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El Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel (J-WAFS) del MIT ha otorgado a ocho Investigadores Principales del MIT las Becas Iniciales J-WAFS 2022. Las subvenciones apoyan la investigación innovadora del MIT que tiene el potencial de tener un impacto significativo en los desafíos del agua y los alimentos.
El único programa del MIT dedicado a la investigación del agua y los alimentos, J-WAFS ha ofrecido subvenciones iniciales a los investigadores principales del MIT y sus equipos durante los últimos ocho años. Las subvenciones proporcionan hasta $ 75,000 por año, sin gastos generales, durante dos años para apoyar nuevas investigaciones en etapas iniciales en áreas como seguridad, seguridad, suministro y durabilidad del agua y los alimentos. Los proyectos anteriores han abarcado muchas disciplinas diversas, incluidas la ingeniería, la ciencia, la tecnología y la innovación empresarial, así como las ciencias sociales y la economía, la arquitectura y la planificación urbana.
Este año se apoyarán siete nuevos proyectos dirigidos por ocho investigadores. Con fondos destinados a cuatro departamentos diferentes del MIT, los proyectos abordan una variedad de desafíos utilizando materiales avanzados, innovaciones tecnológicas y nuevos enfoques para la gestión de recursos. Los nuevos proyectos tienen como objetivo eliminar los productos químicos nocivos de las fuentes de agua, desarrollar sistemas de monitoreo de sequías para los agricultores, mejorar la gestión de la industria de mariscos, optimizar los materiales de purificación de agua, etc.
«El cambio climático, la pandemia y, más recientemente, la guerra en Ucrania han exacerbado y sacado a la luz los graves desafíos que enfrentan los sistemas de agua y alimentos del mundo», dice John H. Lienhard, director de J-WAFS. Agrega: “Las propuestas elegidas este año tienen el potencial de crear impactos concretos medibles en los sectores del agua y los alimentos.
Los investigadores de 2022 J-WAFS Seed Grant y sus proyectos son:
Gang Chen, profesor Carl Richard Soderberg de Ingeniería Eléctrica en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, utiliza la luz solar para desalinizar el agua. El uso de la energía solar para la desalinización no es una idea nueva, especialmente los métodos de evaporación solar térmica. Sin embargo, el proceso de evaporación solar térmica tiene una eficiencia general baja porque se basa en la ruptura de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua individuales, que consume mucha energía. Chen y su laboratorio descubrieron recientemente un efecto fotomolecular que reduce drásticamente la energía requerida para la desalinización.
Los enlaces entre las moléculas de agua dentro de un grupo de agua en agua líquida son en su mayoría enlaces de hidrógeno. Chen descubrió que un fotón con una energía superior a la energía de enlace entre el grupo de agua y los líquidos de agua restantes puede dividir el grupo de agua en la interfaz agua-aire, chocar con las moléculas de aire y desintegrarse en 60 o incluso más moléculas de agua individuales. Este efecto tiene el potencial de aumentar drásticamente la producción de agua limpia a través de una nueva tecnología de desalinización que produce una tasa de evaporación fotomolecular que supera la evaporación térmica solar pura en al menos diez veces.
John E. Fernández es director de la Iniciativa de Soluciones Ambientales (ESI) del MIT y profesor del Departamento de Arquitectura, y también afiliado al Departamento de Estudios Urbanos y Planificación. Fernández está trabajando con Scott D. Odell, becario postdoctoral de ESI, para comprender mejor los impactos de la minería y el cambio climático en las regiones con escasez de agua de Chile.
El país de Chile es uno de los mayores exportadores mundiales de productos agrícolas y minerales; sin embargo, se han realizado pocas investigaciones sobre los efectos del cambio climático en la intersección de estos dos sectores. Fernández y Odell explorarán cómo la industria minera está implementando la desalinización para aliviar la presión sobre los suministros de agua continentales en Chile, y con qué efecto. También investigarán cómo el cambio climático y la minería se cruzan para afectar los glaciares andinos y las comunidades agrícolas que dependen de ellos. Los investigadores pretenden que este trabajo informe las políticas destinadas a reducir los daños sociales y ambientales de la minería, la desalinización y el cambio climático.
Ariel L. Furst es profesor de ingeniería química Raymond (1921) y Helen St. Laurent en el MIT. Su proyecto de subvención inicial J-WAFS 2022 tiene como objetivo eliminar de manera efectiva los productos químicos peligrosos y de larga duración de los suministros de agua y otras áreas ambientales.
El ácido perfluorooctanoico (PFOA), un componente del teflón, forma parte de un grupo de sustancias químicas conocidas como sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS). Estos productos químicos artificiales se han utilizado ampliamente en productos de consumo como utensilios de cocina antiadherentes. Se han medido niveles excepcionalmente altos de PFOA en fuentes de agua cerca de los sitios de fabricación, lo cual es problemático porque estos químicos no se descomponen fácilmente en nuestros cuerpos o en el medio ambiente. La mayoría de los humanos tienen niveles detectables de PFAS en la sangre, lo que puede provocar problemas de salud importantes, como cáncer, daño hepático y efectos en la tiroides, así como efectos en el desarrollo infantil. Los métodos de remediación actuales se limitan a la captura ineficiente y se limitan principalmente a un entorno de laboratorio. El método propuesto por Furst utiliza materiales enzimáticos andamiados de baja energía para ir más allá de la simple captura y degradación de estos peligrosos contaminantes.
Heather J. Kulik es profesora asociada en el Departamento de Ingeniería Química del MIT. Desarrolla nuevas estrategias computacionales para identificar los materiales óptimos para la purificación del agua. El tratamiento del agua requiere purificación mediante la separación selectiva de pequeños iones del agua. Sin embargo, los materiales escalables fabricados por el hombre para la purificación y desalinización del agua a menudo no son estables en condiciones operativas típicas y carecen de poros de precisión para una buena separación.
Los marcos metalorgánicos (MOF) son materiales prometedores para la purificación del agua porque sus poros se pueden adaptar para tener formas precisas y composición química para la afinidad iónica selectiva. Sin embargo, se han evaluado pocos MOF por sus propiedades relevantes para la purificación del agua. Kulik planea utilizar la detección virtual de alto rendimiento acelerada por modelos de aprendizaje automático y simulación molecular para acelerar el descubrimiento de MOF. Específicamente, Kulik buscará MOF con estructuras ultraestables en el agua que no se descompongan a ciertas temperaturas.
Gregory C. Rutledge es profesor Lammot du Pont de Ingeniería Química en el MIT. Está liderando un proyecto que explorará cómo separar mejor los aceites del agua. Este es un tema importante a abordar, ya que el agua contaminada con petróleo generada por la industria es una fuente importante de contaminación ambiental.
Los aceites emulsionados son particularmente difíciles de eliminar del agua debido al pequeño tamaño de sus gotas y al largo tiempo de sedimentación. La microfiltración es una tecnología atractiva para la eliminación de aceites emulsionados, pero su principal inconveniente es la obstrucción o la acumulación de materiales no deseados en las superficies sólidas. Rutledge examinará el mecanismo de separación detrás de las membranas infundidas con líquido (LIM) en las que un líquido infundido recubre la superficie y los poros de la membrana, evitando el ensuciamiento. Se evaluará la robustez de la tecnología LIM para la eliminación de diferentes tipos de aceites emulsionados y mezclas de aceites.
César Terrer es profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental cuyo proyecto J-WAFS busca responder a la pregunta: ¿Cómo se pueden usar las imágenes satelitales para proporcionar un sistema de monitoreo de sequía de alta resolución a los agricultores?
La sequía es reconocida como uno de los problemas más apremiantes del mundo, con impactos directos en la vegetación que amenazan los recursos hídricos y la producción de alimentos a nivel mundial. Sin embargo, evaluar y monitorear el impacto de las sequías en la vegetación es extremadamente difícil porque la sensibilidad de las plantas a la falta de agua varía entre especies y ecosistemas. Terrer aprovechará una nueva generación de satélites de detección remota para proporcionar evaluaciones de alta resolución del estrés hídrico de las plantas a escala regional y mundial. El objetivo es proporcionar un producto de seguimiento de la sequía de plantas con servicios específicos de tierras de cultivo para la gestión del agua y la socioeconomía.
Michael Triantafyllou ocupa la Cátedra Henry L. y Grace Doherty de Ciencias e Ingeniería Oceánicas en el Departamento de Ingeniería Mecánica. Está desarrollando un sistema basado en la web para la gestión de recursos naturales que implementará análisis, visualización e informes geoespaciales para gestionar y facilitar mejor los datos de la acuicultura. Al aportar valor a los titulares de licencias de pesca comercial que emplean a un número significativo de personas y también a los titulares de licencias de pesca recreativa de mariscos que contribuyen a las economías locales, el proyecto ha atraído el apoyo de la División de Pesca Marina de Massachusetts, así como de varios departamentos locales de gestión de recursos. . .
La pesquería de mariscos de Massachusetts generó un estimado de $ 339 millones en 2020, o el 17% de la producción de la costa este de EE. UU. Administrar una industria tan grande es un proceso que requiere mucho tiempo, dado que hay miles de acres de áreas costeras agrupadas en más de 800 áreas de cultivo clasificadas. Los eventos climáticos extremos presentan desafíos adicionales. La investigación de Triantafyllou contribuirá a los esfuerzos para hacer cumplir las regulaciones ambientales, apoyar los esfuerzos de restauración del hábitat y prevenir problemas de seguridad alimentaria relacionados con los mariscos.
