Η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει άνευ προηγουμένου προκλήσεις, από την κλιμάκωση της κλιματικής αλλαγής έως την εκτεταμένη επισιτιστική και διατροφική ανασφάλεια. Για να θρέψουν τον ταχέως αναπτυσσόμενο πληθυσμό του κόσμου, οι χώρες πρέπει να παράγουν περισσότερα τρόφιμα σε εδάφη που επηρεάζονται από την υποβάθμιση της γης και τη λειψυδρία.
Μια ομάδα χημικών, σχεδιαστών και ερευνητών με επικεφαλής το Ινστιτούτο Pratt, το οποίο πρόσφατα έλαβε συμφωνία συνεργασίας 5 εκατομμυρίων δολαρίων από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF), εργάζεται για την ανάπτυξη απορροφητών νερού με βάση τα φύκια για το AquaSteady-Project του για να βοηθήσει τους αγρότες Οι περιοχές που επηρεάζονται από το κλίμα διατηρούν τους υδάτινους πόρους, αποκαθιστούν την υγεία του εδάφους και αυξάνουν τις αποδόσεις των καλλιεργειών. Η χρηματοδότηση ακολουθεί προηγούμενη επιχορήγηση NSF ύψους 750.000 δολαρίων και αποτελεί μέρος μιας ευρύτερης επένδυσης 35 εκατομμυρίων δολαρίων από τον Επιταχυντή Σύγκλισης του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ σε συνεργασία με το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ (USDA).
«Το έργο AquaSteady είναι ένα σημαντικό παράδειγμα της κρίσιμης δουλειάς που γίνεται στην Pratt και στα συνεργαζόμενα ιδρύματα για την αντιμετώπιση παγκόσμιων και πολύπλευρων προκλήσεων όπως η κλιματική κρίση», δήλωσε η Frances Bronet, Πρόεδρος του Ινστιτούτου Pratt. «Μέσα από συνεργατική, έξωθεν δημιουργική σκέψη και συνεργασίες με άλλους ερευνητές και κοινότητες τόσο στη Νέα Υόρκη όσο και σε όλο τον κόσμο, η ομάδα του Pratt AquaSteady εργάζεται για να οικοδομήσει το δίκαιο και βιώσιμο μέλλον που τόσο χρειαζόμαστε».
Η ομάδα του AquaSteady αναπτύσσει υδρογέλες με βάση τα φύκια που εξισορροπούν την υγρασία του εδάφους, επιτρέποντας στα φυτά να επιβιώνουν από ξηρασίες μεταξύ ακανόνιστων βροχών και μειώνοντας την ανάγκη για άρδευση. Το AquaSteady απορροφά το νερό από το έδαφος όταν είναι υγρό και σταδιακά το απελευθερώνει ξανά όταν το έδαφος στεγνώσει. Ανάλογα με τις συγκεκριμένες ανάγκες του εδάφους και των φυτών, μπορεί να διαμορφωθεί σε δίχτυ ελέγχου της διάβρωσης ή σε άλλα σχήματα. Αυτό μπορεί να βοηθήσει τη γεωργία να προσαρμοστεί σε ένα μέλλον με ολοένα και πιο πιεσμένο νερό, όπου οι υδατικοί πόροι εξαντλούνται από τις βιομηχανικές δραστηριότητες, την αύξηση της θερμοκρασίας και την αλλαγή των προτύπων βροχοπτώσεων.
Το έργο AquaSteady ξεκίνησε στο Pratt το 2021 ως λύση για χρήση στη συσκευασία τροφίμων. Ωστόσο, το έργο μετατόπισε την εστίασή του σε γεωργικές εφαρμογές για να επιτύχει μεγαλύτερο αντίκτυπο και το 2022 το έργο έλαβε ένα βραβείο 750.000 $ από τον Επιταχυντή Σύγκλισης NSF, ο οποίος υποστήριξε τον ιδεασμό, την περαιτέρω ανάπτυξη των υδροπηκτών και κάποιες δοκιμές αγροτικού αγρού. Το έργο AquaSteady επωφελήθηκε επίσης από το πρόγραμμα σπουδών του NSF Convergence Accelerator αναπτύσσοντας τις δεξιότητές του στην ανθρωποκεντρική ανάπτυξη προϊόντων, την επιστήμη της ομάδας, τη διαχείριση έργων και τις επικοινωνίες και σχηματίζοντας συνεργασίες για την ενίσχυση των τεχνολογικών λύσεών του. Η χρηματοδότηση 5 εκατομμυρίων δολαρίων Φάσης 2 θα διαρκέσει για τρία χρόνια και θα επιτρέψει στην ομάδα να διεξαγάγει περαιτέρω έρευνα και να αναπτύξει πρόσθετα πρωτότυπα για το AquaSteady. Η ομάδα θα δοκιμάσει την υδρογέλη σε διάφορα γεωργικά πλαίσια, θα επεκτείνει τις συνεργασίες της και θα δημιουργήσει ένα σχέδιο βιωσιμότητας που υπερβαίνει την υποστήριξη του NSF.
«Τα μεγάλα προβλήματα όπως ο μετριασμός των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής απαιτούν τη συλλογική προσπάθεια επαγγελματιών με διαφορετική κατάρτιση», δήλωσε ο Helio Takai, κοσμήτορας της Σχολής Φιλελεύθερων Τεχνών και Επιστημών. «Το AquaSteady είναι ένα έργο που προέκυψε από μια διεπιστημονική προσπάθεια μεταξύ επιστημόνων και σχεδιαστών στην Pratt και ειδικών από πολλούς τομείς που σχετίζονται με τη γεωργία, την υδατοκαλλιέργεια και την επιστήμη των υλικών. Είναι επίσης ένα έργο όπου εργαζόμαστε με αγρότες για να κατανοήσουμε καλύτερα από πρώτο χέρι τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στο χωράφι».
Το μέλος του διδακτικού προσωπικού του Pratt, Cindie Kehlet, καθηγήτρια χημείας, υπηρετεί ως κύρια ερευνήτρια του έργου, ενώ ο Helio Takai, πρύτανης της Σχολής Φιλελεύθερων Τεχνών και Επιστημών, και ο Karol M. Murlak, καθηγητής βιομηχανικού σχεδιασμού, υπηρετούν ως συν-κύριοι ερευνητές. Jon D. Chorover, Προσωρινός Αναπληρωτής Αντιπρόεδρος για την Έρευνα Γεωργικών, Βιολογικών και Κτηνιατρικών Επιστημών και Συνεταιριστική Επέκταση στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, George John, Καθηγητής Χημείας και Βιοχημείας στο City College της Νέας Υόρκης (CUNY), John Idowo , Ειδικός σε γεωπόνος επέκτασης από το New Mexico State University και ο David Sotomayor, καθηγητής εδαφολογικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Πουέρτο Ρίκο, είναι επίσης συν-κύριοι ερευνητές στην ομάδα. Η προσπάθεια περιλαμβάνει επίσης αγρότες, συμβούλους και άλλες εταιρείες που συνεργάζονται σε διάφορες ικανότητες.
«Είμαι ενθουσιασμένος που θα δουλέψω σε ένα έργο που έχει τη δυνατότητα να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην κοινωνία κάνοντας τη γεωργία πιο βιώσιμη και ταυτόχρονα μετριάζοντας την κλιματική κρίση», δήλωσε ο Kehlet. «Το έργο αφορά τη διατήρηση του νερού κατά την παραγωγή τροφής – τα δύο πιο θεμελιώδη συστατικά της ύπαρξής μας».
Η παραγωγή του AquaSteady θα πραγματοποιηθεί στο Pratt’s Research Yard, όπου εκτεταμένες περιοχές έρευνας και δημιουργίας πρωτοτύπων θα είναι διαθέσιμες για το έργο. Το έργο AquaSteady ξεκίνησε ως μέρος του IDC Research Accelerator Hub και υποστηρίζεται από το Ίδρυμα IDC. Το Research Yard είναι μια εγκατάσταση 20.000 τετραγωνικών ποδιών που άνοιξε ο Pratt στο Brooklyn Navy Yard το 2023 και περιλαμβάνει τα εργαστήρια κατασκευής καθώς και διεπιστημονικά ερευνητικά κέντρα και επιταχυντές, καθώς και το IDC Research Accelerator Hub. Οι μαθητές του Pratt συμμετείχαν στο έργο με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένης της τεκμηρίωσης βίντεο και φωτογραφιών, σχεδιασμού επικοινωνίας για branding και ιστότοπου, διεξαγωγή συνεντεύξεων με χρήστες και δημιουργία πρωτοτύπων και κατασκευή δειγμάτων υδρογέλης.
Η ανάπτυξη του AquaSteady έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει ζήτηση για μια νέα βιώσιμη βιομηχανία γύρω από τα φύκια στις ΗΠΑ. Το AquaSteady είναι κατασκευασμένο από αλγινικό, συστατικό καφέ φυκιών, και η ομάδα συνεργάζεται με την Doall Aquaculture, η οποία δραστηριοποιείται στις ακτές του Long Island. Η Doall Aquaculture καλλιεργεί και μελετά την κόκκινη φύκια, η οποία αφαιρεί άνθρακα, άζωτο και φώσφορο από το νερό καθώς μεγαλώνει.
Ορισμένες από τις μορφές υδρογέλης με βάση τα φύκια που δοκιμάζονται περιλαμβάνουν σκόνες, οι οποίες μπορούν να απλωθούν σε περιοχές όπως το λίπασμα και δίχτυα, τα οποία μπορούν να αγκυρώσουν το έδαφος και να αποτρέψουν τη διάβρωση. Το AquaSteady δοκιμάζεται ήδη σε φάρμες στη Νέα Υόρκη και στο Σάο Πάολο της Βραζιλίας, όπου μια πρόσφατη εφαρμογή υδρογέλης επέτρεψε στα νεοφυτευμένα δενδρύλλια να επιβιώσουν 45 ημέρες ξηρασίας, ένα αποτέλεσμα που είναι πολλά υποσχόμενο τόσο για τη γεωργία όσο και για την αναδάσωση. Η ομάδα συναντά αγρότες σε άλλες τοποθεσίες για να κατανοήσει τις ανάγκες τους και τους παρέχει κιτ AquaSteady για συνεχή συλλογή δεδομένων και συνεργασία.
«Είμαι ενθουσιασμένος που βλέπω πώς ο σχεδιασμός γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ της επιστήμης και των πιεστικών ζητημάτων στον σημερινό κόσμο, όπως η κλιματική αλλαγή, η λειψυδρία και η επισιτιστική ανασφάλεια», δήλωσε ο Murlak. «Μια πρακτική, επαναληπτική και ανθρωποκεντρική προσέγγιση παίζει βασικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία, η οποία συμπληρώνει τέλεια τις αναλυτικές προσεγγίσεις της εμπειρικής επιστήμης».
Οι υδρογέλες είναι πολύ γνωστές στη γεωργία, αλλά δεν χρησιμοποιούνται ευρέως επειδή οι τρέχουσες εκδόσεις βασίζονται κυρίως στο πετρέλαιο και συμβάλλουν στην υποβάθμιση του εδάφους. Οι υδρογέλες με βάση το φύκι έχουν πολλά περιβαλλοντικά οφέλη: είναι βιοδιασπώμενα, μειώνουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και διεγείρουν την ευεργετική μικροβιακή ανάπτυξη στο έδαφος, η οποία μπορεί να εξουδετερώσει την παγκόσμια υποβάθμιση της γης που προκαλείται από τη βιομηχανική γεωργία.
Το μοντέλο AquaSteady έχει επίσης ευρύτερες επιπτώσεις. Το Kelp καλλιεργείται εύκολα και μπορεί να δημιουργήσει θέσεις εργασίας σε παράκτιες κοινότητες. Επειδή τα φύκια φιλτράρουν το νερό, βελτιώνοντας την υγεία του θαλάσσιου οικοσυστήματος, η καλλιέργειά τους μπορεί να υποστηρίξει τον κλάδο της αλιείας. Οι γεωργοί μπορούν να αναμένουν αυξημένες αποδόσεις και εισοδήματα καλλιεργειών και η αυξημένη παραγωγή διαφορετικών καλλιεργειών μπορεί να προσφέρει μεγαλύτερη και πιο θρεπτική επισιτιστική ασφάλεια στις υποεξυπηρετούμενες κοινότητες.
Η έρευνα του AquaSteady αντικατοπτρίζει τη μακροχρόνια δέσμευση του Pratt στη βιωσιμότητα. Το σχολείο είναι ιδρυτικός εταίρος του New York Climate Exchange και πρόσφατα έλαβε βαθμολογία βιωσιμότητας AASHE STARS Gold. Τους επόμενους μήνες, η ομάδα του AquaSteady θα συνεργαστεί με δασκάλους STEM σε δημόσια σχολεία της Νέας Υόρκης και θα φιλοξενήσει μια περιοδεύουσα έκθεση για να αυξήσει την ευαισθητοποίηση σχετικά με το πώς η κλιματική αλλαγή επηρεάζει το διατροφικό μας σύστημα και την ανάγκη μας για βιώσιμες λύσεις.
Οι υδρογέλες του AquaSteady θα μπορούσαν σύντομα να μεταμορφώσουν την παραγωγή τροφίμων συνδυάζοντας την υδατοκαλλιέργεια και τη γεωργία – έναν τύπο σκέψης κυκλικής οικονομίας που κατοχυρώνεται στους Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης των Ηνωμένων Εθνών.
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την έρευνα και τις συνεργασίες του Pratt Institute, επισκεφτείτε το pratt.edu/research.