Лаборатория водных и пищевых систем Абдула Латифа Джамиля (J-WAFS) предоставляет гранты на решения, чтобы помочь исследователям Массачусетского технологического института запускать стартапы или продукты для коммерциализации революционных технологий в водных и пищевых системах. Программа грантов на решения началась в 2015 году и поддерживается сообществом Джамиля. В дополнение к годовым возобновляемым грантам в размере до 150 000 долларов США программа также помогает получателям грантов найти наставников в отрасли и облегчает знакомство с потенциальными инвесторами. С момента своего создания программа J-WAFS Solutions выделила сообществу MIT более 3 миллионов долларов США. Благодаря этой поддержке возникли многочисленные стартапы и продукты, в том числе портативное устройство для опреснения воды и компания, занимающаяся коммерциализацией нового датчика безопасности пищевых продуктов.
Грантополучателями решений J-WAFS 2023 года являются профессор К. Джем Тасан с факультета материаловедения и инженерии и профессор Эндрю Уиттл с факультета гражданского и экологического строительства. Проект Тасана предполагает сокращение использования воды при производстве стали, а проект Уиттла направлен на борьбу с вредным цветением водорослей в воде. Работы над проектом начнутся в сентябре этого года.
«В этом году гранты на решения вручаются профессорам Тасану и Уиттлу, чтобы помочь коммерциализировать технологии, которые они разрабатывают в Массачусетском технологическом институте», — говорит исполнительный директор J-WAFS Рене Дж. Робинс. «При поддержке J-WAFS мы надеемся, что команды перенесут свои технологии из лабораторий на рынок, чтобы они могли оказать благотворное влияние на проблемы водопользования и качества воды», — добавляет Робинс.
Сокращение потребления воды при производстве стали в твердом состоянии
Вода является основным требованием для производства стали. Сталелитейная промышленность занимает четвертое место в мире по промышленному потреблению пресной воды, поскольку большие объемы воды необходимы в основном для охлаждения. К сожалению, также было показано, что существует сильная корреляция между использованием пресной воды при производстве стали и загрязнением воды. Поскольку глобальный спрос на сталь растет, а наличие пресной воды уменьшается из-за изменения климата, необходимы более совершенные методы более устойчивого производства стали.
Стратегия сокращения выбросов воды при производстве стали заключается в изучении процессов переработки стали, исключающих обработку жидкого металла. Руководствуясь этой мотивацией, Джем Тасан, доцент кафедры металлургии Томаса Б. Кинга на факультете материаловедения и инженерии, и постдок Онур Гувенц, доктор философии, создали новый процесс под названием «Консолидация металлолома» (SMC). SMC основан на хорошо зарекомендовавшем себя процессе обработки металлов давлением, известном как склеивание валков. Традиционно рулонное склеивание требует интенсивной предварительной обработки поверхности сырья, особых атмосферных условий и высокой степени деформации. Исследования Тасана и Гувенца показали, что SMC может преодолеть эти ограничения, обеспечивая твердотельное соединение лома в листовой металл, даже когда качество поверхности, атмосферные условия и уровни деформации неоптимальны. Посредством лабораторных исследований, подтверждающих принцип работы, они уже определили условия процесса SMC и подтвердили механическую формуемость полученных стальных листов, уделив особое внимание мягкой стали, наиболее распространенному металлическому металлолому.
Грант J-WAFS Solutions поможет команде создать прототипы продуктов для клиентов, спроектировать блок обработки, а также разработать стратегию масштабирования и бизнес-модель. Одновременно сокращая потребление воды, потребность в энергии, риск загрязнения и нагрузку на углекислый газ, SMC имеет потенциал снизить потребность в энергии для переработки стали до 86 процентов, а также сократить связанные с этим выбросы углекислого газа и защитить ресурсы пресной воды, которые в противном случае они были бы направлены на промышленное потребление.
Обнаружение вредного цветения водорослей в воде, пока не стало слишком поздно
Вредное цветение водорослей (ВЦВ) представляет собой растущую проблему как в пресноводных, так и в соленых водах во всем мире, нанося, по оценкам, 13 миллиардов долларов ежегодного ущерба питьевой воде, воде для рекреационного использования, районам коммерческого рыболовства и опреснительной деятельности. ВЦВ представляют угрозу как здоровью человека, так и аквакультуре, тем самым угрожая запасам продовольствия. Токсины в ВЦВ производятся некоторыми цианобактериями или сине-зелеными водорослями, состав сообществ которых меняется в ответ на эвтрофикацию в результате сельскохозяйственных стоков, переливов канализационных систем или других событий. Смягчение рисков, связанных с ВЦВ, наиболее эффективно при наличии заблаговременного предупреждения об этих изменениях в водорослевых сообществах.
Большинство измерений водорослей in situ основаны на флуоресцентной спектроскопии, которая проводится с помощью устройств светодиодной флуоресценции (LEDIF) или зондов, которые индуцируют флуоресценцию определенных пигментов водорослей с использованием светодиодных источников света. Хотя светодиоды LEDIF дают разумные оценки концентраций отдельных пигментов, им не хватает разрешения, чтобы различать классы водорослей в сложных смесях, встречающихся в естественных водоемах. В ходе предыдущего исследования Эндрю Уиттл, профессор гражданской и экологической инженерии Эдмунда К. Тернера, работал с коллегами над разработкой REMORA, недорогого прототипа спектрофлуориметра, который можно развернуть в полевых условиях для измерения индуцированной флуоресценции. Это исследование было частью сотрудничества Массачусетского технологического института и Института AMS. Уиттл и его команда успешно обучили модель машинного обучения для распознавания и количественного определения концентрации клеток для смесей различных групп водорослей в пробах воды с помощью обширной программы лабораторной калибровки с использованием различных культур водорослей. Группа продемонстрировала эти возможности в серии полевых измерений в Бостоне и Амстердаме.
Уиттл будет работать с Фабио Дуарте из Департамента городских исследований и планирования, лаборатории Senseable City и Центра недвижимости Массачусетского технологического института, чтобы усовершенствовать дизайн REMORA. Они разработают программное обеспечение для автономной работы датчика, которое можно будет развернуть удаленно на мобильных судах или платформах, чтобы обеспечить пространственно-временной мониторинг с высоким разрешением вредных водорослей. Мы надеемся, что коммерциализация датчиков позволит использовать уникальные возможности REMORA для долгосрочного мониторинга в водоканалах, агентствах по регулированию окружающей среды и водоемких отраслях.