de instrumentos bastamente mejora las estadísticas del gas de referencia comparado con sistemas de referencia de espectrómetros de masa de proporción de isótopos típicos y espectrómetros de masa de acelerador. La adquisición casi simultánea de los datos de referencia y de datos desconocidos también proporciona una estabilidad a corto y largo plazo de las señales del analizador.
De nuevo hacienda referencia a la Figura 12, el método de espectroscopia a base de láser también permite una verificación de la jerarquía opcional del funcionamiento de la celda sellada estándar instrumental a través de la comparación con celdas selladas que contienen una variedad de gases estándar externos a los analizadores multi- isotópicos que producen los datos actuales. Los instrumentos externos o los módulos que contienen solamente referencias de celdas selladas primarias pueden estar en una configuración individual, doble o triple de celda y podrían operar esencialmente como las contrapartes del analizador multi-isotópico que también contiene celdas de muestra de paso para el análisis de desconocido. Debido a que la unidad de la celda de referencia externa no contiene celdas de muestra, pero por el contrario está equipada con características de recolección de datos y telemetría, la unidad de referencia externa puede utilizarse para comparar las señales de referencia y las señales de la línea base con otros analizadores multi-isotópicos a través de comunicación telemétrica. Adicionalmente , una serie de celdas estándar para ambos 13C y 14C y los láseres apropiados podrían desarrollarse como satélites a bordo de carga que se comunica con ensambles de instrumentos alrededor del mundo. Tal configuración de sistemas a base de satélites y a bases de territorio que se bloquean en estructuras de referencia estándar ofrece la capacidad para estructurar comercialización en vivo de créditos de carbono instantáneos como datos que se recolectan en el modo analítico y de reporte en tiempo real. Adicionalmente, tales configuraciones de satélite para los estándares de 13C y 14C y la recolección de datos también podría utilizarse para comparar de manera recíproca los datos recolectados por lo satélites que observan el gas del invernadero para emisiones de carbono y otros gases de invernadero (por ejemplo, Observatorio de Carbono Orbital) con mediciones a base de suelo como se propone en la presente. De esta forma, un método instrumental que reduce el fraccionamiento isotópico, proporciona estables y homogéneos a través del tiempo y el espacio y que llevaría cabo análisis in situ que se referencian con estándares externos enlazados a una red global podrían ser altamente deseables para datos de la línea base confiables y transparentes para todas las plataformas de comercialización de carbono así como ofrecer el potencial de integrar y comparar observaciones a base del espacio de emisiones de carbono .
Los siguientes ejemplos son ilustrativos y no limitantes .
Ejemplo 1: Comercialización del Carbono
Haciendo referencia a la Fig. 23 se proporciona un Ejemplo de la aplicación del sistema de sistemas. Aunque se miden y monitorean numerosos lugares dentro de los bosques para concentración de C02, la composición isotópica los términos para determinar y cuantificar la fuente del C02 para soportar la comercialización de carbono no se ha reportado. Se utilizan casos específicos en la presente para ilustración.
Actualmente, el flujo de carbono forestal se estima utilizando una variedad de algoritmos forestales tales como los descritos previamente por el Intercambio de Clima de Chicago (CCX (por sus siglas en inglés), www.ccx.com) . Sin embargo proyectos de investigación cuantifican el intercambio de carbono sobre bases limitadas. A manera de antecedentes, uno de los proyectos se describe brevemente . El bosque medido y monitoreado para flujo de carbono en este ejemplo se describe en Barford, et al., 2001, y presenta una oportunidad para aplicar el sistema de sistemas para datos reales para el flujo de carbono forestal pero carece de datos isotópicos para identificar y cuantificar las fuentes de C02. El sitio, localizado en MA occidental, está equipado con una alta torre que se extiende 30 m desde el suelo y equipada con una instrumentación apropiada. La técnica de covarianza de remolino, bien conocida por los expertos en la técnica, se utiliza para medir flujos de C02, cantidad de movimiento, calor sensible y calor latente a 8 niveles. La adquisición de los datos isotópicos se selecciona para compararse con los índices de adquisición de flujo de transporte de alta frecuencia de la atmósfera. El uso de la técnica de covarianza de remolino impone considerables dificultades técnicas a la instrumentación isotópica incluyendo (por ejemOplo, (Salesk et al., 2006) : 1) rápido tiempo de respuesta (<1 segundo para el análisis de 13C02) , 2) estabilidad sensorial que permite mediciones continuas sin desviación de la línea base permitiendo la captura del flujo del transporte del viento a baja frecuencia, 3) alta precisión de tal forma que las pequeñas variaciones en la señal isotópica del flujo de remolino puede resolverse. Las unidades correspondientes para el flujo en remolino isotópico del carbono se dan en ppm metros s"1 por mil. Tales dificultades en las mediciones para el isoflujo están en el orden de <0.1 por mil, desviación estándar de 10 segundos en tiempos de integración, junto con datos de la línea base estables. El método de covarianza de remolino antes mencionado debe operar 24 horas al día a lo largo de un período de un año para obtener un flujo neto de carbono en un área forestal dada. En esta forma, el invierno que libera el C02 a través de la respiración se compara con la extracción en el verano del C02 a través de fotosíntesis: la diferencia neta determinará si el bosque es un depósito (es decir, número negativo) o una fuente (es decir, número positivo) . De esta forma los datos de flujo forestal precisos y confiables que podrían utilizarse para la comercialización del carbono pueden obtenerse utilizando un grupo de protocolos de instrumentos de función y software. De acuerdo con los datos de Barford et al. (2001) durante un período de 8 años, el bosque secuestró aproximadamente 2 megagramos o toneladas métricas de carbono por hectárea, sin embargo no se hace corrección para la presencia de combustible fósil de C02 que se absorbe por las plantas y se mide como parte de mediciones de rutina para concentración, de esta forma representando un error desconocido. En el caso en donde esto se utiliza para cotizar y comercializar carbono en toneladas métricas, entonces, existe una incertidumbre inevitable y desconocida. Los datos de Barford et al. (2001) se recolectaron con una torre ocupando poco espacio de aproximadamente 30 metros de altura siendo suficiente para estar en la copa superior del bosque. Es deseable una serie de alturas de torre ya que entre más alta es la torre ocupa mayor espacio.
El método de medición y los métodos utilizados en este estudio sugieren que los datos del espacio ocupado de Barford et al. (2001) representan algunas 100 - 200 hectáreas. Se tomó el caso más bajo de 100 hectáreas como un ejemplo, significando que las 100 hectáreas se definen por líneas de propiedad y otros medios. De acuerdo con los datos, aproximadamente 16 megagramos acumulados durante un período de 8 años dan como resultado 16 toneladas métricas por hectárea de carbono secuestrado. Si se comercializa una tonelada métrica de carbono al final de un período de un año en $20 por tonelada entonces el propietario de la tierra tendría créditos con un valor de $32,000. Sin embargo si la incertidumbre fue del 10% entonces la cotización podría sobre- o sub-cotizarse en $3,200. De esta forma sin el uso de un analizador de 14C y 13C, no hay forma de distinguir las contribuciones de combustible fósil de contribuciones a base de combustibles naturales y de plantas. Cuando se consideran decenas a centenas de millones de acres potencialmente involucrados en la comercialización del carbono se puede ver que están presentes los errores económicamente significativos. Los datos de Barford et al., (2001) claramente demuestran que los datos del flujo neto anual son requeridos como las valores de cada año pueden ser significativamente diferentes. Por ejemplo, los datos del año de Barford et al. (2001) muestran que el secuestro de carbono (absorción de carbono neto MgC ha"1 año"1 ) se redujo a 2.4 megagramos comparado con el año 1997 anterior. El registro reportado por Barford et al. (2001) muestra una variación de 0.2 a 2.4 Mg a través de un período de medición de 1993 a 1999. De esta forma estos datos junto con otros (por ejemplo, Scott et al., 2004) ilustran la necesidad de una medición completa del flujo de carbono forestal con una fina resolución del tiempo para permitir las aplicaciones de covarianza de remolino y finalmente proporcionar datos de almacenamiento de carbono que son altamente confiables, inter-comparables con otros proyectos y tiene una incertidumbre definida de aproximadamente <0.1 MgC ha"1 año"1.
De acuerdo con los datos de Scott et al. (2004) el uso de método de covarianza de remolino también puede utilizare para establecer criterios para flujo de carbono asociados con la cosecha del bosque para la producción de productos de madera, (por ejemplo, papel, productos de madera para construcción) . Ya que muchos bosques pueden soportar una industria de productos de madera, el uso de la técnica de covarianza de remolino puede usarse para asegurar que se obtenida el reemplazo del carbono a través del re-cultivo de árboles. De esta forma un balance de masa simple de la pérdida de carbono después de la cosecha y el secuestro de carbono después de talar durante un período de años puede asegurar la continuidad de los bosques mientras se permite tener un inventario de productos de madera. El grado del recrecimiento del árbol determinará el período de tiempo requerido para reemplazar el carbono eliminado. De esta forma utilizando el sistema de sistemas y colocando ensambles de analizadores en áreas en donde toma lugar la cosecha del bosque y re-plantación de árboles ofrece un método único para establecer los dinámicos del carbono y cotización asociada de créditos forestales bajo una variedad de circunstancias.
Se observó que los errores asociados con los métodos de estimación como se reportan por Galik et al. (2009) con referencia a la generación de compensaciones de carbono forestal se muestran como siendo tan altos como 30%. La sensibilidad de los modelos forestales de acuerdo con Glaik et al. (2009) está relacionada con el tratamiento de los componentes de carbono forestal que están comprendidos de un número de grupos de carbono que incluyen componentes activos por arriba del suelo y por abajo del suelo, basura forestal y árboles muertos. El método isotópico con la covarianza de remolino descrito en la presente incluye la biomasa por debajo del suelo y por arriba del suelo y su absorción y liberación de carbono dinámico.
En una modalidad a partir del ejemplo anterior, se hace referencia a la Fig. 23 que muestra un arreglo de 20 GMP colocados a través del terreno a 100 hectáreas de líneas de cuadrícula. El GMP analiza los gases tomados a varios niveles en torres u otras estructuras permitiendo la aplicación de la covarianza de remolino. De esta forma utilizando el ejemplo anterior como referencia, se tomó para ilustración un período de ocho años en donde cada terreno de 100 hectáreas secuestró 16 toneladas métricas de carbono. Sin embargo en este caso el sistema de sistemas:
(1) Proporciona la señal de 14C02 para la señal de C02 de combustible fósil, la señal 13C02 para C02 biogénicos y 12C02 total medido a una rápida velocidad de aproximadamente 1 a 10 Hz idealmente pero también hasta 100 Hz, permitiendo la integración con el método de covarianza de remolino.
(2) Proporciona una red inter-calibrada de analizadores para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La colocación de los GMP será tal que la dispersión en escalas de 1 a 100 kilómetros está dentro del intervalo detección del GMP siendo de 2 por mil para 14C y 0.1 por mil para 13C. La prueba inicial con varios patrones de colocación puede además requerir derivar el número óptimo y configuración de analizadores. La altura de las entradas de muestras deberá estar al menos varios metros por arriba de la copa de los árboles, colocando algunos instrumentos más arriba (por ejemplo, 50 metros) . Puede utilizarse una mezcla de alturas de torre para discernir los perfiles del flujo de carbono aéreo más extensos. Las torres actualmente utilizan un intervalo de aproximadamente 30 metros a un pequeño número de torres altas a 400 metros.
(3) Proporcionar al sistema de telemetría la transmisión de los datos a una ubicación central.
(4) Proporcionar el análisis de los datos y la integración del modelo.
Los datos recolectados entonces consistirían de proporciones delta de 14C y 13C y la concentración de CO2. Las mediciones hipotéticas se muestran en la Fig. 23 consistiendo de concentraciones totales de C02 (línea sólida, superior) , proporciones delta de 13C02 (línea punteada pequeña media) y proporciones delta de 14C02 ratios (larga línea punteada, panel inferior) . Observar que la concentración de C02 se eleva y cae de acuerdo con las estaciones (marcado con S para el verano y W para el invierno) . La concentración total de C02 no permite la determinación del componente del combustible fósil. Además, como se demuestra en las Figs . 1 y 2, las proporciones de 13C02 tampoco distinguen las contribuciones de combustible fósil para el intercambio de carbono y de esta forma el carbono neto ganado o perdido. La ganancia o la pérdida representan el componente de carbono que es ya sea una fuente o depósito, en términos de comercialización, una pérdida de crédito de carbono (fuente) o un crédito ganado (depósito) .
La frecuencia de señal de 10Hz es importante para los datos de covarianza de remolino. Los índices de datos mayores de 1 segundo no cumplirán con el requerimiento para comparar el flujo de transporte del viento y de esta forma no pueden utilizarse efectivamente para la covarianza de remolino evitando un registro de alta resolución y preciso del flujo de carbono. De esta forma un experto en la técnica de tales mediciones reconocerá que el extendido uso del análisis isotópico con la covarianza de remolino está restringido a unos cuantos sitios con tiempos de medición limitados aunque las redes de tales torres en donde se utiliza la covarianza de remolino con concentraciones de C02 solas es de aproximadamente varios centros de estaciones como parte del proyecto Fluxnet (FLUXNET 2009) , de esta forma una aplicación del método de "sistema de sistemas" descrito en la presente es reconocido como muy necesario pero aún no implementado .
De esta forma cuando se extrae C02 en el verano, cuando crecen las plantas, las proporciones de 13C02 disminuyen debido a una discriminación fundamental contra la molécula de 13C02 más pesada. La tendencia en 14C02 también puede hacerse menos positiva ya que el combustible fósil no contiene 14C de esta forma diluyendo el 14C02 de fondo actual. Sin embargo los datos brutos de cada uno de los términos (concentración total de C02, proporciones de 13C02 y 14C02) pueden utilizarse en una serie de cálculos conocidos por los expertos en la técnica para derivar los datos de origen de C02 de fósil y biológicamente derivado. Como se describe previamente, tal simple tratamiento de datos isotópicos no es adecuado para soportar la comercialización de carbono, ya que carece de números de analizadores suficientes, inter-calibración y una apropiada integración del modelo sobre un área representativa. Para la ilustración se proporciona un ejemplo de un cálculo simple que deriva el componente de combustible fósil descrito por Levin, 2008:
Para estimar el C02 de combustible fósil regional de la concentración de 14C02 y C02 medidos se pueden utilizar las siguientes ecuaciones de balance de masa:
C02 medido = C02 biológico + C02 de fondo + C02 combustible fósil» y,
C02 medido (d 14Cmedido + 1000 °/oo) = C02 de fondo (d 1 Cde fondo + 1000 °/00) + co2 biológico (d Cbiológico + 1000 °/0O) + C02 combustible fósil (d 14C + 1000 °/0o)
En las ecuaciones anteriores, el C02 medido son las concentraciones de C02 observadas de la red de dispositivos, C02 de fondo representa la concentración de C02 en un sitio de aire limpio de referencia (por ejemplo, Globalview 2006) , C02 biológico es el componente biogénico regional, y C02 combustible fósil es el componente del combustible fósil para
la región de las mediciones. Las proporciones de 1C/12C de estos componentes en la notación delta son respectivamente, 14C delta medido, 14C delta biológico y 14C delta combustible fósil. 14C delta es la desviación °/00 de la proporción de 14c/12C de la actividad estándar de ácido oxálico NBS para descomposición (Stuiver y Potlatch 1977) .
De esta forma resolviendo los rendimientos del combustible fósil de C02 se produce la siguiente ecuación:
Combustible fósil de C02 = [C02 de fondo (d 14Cde fondo - d
^biológico) — C02 medido (d Cmetjid0 — d ^biológico) 1 / d C biológico + 1000 °/oo.
Por ejemplo, si la contribución media de combustibles fósiles se determinó para ser 1 ppmv del C02 total medido para el terreno dentro del arreglo, entonces utilizando los datos de Barford et al., 2001, un error de aproximadamente 10% sería inexplicable para representar de 1,440 toneladas métricas de C02 almacenado según opuesto a 1,600 toneladas métricas. Sobre bases de volumen en dólares, una diferencia de $3,200 hubiera sido el error. A escalas más grandes como las representadas por los estados y sobre regiones más grandes, tales errores se calcularían. Para 2008, de acuerdo con la agencia reportadora, Point Carbón (www.point.carbon.com) el volumen total en dólares de la
comercialización del carbono que representa todos los instrumentos financieros de carbono fue de aproximadamente $129 billones US, principalmente como un resultado de la comercialización dentro de la Unión Europea. De esta forma un 10% de error, si es representativo, representa aproximadamente $12.9 US billones de dólares. La complejidad de los datos producidos utilizando analizadores multi-isotópicos se ilustra en la Figura 23 y claramente requiere la integración apropiada de los datos-modelo para derivar el total de carbono para el área de 100 hectáreas. Un sistema de sistemas como se describe con el propósito de comercialización del carbono requiere componentes integrados a varias escalas de los analizadores para el análisis y la síntesis de los datos como se muestra en este ejemplo.
Por consiguiente, como se muestra en la Fig. 24, los dispositivos GMP podrían colocarse a través de escalas de países utilizando torres existentes y otras estructuras para alcanzar arriba de suelo, como es en el caso de escalas a nivel de USA y a través de los estados como se muestra para el estado de Maine (Fig. 25) . La Fig. 26 muestra la colocación de un sistema de sistemas para la Iniciativa de Invernadero Regional representando EUA del noreste. La Fig. 27 muestra la colocación de un sistema de sistemas para el Acuerdo de Gas de Invernadero del Oeste Medio. La Fig. 28 muestra la colocación de un sistema de sistemas para la Iniciativa del Clima Occidental. La Fig. 29 muestra la colocación de un sistema de sistemas para el Esquema de Comercialización de Intercambio de la Unión Europea para gases de invernadero. Para propósitos de ilustración solamente dispositivos GMP se colocaron aproximadamente a intervalos de 5 grados x 5 grados en latitud y longitud o en otras configuraciones según se determina necesario de acuerdo con la colocación inicial de los analizadores y otros factores. Las torres con alturas variables también pueden utilizarse para capturar datos adicionales para el flujo isotópico como una función de altura.
Ejemplo 2: Comercialización del carbono del Suelo Haciendo referencia a la Fig. 30 se proporciona una otra modalidad del sistema de sistemas. El depósito de carbono del suelo excede en mucho el de la biomasa inmóvil y en algunos aspectos puede ser más lábil que de la biomasa inmóvil. El calentamiento de latitudes más altas como se pronostica por modelos de la biosfera bajo C02 en aumento y el consecuente calentamiento de la superficie sugiere que grandes cantidades de carbono previamente secuestrado pueden liberarse. La liberación de carbono en el suelo se determina principalmente por la humedad y la temperatura del suelo (Amundson et al., 2008) y de esta forma es probable que sea altamente heterogéneo a través del territorio dependiente de un hospedero de factores. Por estas razones el flujo del suelo deberá determinarse y medirse en una amplia variedad de sitios para detectar la liberación del suelo con relación al calentamiento global. Además, son eligibles esfuerzos para secuestrar carbono en suelos en el intervalo de tierras agrícolas a praderas para las compensaciones de la comercialización del carbono (CCX 2010) pero se basan en sobre-simplificaciones y estimaciones brutas. Un sistema de sistemas como se describe en la presente:
(1) Proporciona la señal de 14C02 para combustible fósil de C02, la señal de 13C02 para C02 biogénico y 12C02 total medido a intervalos de tiempo especificados de aproximadamente 1 muestra por minuto como se integra con cámaras de flujo de suelo y fuentes de gas de sonda de suelo. Las torres de covarianza de remolino también deberán utilizarse como se describe anteriormente para el muestreo forestal con una frecuencia de muestra de 1 a 10 Hercios idealmente puede ser de hasta 100 Hz . Con respecto a la configuración de la covarianza de remolino GMP de carbono forestal, esto se aplica a las cámaras de muestra de suelo y sondas de suelo.
(2) Proporciona una red inter-calibrada de analizadores para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La colocación de las cámaras y sondas de gas de suelo puede ser de acuerdo con un análisis estadístico del área, para asegurar datos representativos. El número, alturas, y configuración de las mediciones de la covarianza de remolino pueden depender de factores tales como topografía, fuerza de las fluctuaciones diurnas de C02 y los patrones del viento. Sin embargo las alturas de las torres pueden relajarse en cuanto a configuración en donde la capa de vegetación está cerca de la superficie como en pastizales, praderas, etc., en el intervalo de varios metros a 30 metros.
3) Proporciona al sistema de telemetría transmitir los datos a una ubicación central.
(4) Proporciona el análisis de los datos y la integración del modelo.
Al igual que la medición del CO2 total en la atmósfera no revelas fuentes (depósitos) del C02 , el C02 del suelo en la atmósfera no revela los componentes de origen con relación al C02 total. En el caso del suelo, sin embargo, las varias fuentes de carbono (haciendo referencia a la Fig. 30) de interés se refieren a la edad del carbono en lugar de a la distinción entre carbono biogénico frente a fósil. Específicamente, la liberación a gran escala de un carbono de suelo muy viejo en el intervalo de 2 a 8,000 años de edad significaría que el carbono previamente secuestrado podría liberarse y potencialmente asegurar una gran fuente de carbono para la atmósfera que tendría consecuencias significativas para el presupuesto de radiación de la atmósfera .
Existe un número de tecnologías bien desarrolladas para automáticamente muestrear el gas del suelo por arriba de la tierra para el flujo de suelo integrado. Tal dispositivo se fabrica por Li-COR Bioscience Corp., Lincoln, NB, modelo LI-8100-101 y LI-8100-104, Sistema de Flujo de C02 de Suelo Automatizado. El dispositivo nombrado específicamente diseñado para uso en cámaras múltiples, ofrece una alta resolución espacial y temporal del los índices de flujo del C02 del suelo. El sistema describe cámaras que automáticamente se abren y cierran a intervalos especificados para evitar artefactos de la absorción de C02 y la fuga en largos períodos de tiempo causada por pequeños cambios de presión. Tales cámaras son vendidas por LI-COR y pueden operarse remotamente en condiciones de ventosas y calmadas.
Además de los monitores de gas de suelo, la colocación de configuraciones de covarianza de remolino también es requerida para documentar la acumulación de gas en el suelo en un entorno cerca de la superficie. Por consiguiente, los índices de covarianza de remolino acumulados pueden ser tan rápidos como de <1 segundo. De esta forma tal sistema de sistemas que incorpora los dispositivos LI-COR junto con el GMP y y se localizan en ensambles y además están soportados por el método de covarianza de remolino serán altamente valiosos en la determinación de la liberación o secuestro de carbono para un área dada.
Adicionalmente , los dispositivos comerciales para muestreo de la atmósfera de C02 en el suelo a profundidad también están disponibles, tales como los descritos por Vaisala, Inc., sonda de dióxido de carbono Modelo GMP3431, operados en el modo de flujo de paso. En la práctica, los expertos en la técnica de muestreo de gas del sub-suelo reconocerán un número de métodos para la capturar muestras de gas a profundidad para análisis.
De esta forma como se muestra en la Fig. 30, una unidad GMP 600 acoplada a cualquier número de cámaras de muestreo de suelo en la superficie 601 y/o a cualquier número de sistemas de muestreo de la sub-superf icie 602, 603 y 604 combinados en un múltiple de muestra 605 podrían detectar individualmente y a través de un terreo la liberación de carbono del suelo o secuestro del carbono del suelo. La cámara de flujo de suelo anterior 601 proporciona una muestra de gas de suelo integrada que resulta de la columna de suelo completa 609 y de esta forma representa un promedio de la composición de gas en el suelo. Las sondas de suelo a diferentes profundidades 602, 603 y 604 integradas con un múltiple de muestra 605 proporciona la composición del suelo característica de cada capa del suelo. El suelo moderno 606 contendrá mayores concentraciones de 14C que los suelos más antiguos 607 y 608 a prof ndidades mayores en la columna del suelo. En esta ilustración particular, el flujo de carbono isotópico del suelo puede ser medido directamente combinando los índices de flujo del suelo dados como cantidad de C02 fósil y biogénico liberado de un área dada durante un período de tiempo definido. Por consiguiente, el uso de modelos apropiados tales como los descritos en Amundson et al., 2008 pueden utilizarse junto con datos isotópicos para derivar toneladas métricas de carbono como liberado o secuestrado. Como se indica anteriormente, el uso de la covarianza de remolino puede integrar la acumulación de gas del suelo y gas en el entorno cerca de la superficie para completamente definir el flujo de carbono para un área dada durante un período de tiempo dado.
El método del sistema de sistemas como se describe en la presente puede utilizarse para medir y monitorear el flujo de C02 del suelo con relación a las estrategias de conservación del suelo tales como método no de labrado y de replantación de suelos áridos (por ejemplo, Schlesinger 2000) y de esta forma proporciona medios para definir la capacidad de un suelo para el secuestro de carbono bajo una variedad de condiciones. Tal sistema de sistemas es claramente necesario para las mediciones de carbono en el suelo. Como se describe previamente, el Intercambio de Clima de Chicago proporciona índices estimados de secuestro para grandes distancias de tierra con base solo en modelos (CCX 2010) . Tales modelos no toman en consideración factores tales como la humedad del suelo, la temperatura cambiante de la superficie y la aplicación de nutrientes como fertilizantes y de esta forma crea incertidumbres que pueden conducir a métricos de carbono erróneos para la comercialización del carbono del suelo. El uso del sistema de sistemas como se describe en la presente, presenta medios para reducir tal incertidumbre y dar como resultado un flujo de carbono verificado que después puede utilizarse para meter el carbono del suelo en el mercado. El uso del sistema de sistemas como se describe en la presente proporciona varios tipos de productos financieros de carbono en el suelo, tales como flujo de carbono en suelo según relacionado con las prácticas administrativas de una tierra específica (por ejemplo, plantación de especies de plantas particulares, método de labranza, aplicación de nutrientes, etc.). Como se describe anteriormente para la comercialización del carbono forestal, el sistema de sistemas puede utilizarse para cuantificar dinámicos de carbono en áreas en donde se utiliza una variedad de prácticas administrativas de suelo y vegetació9n para la industria y/o de acuerdo con el tipo de ecosistema del suelo.
Ejemplo 3: Comercialización de Emisiones Agrícolas Haciendo referencia a la Fig. 31 se proporciona otra modalidad del sistema de sistemas. De acuerdo con la Fig. 31, se definen campos agrícolas 350 en una ubicación dada. En el centro de cualquier campo dado o series de campos se estableció una torre de flujo de correlación de molino 351 la cual :
1) Proporciona la señal 14C02 para combustible fósil de C02, la señal 13C02 para C02 biogénico y 12C02 total medido a una rápida velocidad of aproximadamente 1 a 10 Hz idealmente pero hasta a 100 Hz permitiendo la integración con el método de covarianza de remolino.
2) Proporciona una red de analizadores inter-calibrados para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La configuración y la altura de las torres para la covarianza de remolino proporcionará la extensión por arriba de la superficie de cosecha y de esta forma puede estar en el intervalo de varios metros a 30 metros determinando el número de GMP a través de la fuerza de señal, patrones del viento y otros factores que proporcionan la capacidad detectar el perfil isotópico para la ciclación del carbono agrícola. La colocación inicial de los GMP puede ser necesaria para la colocación óptima de los analizadores GMP.
3) Proporciona un sistema de telemetría para transmitir datos a una ubicación central.
4) Proporciona el análisis de los datos y la integración del modelo.
Actualmente, la verificación del intercambio y almacenamiento de carbono agrícola es una de las áreas más difíciles. La dificultad se entiende fácilmente cuando se considera que las plantas se cultivan en una base anual o semi-anual y después se eliminan de la superficie de la tierra. De esta forma una contabilización completa de los presupuestos de para agricultura debe tomar en cuenta la biomasa removida de la tierra y la recolocación de la tierra con una nueva capa de cosecha. Además, las prácticas agrícolas a través de la naturaleza involucran cavar y en muchos casos invertir el suelo permitiendo que los componentes del carbono en el suelo se liberen a la atmósfera por oxidación. Además, el uso de fertilizantes también se considera en los términos de presupuesto global, ya que los fertilizantes se aplican con un costo para el cultivador, y su producción involucra la generación de gases de invernadero. En este caso de nuevo, aunque pueden plantarse grandes áreas de tierra agrícola con una cosecha, cada una de tales áreas de diferentes cosechas es provista con un sistema de sistemas de covarianza de remolino. Por consiguiente, las medidas utilizadas por CCX (CCX 2009) por ejemplo, falta de precisión y aplicación en ciego a todas las tierras a pesar de las obvias diferencias en la plantación y cosechas específicas, y de esta forma resulta en incertidumbre potencial en errores en la comercialización del carbono que podrían minimizarse a través del uso de un método del sistema de sistemas como se describe en la presente.
Otro método involucra modelos que se parametrizan con cualquier número de grupos de datos del suelo que representan análisis de muestras en campo sobre grandes áreas. Uno de tales productos, C-Lock (Updegraff et al., 2005) utiliza tal sistema. Los índices de secuestro de carbono se clasifican esencialmente en nada de labranza o labranza convencional y aplicados ciegamente a través de grandes áreas de tierra. El método C-Lock se basa en el modelo de carbono orgánico en suelo conocido como Century (Parton et al., 1993) y se utiliza sin examinación adicional del contenido del carbono en el suelo de los factores que pueden alterar tal contenido, incluyendo variaciones en los factores climáticos de lluvias, cambios de vegetación y administración de la tierra. De esta forma como con el flujo de carbono forestal y su relación con la cotización del carbono, los productos financieros del carbono agrícola como se describen en la presente son desconocidos o no se sugieren y ningún sistema de sistemas para medir, monitorear, verificar y contabilizar el flujo de carbono ha sido implementado .
De acuerdo con una modalidad del sistema de sistemas descrito en la presente, un grupo de estaciones de monitoreo colocado dentro de una cuadrícula siempre de la tierra agrícola puede recolectarse como se describe anteriormente. Un sistema comercialmente disponibles, tal como el sistema de covarianza de remolino disponible de Campbell Scientific, UK puede desplegarse e integrarse con un analizador GMP de 13C y 14C a intervalos de 100 metros cuadrados a 1000 metros cuadrados y múltiples dependiendo del tamaño del área agrícola a ser estudiada. Se adquirió un inventario de 13C, 14C y la concentración de C02 como se describe anteriormente. En este caso, la biomasa cosechada cuantificada en peso y el carbono orgánico en suelo a intervalos para comparar la colocación del dispositivo GMP puede ser medido mediante técnicas de análisis de suelo estándar; todas las prácticas conocidas por los expertos en la técnica administración agrícola y de suelo. De esta forma la aplicación del sistema de sistemas junto con modelos conocidos de administración agrícola puede reducir incertidumbres para métricos de carbono requeridos para la comercialización del carbono representando una variedad de prácticas agrícolas.
Se observó que las recomendaciones y requerimientos para la reducción de emisiones agrícolas provistas por CCX (CCX 2010) se enfocan en la destrucción del metano producido por digestores de abono. En el caso de una pequeña fuente de punto individual, la destrucción del metano se verificó flamendo el metano en ventilador. Sin embargo se observó anteriormente que los más grandes aspectos del flujo de carbono de áreas agrícolas se trató como estimados y de esta forma propensas a error. En el caso de manejo de rumiantes se observó que la adición de nutrientes del abono al terreno no se toma en cuenta aun cuando es claro que las emisiones de la tierra manejadas con relación al manejo de rumiantes también deben considerarse. Aunque las modalidades descritas en la presente proporcionan ejemplos para C02, el sistema de sistemas es aplicable a cualquier gas de invernadero tal como metano y óxido nitroso.
Ejemplo 4: Comercialización de Emisiones de Carbono para Cuerpos de Agua (por ejemplo. Océano)
Haciendo referencia a la Fig. 32, se describe una modalidad adecuada para la determinación de intercambio de carbono oceánico. Existe un considerable interés en el secuestro de carbono por medio del océano inducido por óxidos de hierro colocados en aguas en la superficie como un medio para "fertilizar el océano" . La fertilización del hierro del océano trabaja para mejorar la eficiencia de la producción de fitoplancton de natural en el océano abierto. El fitoplancton es responsable de aproximadamente la mitad de la capacidad de absorción de C02 anual mundial. Ya que continuamente florece, madura y muere en un ciclo de vida de 60 días, una porción de los depósitos de biomasa a profundidad, bloquean el carbono por largos períodos de tiempo. Este proceso, denominado "bomba biológica" es uno de los mecanismos ecológicos más antiguos en la Tierra. Sobre los últimos varios cientos de millones de años han ayudado concentrar cerca del 90% de todo el carbono móvil en el océano profundo como sedimentos y bicarbonatos disueltos. Sin embargo como un mecanismo para secuestrar carbono directamente de la atmósfera, la medición, monitoreo, verificación y contabilización del carbono secuestrado de la fertilización de hierro no se ha implementado .
En varios aspectos el océano ha sido tratado como los bosques del mundo de acuerdo con el Protocolo Kyoto en donde los océanos del mundo no están incluidos como elegibles para créditos de carbono aún cuando los océanos son la fuente y el depósito principal de C02. Aunque los peligros de alterar grandes porciones del ciclo de carbono del océano naturales son reales y deberán considerarse un esfuerzo de geo-ingeniería, un impedimento primario para la reducción del carbono a través de océano también está relacionado con la falta de datos del flujo de carbono para los océanos del mundo y la capacidad para medir y monitorear cercanamente los cambios en los flujos de carbono del océano. El sistema de sistemas GMP puede desplegarse en gran parte en la misma forma que para los bosques . En lugar de torres para soportar los ensambles GMP, podrían utilizarse boyas oceánicas como monitores de superficie y podrían equiparse con hardware de muestreo para muestrear el agua a profundidades deseadas. Como para los bosques, la composición isotópica de 13C y 14C de carbono en agua del mar son diagnósticos clave que indican el funcionamiento de los dinámicos del carbono oceánico (por ejemplo, Cias et al., 1995; Broecker 2007). En el caso de 14C un la señal de 14C temporal como un resultado del uso de la bomba de hidrógeno creó un pulso de 14C hecho por el hombre que provee una señal conveniente para medir índices de flujo de carbono en el océano. En el caso de 13C, la biología del agua del mar fracciona 13C durante la fotosíntesis y la respiración en una forma similar a la de las plantas terrestres. Sin embargo en cuanto a los bosques, los dinámicos del carbono oceánico no se miden con suficiente frecuencia o cobertura espacial para proveer un claro patrón y la tendencia en el flujo del carbono oceánico.
Varias compañías están buscando comercializara el proceso (por ejemplo, www.CLIMOS.com) pero no han propuesto medios efectivos para medir, monitorear, reportar y verificar las emisiones para los esquemas de comercialización del carbono. Sin embargo es difícil evaluar la efectividad del intercambio de carbono oceánico y el secuestro con química oceánica y separación de los gases disueltos del agua oceánica. Típicamente, la separación de los gases disueltos del agua oceánica es un proceso casi automático que resulta en muestras en matraces de gas similares a las obtenidas del aire entero que después se analizan individualmente utilizando técnicas IRMS. El sistema de sistemas como se describe en la presente es fácilmente aplicable, el cual: 1 ) Proporciona la señal C02 para combustible fósil de C02 , la señal 13C02 para C02 biogénico y 12C02 total medido intervalos de una hora o menos con integración de un extractor de C02 extractor de agua del mar con un GMP y sus ensambles.
2 ) Proporciona una red de analizadores inter-calibrados montados en boyas oceánicas para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La colocación en la superficie puede depender de la fuerza de la señal y puede determinarse a través de la prueba inicial de las configuraciones para adaptar la señal y el área de interés.
(3) Proporciona un sistema de telemetría para transmitir datos a una ubicación central.
( 4 ) Proporciona el análisis de los datos y la integración del modelo.
De esta forma a sistema de sistemas podría operar remotamente en un ensamble de boyas de instrumento que cubren áreas oceánicas específicas para medir los gases atmosféricos en la parte superior del océano. Podrían utilizarse membranas selectivas o dispositivos separadores de gas automatizados para muestrear los gases oceánicos disueltos de muestra como se integran con el GMP. Un dispositivos para extracción de C02 del agua del mar está comercialmente disponible de Axys Technologies, Sidney, British Columbia, modelo Greenhouse Gas Sentinel.
Alternativamente, el analizador isotópico GMP se operaría a bordo haciendo mediciones esencialmente continuas para 14C y 13C02 (por ejemplo, McNichols et al., 2002). Haciendo referencia a la Fig. 31, el agua del mar a través de una entrada submarina 300 se extrae dentro de una unidad de extracción de gas 301. El gas se extrae y acondiciona como se describe anteriormente por barredores y secadores y después se bombea dentro del analizador isotópico 302. Los datos isotópicos y relacionados con el sensor se trasmiten a través del sistema SCADA a bordo 303. Las boyas, la separación del gas y los métodos relacionados con bien conocidos por los expertos en la técnica de muestreo de gas oceánico. De esta forma el uso del sistema de sistemas permitirá la medición, monitoreo y reporte a base de estándares, continuos del intercambio de carbono en el océano para cuantificar el secuestro del carbono oceánico como un resultado de las estrategias de mitigación atmosférica o como un resultado del cambio de las condiciones globales. El océano, que representa un un gran depósito o fuente potencial de C02 es un área crítica para la cuantificación que involucraría la comercialización del carbono.
Ejemplo 5: Comercialización de las Emisiones de Carbono a Escala de Ciudad.
Haciendo referencia a la Fig. 33, se ilustra una aplicación del presupuesto de carbono a escala urbana para Manhattan, Y. Los presupuestos de gas de invernadero de grandes ciudades en algunos casos pueden representar la mayoría de las emisiones para un estado o región dada. De esta forma un método que cuantifica las emisiones de la actividad a nivel urbano sería altamente valioso en un plan de presupuesto de carbono global. Las fuentes de emisiones principales al nivel urbano están en el intervalo de industrial (gas natural y combustibles) a generación de energía (carbón, combustibles) a automóviles (gas, diesel). Un sistema de sistemas a nivel urbano puede aplicarse fácilmente para mediciones y monitoreo a nivel urbano, el cual :
1) Proporciona la señal 14C02 para combustible fósil de C02, la señal 13C02 para C02 biogénico y 12C02 total medido en una variedad de ubicaciones y elevaciones en un programa de análisis de muestras por hora o menor. Las aplicaciones de covarianza de remolino con índices de muestreo de 1 a 10 Hz idealmente pero de hasta 100 Hz .
2) Proporciona una red de analizadores inter-calibrados para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La colocación del dispositivo puede depender de las estructuras estables y la proximidad de los bordes, cuerpos de agua, etc., pero no menos de 1 GMP por milla cuadrada hasta 1 GMP cada 10 millas cuadradas de terreno urbano .
3) Proporciona un sistema de telemetría para transmitir datos a una ubicación central.
4) Proporciona el análisis de los datos y la integración del modelo.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 33, los analizadores multi - isotópicos se colocan a intervalos de aproximadamente de 10 a 20 millas a lo largo de la costa de Manhattan con analizadores adicionales como se muestra para capturar emisiones del interior del entorno urbano. Como se describe en la Figura 2, un analizador multi-isotópico puede diferenciar fuentes de C02 de fuentes fósiles o biogénicas incluyendo la diferenciación del C02 del gas natural de C02 de carbón y combustible de automóvil. Tales mediciones pueden utilizarse para cuantificar compensaciones en emisiones de automóviles, emisiones industriales y el uso de combustibles sólidos. Por ejemplo, el plan de reducción AB32 de California involucra la reducción sustancial de emisiones de tractores de trabajo pesado que jalan tráileres de tipo caja de 16 metros (53 pies) o más largos (www.arb.ca.gov). Un sistema de sistemas proporciona una medición integrada de tales emisiones para la ciudad de Manhattan además de utilizar otras emisiones. Las emisiones de carbono de actividades a nivel individual de transporte de pasajeros y uso de energía en edificios residenciales representa aproximadamente 40 por ciento de todas las emisiones de carbono de EUA en 2005 (Brown et . al. 2001) . De esta forma un sistema de sistemas como se describe en la presente.
Ya que está ausente un gran brinco hacia adelante en la tecnología de energía baja en carbono, enfrentando el reto presentado por el cambio climático requeriría que los individuos, grupos familiares, y comunidades, todos formen parte del proceso, con códigos de edificios, inversiones en infraestructura de transporte, y soporte para alternativas de transporte. Reconociendo esto, muchas ciudades han desarrollado planes de acción climáticos, que contienen una mezcla diferente de principalmente proposiciones para la reducción de emisiones de gas de invernadero voluntarias. Sin embargo como se ha propuesto por Salón et al. (2008), los presupuestos de carbono urbanos son necesarios para desarrollar un instrumento de política climática para gobiernos locales.
Los estándares y métodos para cuantificar emisiones de varias fuentes urbanas requerirán que ambos 13C y 14C sean medidos e integrados dentro de la estructura del análisis del presupuesto. Tal estructura consistiría de varios métodos de asignación de presupuesto incluyendo:
1. Concesión de la asignación a través de subastas,
2. Concesión uniforme de asignación sobre bases per capita,
3. Utilizar emisiones actuales per capita como un punto de partida y transformarse gradualmente en una concesión de asignación uniforme sobre bases per capita, y,
4. Utilizar las emisiones actuales per capita como un punto de partida y reducir la concesión de asignaciones en el mismo porcentaje para todas las localidades.
Sin embargo son pocas, sino es que ninguna, las mediciones directas que se han propuesto para la administración o cumplimiento de las emisiones, y de esta forma las reducciones y otras acciones con base en estimaciones pueden estar significativamente erróneas y ser costosas. De esta forma el uso del sistema de sistemas sería altamente valioso para establecer presupuestos y verificar los datos estimados de las mediciones para entornos a escala urbana .
El sistema de sistemas se colocaría estratégicamente a lo largo de un territorio a escala urbana. La recolección de los datos de 12C, 13C, 14C y otras especies tales como monóxido de carbono (CO) se recolectarían y transmitirían como se describe anteriormente. Los datos transmitidos después se utilizarían en modelos ya desarrollados que incorporan datos meteorológicos en tiempo real para vientos, etc. En ubicaciones selectas podría utilizarse una torre de covarianza de remolino, también comercialmente disponible, para aumentar los datos y establecer patrones de flujo para áreas de la ciudad específicas. Este concepto también se ilustra en la Fig. 32 para la Ciudad de Nueva York en una modalidad. El panel izquierdo inferior muestra las ubicaciones del sitio GMP a lo largo de ambas costas de Manhattan con un sitio de Manhattan medio central . Otras ubicaciones del GMP se muestrean en el este y oeste de Manhattan para propósitos de ilustración. El aparato GMP puede localizarse en la parte superior de los edificios y por arriba de la capa del suelo asegurando aire bien mezclado.
Un experto en la técnica de las emisiones de gas de fuentes urbanas puede fácilmente ver que las emisiones de carbono de los automóviles tendrán un perfil isotópico de 13C y 14C que es diferente y detectable de las emisiones basadas en gas natural y carbón. Todas las fuentes de combustible fósil no tendrán esencialmente 14C creando un valor de - 1000 por mil de 14C02 - Sin embargo existe suficiente intervalo en la composición isotópica en proporciones de 13C02 para separar el combustible de gas (combustibles de automóvil) de carbón y gas natural como se ilustra en la Fig. 2. Además, como una medida del uso de líneas de mezcla de combustibles bio-basados de -1000 a 14C moderno podrían utilizarse (ver Fig. 2) . De esta forma El GMP y el sistema de sistemas serían importantes en el detalle de presupuestos de carbono. Los datos isotópicos se utilizarían para construir amplias zonas urbanas detalladas de niveles de emisiones cuando se acoplan con modelos meteorológicos, y tales datos podrían utilizarse en casos en donde pueden verificarse las reducciones para entrar en mercados de comercialización en donde tales créditos (créditos de reducción) pueden registrarse y comercializarse por consiguiente (por ejemplo, Iniciativa de Gas de Invernadero Regional., RGGI , 2009) .
Ejemplo 6: Comercialización de Emisiones de Secuestro de Carbono
Haciendo referencia a la Fig. 34 se describe una aplicación de ejemplo al secuestro de carbono de emisiones de carbono de planta de energía. La medición, monitoreo, verificación y contabilización (MVA) se han identificado como una de las formas más importantes para proyectos de captura y almacenamiento de carbono (CCS) que son seguros y confiables. La fuga asociada con pozos de inyección, pozos abandonados inapropiadamente sellados, o fallas y fracturas no identificadas/pobremente caracterizadas, puede resultar en fuentes de C02 de punto, línea o área de intensidad variable. Los sistemas de medición y monitoreo confiables, con la sensibilidad y resolución requeridas, por consiguiente deben estar disponibles para un intervalo de escenarios de fuga. La detección y caracterización de fuga de C02 potencial de sitios CCS puede ser retador en el entorno cerca de la superficie debido a la gran variación espacial y temporal en flujos de C02 de fondo (por ejemplo, Oldenburg et al., 2003; Lewicki et al., 2005; 2009; Leuning et al., 2008). También, el área de una fuga de C02 de superficie dada podría ser de varios órdenes de magnitud menores que el área total (por ejemplo, ~100 km2) del depósito de C02 por arriba del cual el monitoreo se llevaría a cabo. En consecuencia, las tecnologías de monitoreo innovadoras y avanzadas son requeridas con la capacidad detectar, localizar, y cuantificar señales de fuga de C02 con magnitud y área potencialmente pequeña, con relación a las variaciones de C02 de fondo y el área total de investigación, respectivamente.
Como se muestra en la Fig. 2, es claro que las proporciones de 13C no pueden distinguirse entre fuentes de combustible fósil y biogénico. Ni tampoco los datos de la concentración total de C02 a ser utilizados para inequívocamente identificar la fuga de C02 de combustible fósil derivado de un sitio de captura y almacenamiento de carbono. Una diferente señal para combustible fósil puede inequívocamente encontrarse en proporciones de 14C solas. Sin embargo como se puede apreciar en la evaluación de la fuga de un proyecto de secuestro de carbono a gran escala, la fuga del C02 derivado de combustible fósil almacenado en la mayor parte de los casos se mezclará con C02 biogénico según se difunde a través de suelos, plantas y cuerpos de agua locales. Haciendo referencia a la Fig. 34 de nuevo, el objetivo primario del secuestro y la captura de carbono es esencialmente sepultar el C02 en forma gaseosa según sale de las plantas de energía o se transporta a través de la tubería desde una instalación de almacenamiento central. El entierro puede tomar lugar en una amplia variedad de formaciones geológicas en la tierra y en el mar. Sin embargo una característica central del método es la fuga insignificante después del entierro y tapar la ubicación del entierro. En la mayor parte de los casos el área potencialmente afectada es de muchas millas cuadradas y de esta forma el método del sistema de sistemas es muy adecuado para esta aplicación distribuidas que:
1) Proporciona la señal 14C02 para combustible fósil de C02, la señal 13C02 para C02 biogénico y 12C02 total medido para la covarianza de remolino (velocidad de muestreo de 1 a 10 Hz idealmente, hasta 100 Hz) , las corriente seleccionadas de gas, el gas del suelo en la superficie y a profundidad y el C02 extraído del agua del suelo.
2) Proporciona una red de analizadores inter-calibrados para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La colocación puede depender del perfil geológico del sitio de inyección y podría estar en el intervalo de 1 GMP cada milla cuadrada a una unidad cada 10 a 20 millas cuadradas. Las ubicaciones de los analizadores pueden colocare en proximidad a áreas particularmente lábiles a la fuga (por ejemplo, cabezas de pozo, fallas) .
3) Proporciona un sistema de telemetría para transmitir datos a una ubicación central .
4) Proporciona el análisis de los datos y la integración del modelo.
Los analizadores GMP recibirán gas de áreas seleccionadas mediante líneas de muestra de fuentes específicas incluyendo cabezas de pozo 700, 701, 702, cámaras de flujo de superficie de suelo 710 y 711, sondas de recolección de suelo enterradas a varias profundidades 710, 711, C02 extraído del agua del suelo 703, 704, cuerpos de agua locales, sitios de monitoreo de orificios hacia abajo, y torres de flujo de remolino en áreas forestales 708, 709. De acuerdo con la Fig. 2 el sistema de sistemas que utiliza el m analizador multi - isotópico puede distinguir gas C02 puro derivado de fósil con proporciones de 14C de -1000 por mil y C02 derivado pre-biogénicos con proporciones de 14C de moderno (aprox. de 1 a 50 por mil) , así como mezclas a lo largo de la línea de mezclado para ambos miembros finales. El intervalo para 13C02 es de aproximadamente -10 por mil para emisiones de puras de pastizales (pastos C4) a aproximadamente -30 por mil representando C02 a base de C3 típico derivado de biomasa. Haciendo referencia a la Figura 34, la fuga de C02 puede ocurrir junto con fallas 705, 706, 707 y de esta forma es requerida una variedad de métodos detección como se describe anteriormente para detectar la fuga aún a índices muy bajos. Por ejemplo, un índice de fuga de 1.0%, 0.1% y .01% del secuestro total de 100,000 toneladas de C02 dará como resultado una pérdida de 1000, 100 y 10 toneladas por año respectivamente. Como se describe previamente, el muestreo de la concentración de 1 C02 aún a muy bajos niveles (por ejemplo, sub ppm) puede lograrse utilizando el proceso de trampa criogénica y de esta forma proveer una determinación del grado de fuga efectiva a muy bajos niveles.
De esta forma una combinación de métodos descritos en los ejemplos anteriores (suelo, bosque, oceánico, agrícola) puede utilizarse en combinación con inequívocamente identificar el C02 derivado de combustible fósil y posteriormente enterrado. La colocación de las ubicaciones del muestreo de gas puede incluir, sin limitación, flujo de gas de las estructuras de tubería así como la cabeza del pozo, estructuras hacia adentro del orificio o en la superficie, ubicaciones en la superficie de la tierra incluyendo flujo de superficie del suelo, torres de correlación de remolino, y muestreo a profundidad de suelo del perfil del suelo del gas.
Ejemplo 7: Comercialización de Emisiones de Carbono del Gas de Chimenea
Haciendo referencia a la Fig. 35 se describe el ejemplo de medición y monitoreo para establecer el C02 derivado de combustible fósil y biogénico de la planta de energía y otras actividades industriales. Las emisiones de la planta de energía están entre las fuentes clave que actualmente se identifican en esquemas de comercialización existentes como se especifica por el Protocolo Kyoto y colocadas en la práctica en EU ETS y otros grupos de comercialización. Sin embargo los datos actuales de las emisiones no son la fuente primaria de la información de tales fuentes, sino más bien, se utilizan estimaciones con base en tipo de combustible quemado, eficiencia de combustión y otros factores que pertenecen a la eficiencia de la quemazón de combustible, índices de consumo de combustible, etc. De esta forma para las fuentes de punto más visibles y directamente cuantificables de emisiones de C02 bajo programas reguladores y voluntarios, las mediciones actuales no se utilizan rutinariamente para verificar presupuestos y reportes de emisiones.
Además, es cada más claro que la combustión de los materiales biogénicos incluyendo todos los tipos de biocombustibles crea un método clave para el compromiso de reducir emisiones ya que todo el uso de biocombustible está acreditado como "neutral-climático" y por consiguiente las emisiones de C02 no se someten a regulaciones o límites en la comercialización del carbono. De esta forma un método de flujo confiable y continuo para diferenciar entre emisiones de dióxido de carbono fósil y biogénico sería altamente valioso para los que utilizan materiales de origen biogénico en plantas de energía y otras actividades industriales. Actualmente, cualquier material de origen como sólido o líquido se somete al análisis de 14C manual utilizando conteo por cintilacion o Espectrometría de Masa Aceleradora (AMD) de acuerdo con el método estándar de ASTM D6866 (Staber et al. 2008; Reddy et al., 2008). La aplicación racional de este método es bien entendida y se basa en la mezcla de los miembros finales de C02 puro derivado de fósil y C02 puro derivado biogénico como se ilustra gráficamente en la Fig. 2.
Una determinación que verifica la mezcla de la fuente derivada de fósil y biogénica en la combustión se basa en una medición directa del % del contenido renovable frente al % contenido de fósil, de por ejemplo, mezclas de gasolina independientemente de la composición química. Al hacer esto, se identifican mezclas de combustibles que contienen etanol renovable frente a etanol sintético derivado de carbón o gas natural. De esta forma un sistema de sistemas que muestrea ya sea gas combustible o directamente la combustión de mezclas de combustible líquido y posteriormente analiza el C02 resultante es valioso. Ya que el etanol renovable se sintetiza de plantas de día modernas y la gasolina misma se sintetiza de petróleo fósil, una medición en la mezcla cuantificará directamente la cantidad de etanol renovable en esa mezcla. Por ejemplo, una mezcla que contiene 10% de etanol renovable dará un resultado de 10% de contenido renovable, mientras una mezcla que contiene 10% de etanol sintético dará un resultado de 0% de contenido renovable, aunque en ambos casos está presente 10% de etanol en la mezcla de gasolina. Esta caracterización soporta el objetivo previsto subyacente detrás del uso de bio-etanol. También adiciona protección a los participantes domésticos en la ausencia del origen verdaderamente verificable del etanol. El método utilizado con el sistema de sistemas también puede utilizarse para la verificación de bio-diesel y productos derivados de bio-diesel tales como lubricantes. Como con la combustión de fuente estacionaria, cualquier proceso industrial que genere C02 durante el proceso de combustión puede utilizar el sistema de sistemas para estimar la fracción neutral de carbono del C02 emitido total.
Algunos procesos industriales que liberan C02 incluyen, pero no se limitan a la producción de aluminio, producción de amoníaco, producción de cemento, producción de escoria de hulla, (incluyendo C02 emitido de la producción de cal) , producción de metal, producción de hidrógeno, producción de metanol, hierro y producción de acero, y producción de carbonato sódico.
Otros procesos industriales realizan la combustión de desperdicios para generar electricidad, liberando C02 como un sub-producto resultante. Un GMP cuantifica el C02 neutral de carbono dentro de las emisiones de las instalaciones. La combustión del material de desperdicio y cieno de agua residual son ejemplos de desperdicios sometidos a combustión.
Los ejemplos de Industrias que someten a combustión desperdicios para producir electricidad son los sectores que eliminan desperdicios de papel/pulpa, y desperdicios médicos. Los residuos de la cosecha que se queman es otra aplicación agrícola que puede utilizar el GMP para propósitos de monitoreo. Por ejemplo, la quema de los residuos de la cosecha en la producción de etanol puede medirse y monitorearse con el GMP, proveyendo una nueva fuente de créditos de carbono. Como con la combustión de la fuente estacionaria, el C02 neutral de carbono liberado en el proceso de combustión puede determinarse.
La aplicación de un GMP para derivar un "contenido de C0 en la biomasa" para efluentes de dióxido de carbono se construye en algunos conceptos similares a los utilizados por el Departamento de Agricultura de EUA para derivar el contenido biobasado de productos fabricados que contienen carbono de biomasa. Esto se hace comparando una cantidad relativa de radiocarbono (14C) en una muestra desconocida a la del estándar de referencia moderno. La proporción en la biomasa contemporánea será de 100% y la proporción en los materiales fósiles será de cero. El dióxido de carbono derivado de la combustión de una mezcla de carbono de biomasa y fósil actual producirá un resultado de GMP que se correlaciona directamente con la cantidad de carbono de biomasa sometido a combustión y a C02 neutral de carbono generado .
El GMP puede calibrarse contra el estándar de referencia moderno provisto por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) con un contenido de radiocarbono definido de 100% de carbono contemporáneo para el año 1950 DC. El año 1950 DC se seleccionó ya que representa un tiempo antes de la prueba de las armas termonucleares que introdujeron grandes cantidades de radiocarbono en exceso en la atmósfera con cada explosión (denominado "carbono de bomba") . Esto fue un punto lógico en el tiempo para utilizarse como una referencia ya que este carbono de bomba en exceso cambiaría con el aumento o disminución de las pruebas de armas. En ciertas modalidades, la corrección fija de este efecto se aplicaría en las aplicaciones del GMP, aplicando específicamente al carbono eliminado de los depósitos de C02 atmosféricos desde aproximadamente 1996.
Los resultados del GMP se relacionan directamente con el porcentaje de C02 neutral de carbono en un efluente de incineración. Un valor de 71% de contenido renovable medido en el efluente de C02 indicaría que el 71% del C02 consumido fue de la biomasa (29% de combustible fósil) . Esto no representa el peso de la biomasa sometida a combustión o el peso del combustible fósil sometido a combustión. Esto es ventajoso ya que el peso de los combustibles se relaciona indirectamente con la captura de dióxido de carbono de la atmósfera. El compuesto de captura de respiración fue dióxido de carbono y el efluente de combustión fue dióxido de carbono. El resultado del GMP se relacionará directa y específicamente con la cantidad de C02 de carbono biogénico/neutral consumido y expelido.
En la presente se ilustra un ejemplo específico de la aplicación haciendo referencia a la Fig. 35. Un porcentaje de mezcla en volumen/volumen de biodiesel en una mezcla de combustible realística puede estimarse con base en su contenido de 1C, como sigue. En primer lugar, el carbono de la mezcla de combustible con respecto al componente moderno (biológico) y al componente fósil (petrodiésel ) se utilizar para escribir un balance de masa A14C:
A1Craezcla = FC,bioA14Cbio + (l-FC,bio)A14Cpetro (ec. 1)
en donde A14Cmme2Cia es el contenido de 14C medido de la mezcla de biodiesel a través de la determinación de radiocarbono tradicional o AMS . El ?14¾?0 puede capturarse como el valor medido promedio de varias fuentes de grasa y aceite al por menor típicos utilizados en las preparaciones de biodiesel, en este caso se toma un valor de 62 ± 7¾ consistente con los valores reportados del maíz moderno en Norte América (la materia prima primaria para el ganado) mostrando un intervalo promedio de 55 a 66¾>, recolectado en 2004 (Huseh et al., 2007).
El A14CPetro se fijó a un valor de -1000¾>, consistente con las mediciones de miembros finales del petróleo como es bien conocido por los expertos en la técnica de determinaciones de radiocarbono de componentes de combustible fósil y como se reporta en la Fig. 2. Adicionalmente , FC,bio es la fracción de masa de la mezcla de carbono total que se deriva de componentes biológicos .
De esta forma reorganizando (ec 1), FC,bio puede expresarse como:
FC , bio = ? Cmixture-^ Cpetro / ? ¾??~? Cpetro (ec . 2)
La ecuación 2 muestra que la proporción del carbono biológico en la muestra de la mezcla de combustible (FC,bio) puede fácilmente determinarse con base en el A14Cmezcia medido de la muestra y los valores a priori conocidos A14Cbi0 y A14Cpetro de los materiales del miembro final. Se asume que A14Cpetro (-1000¾>) y A14Cbio (62 + -7¾>) representan miembros finales razonablemente constantes, de tal forma que la variación en FC,bio está completamente explicada por el valor ?14^ß?a?3 medido.
En la práctica, sin embargo puede surgir una ligera complicación al tomar un ejemplo específico de la producción de biodiesel B100 de Estados Unidos y Europa, el paso de transesterificación de grases a ésteres metílicos de ácidos grasos (FAMEs -- la mezcla común para biodiesel) utiliza metanol . Por ejemplo, para un C18 FAME, 18/19 del carbono (cadena grasa) es de grasas y aceites y los otros 1/19 (carbono de metilo) se derivan de petróleo. De esta forma con el fin de relacionar FC,bio más precisamente al miembro final B100 se puede definir la siguiente ecuación:
FC,BIOO = -TCjbio / ^C,bio/Bioo (ec. 3)
en donde FC/ Bioo es la fracción de masa de carbono B100 en la mezcla de biodiesel, y .RC , bio/Bioo es la proporción del carbono biológico al carbono total en el componente puro B100. De esta forma el porcentaje de la muestra (v/v) de B100 (B*) en una mezcla de combustible puede calcularse como sigue :
B* = 100 [VBIOO / VB100+VPETRO] (ec. 4)
en donde VBioo y Vpetro son los volúmenes extensivos de los componentes biológicos y a base de petróleo, respectivamente, en un volumen de control de la mezcla de combustible. Los volúmenes de los componentes individuales pueden expresarse como:
Vx = [mC, x+mH, x+mO, x / Fx] (ec. 5a)
que es igual a:
mC,x /Fx [ 1+ mH,x/mC,x + mO,x / mC,x) (5b)
en donde mC,x, mH,x, y mO,x son las masas totales de carbono, hidrógeno, y oxígeno, respectivamente, para el componente x en el volumen de control de la mezcla, y Fx es la densidad del componente x.
Para una anotación más simple, se puede escribir:
SC,BIOO = (1+ mH/Bioo / mC, Bioo + mO, Bioo / mC/Bioo) (ec. 6)
y,
0C, petro = (1+ mH, petro / mC,petro) (ec. 7)
en donde 9C,Bioo y C , petro caracterizan las abundancias en masa de hidrógeno y oxígeno con relación al carbono en los componentes biológico y a base de petróleo, respectivamente. Combinando las ecuaciones 4-7 y reorganizando, el porcentaje de mezcla en v/v calculado de un biodiesel, B*, puede reescribirse como:
B* = 100/ [1+ (FBIOO/ Fpetro) ( ^ , petro/ ^C , B100 ) ( m^ , petro/ mC , B100 ) (eC. 8)
Ahora reconociendo que
mC,petro/mC(Bioo = (#C, bio/Bioo/FC, bio - 1) , (ec. 8) puede expresarse como
B* = 100 / [ 1+ (FBIOO /Fpetro) (0C,petro / eC/ Bioo)
(KCbio Bioo / FC,bio - 1)] (ec. 9)
en donde FB10o» F etro» ec 0C,pe ro, y ^C, ? ???? son las propiedades de dos líquidos componentes puros (B100 y petrodiésel) , y de esta forma FC,bio controla el contenido de la mezcla calculado, B* . Se puede definir parámetros para FBIOO, Fpetro, 0C( Bioo, 0C,petro, y ^ ( BIO/B10o utilizando valores promediados calculados de una compilación de datos de productos B100 y petrodiésel al por menor, con base en encuestas de la literatura (por ejemplo, Reddy et al., 2008) . Por lo tanto (ec. 9) no se requiere la calibración para una mezcla de combustible normativa designada; más bien, se pueden definir parámetros con propiedades de componente puro que son relativamente estables para un amplio intervalo de
materiales de origen. . De esta forma (ec. 9) puede precisamente estimar el contenido de biodiesel de cualquier mezcla de combustible realística simplemente sobre el valor FC, bio medido (ec. 2) .
Se puede hacer una simplificación adicional definiendo parámetros (ec. 9) utilizando promedios simples de los valores propietarios de FBioo Fpetro , 0C,Bioo, dC,petvo, y #C, bio/Bioo un ampli° intervalo de petrodiéseles y B100 al por menor publicados en la literatura abierta (Reddy et al., 2008) . Utilizando tales parámetros de entrada, (ec. 9) además se simplifica a: 1
B* = 100 / [(0.869 / FC,bio) + 0.0813 ] (ec. 10)
en donde los parámetros aglomerados, 0.869 y
0.0813, no tienen dimensión. Para claridad, la anotación "B*" se utiliza para indicar el contenido de la mezcla calculado.
De esta forma en el ejemplo ilustrado en la Fig. 35, se instala un GMP 800 para recibir gas de chimenea que resulta de una mezcla de carbono de petrodiésel y biogénico a través de una cámara de combustión 802 con un componente de petrodiésel de 1 C de - 1000 °/00 803 y un componente biogénico que consiste de grasa de papas a la francesa de restaurante típico de + 59 °/oo 804 de la mezcla 805, o B* puede calcularse para igualarse, de acuerdo con las ecuaciones anteriores a 19.4% ± 0.6% (Reddy et al., 2008). Los datos así obtenidos combinados con mediciones de flujo volumétrico también hechos en la chimenea resultarán n la cantidad total de carbono fósil y biogénico liberado a la atmósfera. Por el bien de ilustración, se asume que 80 toneladas métricas de dióxido de carbono fósil y 20 toneladas métricas de dióxido de carbono biogénico se liberaron. De esta forma la designación de las emisiones así calculada con el tiempo para una planta o sobre una escala espacial definida se convertiría en:
+ unidades de 14C : 80 toneladas métricas.
+ unidades de 13C: 20 toneladas métricas.
Cualquier grupo de plantas de energía por región o por compañía pueden así combinarse en una red GMP para proporcionar un registro continuo y preciso de carbono de origen no fósil al proceso de combustión. El GMP en este uso será un impedimento de fraude ya que los sitios de producción de energía que mezclan combustibles biogénicos y fósiles podrían reportar los datos con una desviación hacia el no fósil .
La cotización puede aplicarse por consiguiente con relación a las condiciones de intercambio de mercado y otros factores .
De esta forma el aparato del sistema de sistemas descrito anteriormente junto con métodos bien conocidos practicados en la literatura puede utilizarse para efectivamente medir, 1 monitorear, reportar, agregar y monetizar con base en unidades de restricción isotópicas de carbono a ser utilizadas en sistemas a base de mercado para intercambios de invernadero, estructuras reguladoras o de cumplimiento o para reducciones, presupuestos y marcadores de políticas voluntarias de emisiones.
Ejemplo 8: Un Presupuesto de Radiocarbono Global y Ciclo del Combustible Nuclear
Una consecuencia del extenso despliegue de GMP que ofrecen altos índices de datos y alta precisión para 14C02 es un refinamiento del presupuesto de radiocarbono global mismo. Tal presupuesto tiene aplicaciones en el monitoreo de la producción de energía nuclear que ofrece el potencial de generar un ciclo de combustible nuclear global y la detección de plantas de energía nuclear no honestas. Esto tiene origen en reacciones bien conocidas y reprocesamiento de combustible (Yim y Carón 2006) que liberan los radionúclidos de tritio y 14C02. Aunque el pulso de 14C después del pulso de bomba es bien conocido (por ejemplo, Broecker 200) el 14C de fondo ahora está a niveles casi naturales (Broecker 2007) y la producción de 14C debido a reactores nucleares se estima como siendo de aproximadamente 0.3% de los niveles naturales (Park et al., 2008) . De esta forma la adición de 1C de reactores naturales en las áreas en donde tales reactores operan puede utilizarse para caracterizar actividades de procesamiento de tales plantas. El carbono- 14 está presente virtualmente en todas las partes de un sistema primario de reactor nuclear y tiene un alto grado de producción. Este se libera al ambiente a través de descargas gaseosas y líquidas y a través de la deposición de desperdicio radioactivo sólido. Cualquier actividad de energía nuclear emitirá 14C02 ya que es difícil de contener directamente (por ejemplo, Yim y Carón 2006) . En áreas en donde no existen tales plantas de energía nuclear la detección de 14C por arriba de niveles de fondo debería ser posible dentro de un intervalo de 2 por mil de la actual capacidad de detección del GMP y con un ensamble de GMP que cubren el área. Los valores 14C del material de la planta de hasta 123 por mil han sido reportados por Roussel -Debet et al. (2006) en la proximidad de una planta de energía nuclear sobre un período de 10 años, sugiriendo la detección factible de 1C02 durante los períodos de actividad del reactor. Bajo condiciones ideales una planta de energía nuclear que opera sin autoridad debería identificarse fácilmente. La separación del C02 del agua subterránea y el posterior análisis de 14C02 por el GMP también permite la detección de la ruta específica por ebullición de las emisiones gaseosas de las fuentes submarinas o de las corrientes de descarga de tales instalaciones .
Aunque se conducen un número de radionúclidos y análisis para la vigilancia de la actividad de la energía nuclear y para la verificación de las provisiones del tratado (por ejemplo, Gitzinger et al., 2007), se requiere de una cercana proximidad a la fuente de aproximadamente 25 metros, dependiendo de la cantidad de detectores y/o detector de área, para ambos materiales emisores de rayos gamma y de neutrones (Kallman 2008) . La producción y emisión de 14CC>2 liberado de la producción de energía nuclear no son bien conocidas pero se han estimado para los reactores del mundo (por ejemplo, Davis 1977; Yim y Carón 2006) . Un número de estudios han muestreado 14C en muestras de plantas de áreas que rodean los reactores nucleares (por ejemplo, Korashi et al., 2006; Dias, C.M., et al., 2008) y han provisto niveles de fondo debido a la liberación de 14C02 de una variedad de tipos de reactores incluyendo los reactores de agua en ebullición y reactores de agua presurizados (Yim y Carón 2006) . Sin embargo actual las mediciones de 1C02 como CO2 gaseoso aún faltan. De esta forma un sistema de sistemas como se describe en la presente constituye un método factible para medir y monitorear una de las emisiones principales de plantas de energía nuclear, 14C02, que aumentará según el uso de energía nuclear de adopte más ampliamente.
Un sistema de sistemas:
1) Proporcionará la señal de 14C02 para combustible fósil de C02, la señal 13C02 para CO2 biogénico y C02 total medido para la covarianza de remolino (índice de muestre de 1 a 10 Hz idealmente, pero de hasta 100 Hz) , corrientes de gas seleccionadas, gas del suelo en la superficie y a profundidad y C02 extraído del agua subterránea.
2) Proporcionará una red de analizadores inter- calibrados para asegurar resultados comparables para cada dispositivo. La densidad y configuración del GMP dependerá de las condiciones locales pero será tal que la fuente de la señal para covarianza de remolino se detecta dentro del intervalo deis +2 a +200 por mil, tomando el 14C de fondo como de aproximadamente 5 a 10 por mil.
3) Proporcionará un sistema de telemetría para transmitir datos a una ubicación central.
4) Proporcionará el análisis de los datos y la integración del modelo.
El uso de un sistema de sistemas para cuantificar 14C02 podría aplicarse en la medición, monitoreo, verificación- y contabilización de instalaciones de energía nuclear en gran parte en la misma forma como el sistema de sistemas se utilizaría en la captura y almacenamiento de carbono. Una variedad de sitios de muestreo de covarianza de remolino, C02 de agua submarina, ubicaciones de punto (por ejemplo, diferentes partes de la infraestructura del reactor) de C02 en el suelo podrían situarse cerca de las instalaciones nucleares. La adaptación y configuración específica de los G P dependería de la fuerza de la fuente de la señal de la planta de energía, la proximidad permitida para una instalación dada y otros factores . La necesidad de un sistema de sistemas se reconoce a través de método tomando muestreo de grandes áreas de un análisis de una región dada frente a los análisis de radionúclido tradicionales que dependen del acceso directo a las ubicaciones de la muestra de la planta. El sistema de sistemas puede ser una ruta relativamente económica comparado con la detección anti-neutrino que aunque ofrece monitoreo de potencialmente campos lejanos se estima que cuesta varios trillones de dólares (por ejemplo, Guillian 2006) .
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Se entenderá que se podrían crear otras modalidades con variaciones en función, método e implementación , y que se pueden hacer varias modificaciones sin apartarse de la invención. Por consiguiente, el alcance de la invención deberá determinarse por las reivindicaciones anexas y no limitarse por las modalidades ilustrativas antes descritas.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (113)
1. Un sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en aire forestal, caracterizado porque comprende : (a) un sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono en un bosque que comprende un arreglo de analizadores colocados en lugares representativos predeterminados en todo un bosque, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 1C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de isótopos 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de aire forestal, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz; un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en el aire forestal al sistema de procesamiento de datos; y (b) un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el bosque.
2. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada analizador comprende un módulo de gas de referencia estándar.
3. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar la cantidad medida de isótopos de 12C, 13C, y 1C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en la muestra de referencia global .
4. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el sistema de referencia global se localiza en un satélite.
5. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 25 analizadores.
6. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 100 analizadores.
7. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cronómetro permite mediciones de los isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de hasta 100 Hz .
8. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen los bordes de áreas forestales diferentes, en donde los bordes incluyen una región, un estado, un grupo de estados, una configuración del borde que define un tratado de gas de invernadero u otra convención que requiera monitorear los gases de invernadero.
9. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen la copa del bosque superior, la copa del bosque inferior y el suelo del bosque.
10. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos comprende uno o más sistemas de conversión que comprende parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el bosque.
11. Un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en aire forestal, caracterizado porque comprende : (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo un bosque, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestras; (b) recolectar muestras de aire forestal en las cámaras de muestras de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras del aire forestal al sistema de procesamiento de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el bosque.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la línea base de referencia estándar se obtiene en cada analizador.
13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras del aire forestal con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en una muestra de referencia global .
14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la muestra de referencia global se localiza en un satélite.
15. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque se colocan al menos 25 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo un bosque .
16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque se colocan al menos 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo un bosque .
17. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las cantidades de isótopos de C, 13C, y 14C en las muestras del aire forestal se recolectan y miden a una velocidad de hasta 100 Hz .
18. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen los bordes de áreas forestales diferentes, en donde los bordes incluyen una región, un estado, un grupo de estados, una configuración del borde definido por un tratado de gas de invernadero u otra convención que requiera monitorear los gases de invernadero.
19. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen la copa superior del bosque, la copa inferior del bosque y el suelo del bosque.
20. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la conversión se lleva a cabo utilizando uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono biogénico y fósil.
21. Un sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el suelo, caracterizado porque comprende : (a) un sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono del suelo que comprende un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones de sub-superficie predeterminadas, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, (ii) una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de isótopos 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra del suelo, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz ; un módulo de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos de 1C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; y ¦un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C al sistema de procesamiento de datos; y (b) un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el suelo.
22. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque cada analizador comprende un módulo de gas de referencia estándar.
23. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque además comprende un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar la cantidad medida de isótopos de 12C, 13C, y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C contenidos en la muestra de referencia global.
24. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el sistema de referencia global se localiza en un satélite.
25. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 25 analizadores.
26. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 100 analizadores.
27. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el cronómetro permite mediciones de los isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de hasta 100 Hz .
28. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos comprende uno o más sistemas que comprende parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el suelo.
29. Un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el suelo, caracterizado porque comprende : (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones en la sub-superficie representativas predeterminadas en el suelo, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 1C, y una cámara de muestras; (b) recolectar en las cámaras de muestras de los analizadores muestras del gas de carbono en el suelo y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en en las muestras del suelo al sistema de procesamiento de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el suelo.
30. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la línea base de referencia estándar se obtiene en cada analizador.
31. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque además comprende estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras del suelo con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en una muestra de referencia global .
32. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque la muestra de referencia global se localiza en un satélite.
33. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque se colocan al menos 25 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el suelo .
34. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque se colocan al menos 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el suelo .
35. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque las cantidades de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras del suelo se recolectan y miden a una velocidad de hasta 100 Hz .
36. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la conversión se lleva a cabo utilizando uno o más sistemas que de conversión con parámetros para carbono biogénico y fósil.
37. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la cantidad medida de carbono fósil con relación al carbono biogénico medido indica daño en el suelo .
38. Un sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en un área agrícola, caracterizado porque comprende : (a) un sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono en un área agrícola que comprende un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones por arriba de la tierra y por debajo de la tierra representativas predeterminadas en un área agrícola, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 1C, una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en las muestras de ubicaciones por arriba de la tierra y por debajo de la tierra y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz; un módulo de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de 12C, 13C, y 1C isótopos al sistema de procesamiento de datos; y (b) un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el área agrícola.
39. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque cada analizador comprende un módulo de gas de referencia estándar.
40. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque además comprende un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar la cantidad medida de isótopos de 12C, 13C, y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C contenidos en la muestra de referencia global.
41. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el sistema de referencia global se localiza en un satélite.
42. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 25 analizadores.
43. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 100 analizadores.
44. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque las ubicaciones por arriba de la tierra incluyen de 0 a 20 metros por arriba de la tierra.
45. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque las ubicaciones de la sub-superficie incluyen de 0 a 100 metros por debajo de la superficie .
46. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el cronómetro permite mediciones de los isótopos de 12C, 13C, y 14C a una velocidad de hasta 100 Hz .
47. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos comprende uno o más sistemas que comprenden parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el área agrícola.
48. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos rastrea las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C durante un período de tiempo que abarca desde la plantación de los productos agrícolas, al crecimiento de los productos agrícolas, y a la cosecha de los productos agrícolas.
49. Un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en un área agrícola, caracterizado porque comprende : (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones por arriba de la tierra y en la sub-superficie representativas, predeterminadas en un área agrícola, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestras; (b) recolectar en las cámaras de muestras de los analizadores muestras del gas de carbono en ubicaciones por arriba de la tierra y en la sub-superficie y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz ; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 1C en las muestras en ubicaciones por arriba de la tierra y en la sub-superficie al sistema de procesamiento de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el área agrícola.
50. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque la línea base de referencia estándar se obtiene en cada analizador.
51. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque además comprende estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en las muestras del área agrícola con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C, y 14C en una muestra de referencia global .
52. El método de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque la muestra de referencia global se localiza en un satélite.
53. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque se colocan al menos 25 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en toda el área agrícola.
54. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque se colocan al menos 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en toda el área agrícola.
55. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque los analizadores se colocan de 0 a 20 metros por arriba de la tierra.
56. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque los analizadores se colocan de 0 a 100 metros por debajo de la superficie.
57. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque las cantidades de isótopos 12C, 13C y 14C en las muestras de ubicaciones por arriba de la tierra y en la sub-superficie se recolectan y miden a una velocidad de hasta 100 Hz .
58. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque la conversión se lleva a cabo utilizando uno o más sistemas de conversión con parámetros para carbono biogénico y fósil.
59. El método de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado porque además comprende rastrear las cantidades medidas de isótopos 12C, 13C y 14C durante un período de tiempo que abarca de la plantación de los productos agrícolas, al crecimiento de los productos agrícolas, y a la cosecha de los productos agrícolas.
60. Un sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en un cuerpo de agua, caracterizado porque comprende : (a) un sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono de un cuerpo de agua que comprende un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas a través del cuerpo de agua, en donde cada analizador comprende un dispositivo separador de gas capaz de separar los gases disueltos del cuerpo de agua, y un dispositivo láser de C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de isótopos 12C, 13C y 14C en el gas disuelto separado de la muestra del cuerpo de agua, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos 12C, 13C y 1C al menos una vez por hora; un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de isótopos 12C, 13C y 14C al sistema de procesamiento de datos; y (b) un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos 12C, 13C y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el cuerpo de agua.
61. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque cada analizador comprende un módulo de gas de referencia estándar.
62. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque además comprende un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos 12C, 13C y 1C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar la cantidad medida de isótopos 12C, 13C y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos 12C, 13C y 14C contenidos contenidos en la muestra de referencia global.
63. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 62, caracterizado porque el sistema de referencia global se localiza en un satélite.
64. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 25 analizadores.
65. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 100 analizadores.
66. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque el cronómetro permite mediciones de los isótopos de 12C, 13C y 14C a una velocidad de hasta 100 Hz .
67. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos comprende uno o más sistemas que comprende parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en el cuerpo de agua.
68. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos rastrea las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C durante un período de tiempo para monitorear el cambio de nutrientes en el cuerpo de agua.
69. Un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en un cuerpo de agua, caracterizado porque comprende : (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas a través del cuerpo de agua, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestras, y un dispositivo separador de gas capaz de separar los gases disueltos del cuerpo de agua; (b) recolectar muestras de agua en los analizadores ; (c) separar los gases disueltos de las muestras de agua ; (d) recolectar los gases en las cámaras de muestras de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en las muestras al menos una vez por hora; (e) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (f) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (g) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en las muestras de gases disueltos en el cuerpo de agua al sistema de procesamiento de datos; y (h) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil in el cuerpo de agua.
70. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque la línea base de referencia estándar se obtiene en cada analizador.
71. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque además comprende estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 1C en las muestras de agua con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en una muestra de referencia global.
72. El método de conformidad con la reivindicación 71, caracterizado porque la muestra de referencia global se localiza en un satélite.
73. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque se colocan al menos 25 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el cuerpo de agua .
74. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque se colocan al menos 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en todo el cuerpo de agua .
75. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque las muestras de agua se recolectan y miden a una velocidad de hasta 100 Hz .
76. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque la conversión se lleva a cabo utilizando uno o más sistemas que comprenden la conversión con parámetros para carbono biogénico y fósil.
77. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque además comprende rastrear las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C durante un período de tiempo para monitorear el cambio de nutrientes en el cuerpo de agua.
78. Un sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en gases de chimenea, caracterizado porque comprende : (a) un sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono de los gases de chimenea que comprende un arreglo de analizadores colocados en ubicaciones representativas predeterminadas expuestas a gases de chimenea, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en una muestra de aire, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C y 14C al menos 1,440 veces al día; un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos de 12C, 13C y 1C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de de isótopos de 1C, 13C y 14C al sistema de procesamiento de datos y (b) un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 1C, 13C y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en los gases de chimenea.
79. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque cada analizador comprende un módulo de gas de referencia estándar.
80. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque además comprende un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en una muestra de referencia global, Y un sistema de calibración para estandarizar la cantidad medida de isótopos de 12C, 13C y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 1C contenidos contenidos en la muestra de referencia global .
81. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 80, caracterizado porque el sistema de referencia global se localiza en un satélite.
82. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 25 analizadores.
83. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 100 analizadores.
84. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque el cronómetro permite mediciones de los isótopos de 12C, 13C y 14C a una velocidad de hasta 100 Hz .
85. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos comprende uno o más sistemas que comprende parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en los gases de chimenea.
86. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos rastrea las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C durante un período de tiempo para monitorear la reducción de la combustión del carbono fósil de acuerdo con instrucciones de emisión obligatorias o voluntarias .
87. Un método para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en gases de chimenea, caracterizado porque comprende : (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas expuestas a gas de chimenea, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestras; (b) recolectar en las cámaras de muestras de los analizadores del gas de chimenea y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en las muestras al menos 1,440 veces al día; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en las muestras del gas de chimenea al sistema de procesamiento de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en los gases de chimenea.
88. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque la línea base de referencia estándar se obtiene en cada analizador.
89. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque además comprende estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en las muestras de gas de chimenea con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en una muestra de referencia global .
90. El método de conformidad con la reivindicación 89, caracterizado porque la muestra de referencia global se localiza en un satélite.
91. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque se colocan al menos 25 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas.
92. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque se colocan al menos 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas.
93. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque las muestras de gas de chimenea se recolectan y miden a una velocidad de hasta 100 Hz .
94. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque la conversión se lleva a cabo utilizando uno o más sistemas que comprenden la conversión con parámetros para carbono biogénico y fósil.
95. El método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque además comprende rastrear las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C durante un período de tiempo para monitorear la reducción de la combustión de carbono fósil de acuerdo con instrucciones de emisión obligatorias o voluntarias.
96. Un sistema de sistemas para generar productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil cerca de una planta de energía nuclear, caracterizado porque comprende: (a) un sistema de recolección de datos de carbono para recolectar datos del flujo de carbono cerca de una planta de energía nuclear que comprende un arreglo de analizadores colocados en lugares representativos predeterminados cerca de una planta de energía nuclear, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, una cámara de muestras para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 1C contenidos en las descargas de la planta de energía nuclear, y un cronómetro para permitir las mediciones de isótopos de 12C, 13C y 14C a una velocidad de al menos 1 Hz ; un módulo de gas de referencia estándar para obtener una línea base de referencia estándar y calibrar las cantidades medidas de los isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; y un dispositivo de telemetría para enviar las cantidades medidas de de isótopos de 12C, 13C y 14C en las descargas de la planta de energía nuclear al sistema de procesamiento de datos,- y (b) un sistema de procesamiento de datos para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil cerca de la planta de energía nuclear .
97. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 96, caracterizado porque cada analizador comprende un módulo de gas de referencia estándar.
98. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 96, caracterizado porque además comprende un sistema de referencia global que incluye un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una celda de muestra de referencia global para medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en una muestra de referencia global, y un sistema de calibración para estandarizar la cantidad medida de isótopos de 12C, 13C y 14C de los analizadores del sistema de recolección de datos con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos contenidos en la muestra de referencia global.
99. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 98, caracterizado porque el sistema de referencia global se localiza en un satélite.
100. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 96, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 25 analizadores.
101. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 96, caracterizado porque el arreglo de analizadores comprende más de 100 analizadores.
102. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 96, caracterizado porque el cronómetro permite mediciones de los isótopos de 1C, 13C y 14C a una velocidad de hasta 100 Hz .
103. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 96, caracterizado porque las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen ubicaciones cerca de descargas gaseosas, descargas sólidas, descargas líquidas y sus combinaciones.
104. El sistema de sistemas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de procesamiento de datos comprende uno o más sistemas que comprenden parámetros para carbono combustible biogénico y fósil para convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en las descargas de la planta de energía nuclear.
105. Un método para crear la generación productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil cerca de una planta de energía nuclear, caracterizado porque comprende: (a) colocar un arreglo de analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas en toda una planta de energía nuclear, en donde cada analizador comprende un dispositivo láser de 12C, un dispositivo láser de 13C, un dispositivo láser de 14C, y una cámara de muestras; (b) recolectar muestras de las descargas de la planta de energía nuclear en las cámaras de muestras de los analizadores y medir las cantidades individuales de isótopos de 12C, 13C y 14C contenidos en las muestras a una velocidad de al menos 1 Hz ; (c) obtener una línea base de referencia estándar con un módulo de gas de referencia estándar; (d) calibrar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C de cada uno de los analizadores con base en la línea base de referencia estándar; (e) enviar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 1C en las muestras de las descargas de la planta de energía nuclear al sistema de procesamiento de datos; y (f) convertir las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en el sistema de procesamiento de datos en productos comercializables que separadamente cuantifican carbono biogénico y fósil en la descarga de la planta de energía nuclear.
106. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque la línea base de referencia estándar se obtiene en cada analizador.
107. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque además comprende estandarizar las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en las muestras de las descargas de la planta de energía nuclear con base en las cantidades medidas de isótopos de 12C, 13C y 14C en una muestra de referencia global .
108. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque la muestra de referencia global se localiza en un satélite.
109. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque se colocan al menos 25 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas .
110. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque se colocan al menos 100 analizadores en ubicaciones representativas predeterminadas .
111. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque las cantidades de isótopos de 12C, 13C y 14C en las muestras de las descargas de la planta de energía nuclear se recolectan y miden a una velocidad de hasta 100 Hz .
112. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque las ubicaciones representativas predeterminadas incluyen ubicaciones cerca de la descarga gaseosa, la descarga líquida, la descarga sólida y sus combinaciones .
113. El método de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque la conversión se lleva a cabo utilizando uno o más sistemas que comprenden la conversión con parámetros para carbono biogénico y fósil.
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