ห้องทดลองระบบน้ำและอาหารของ Abdul Latif Jameel (J-WAFS) ได้รับรางวัล 2022 J-WAFS Solutions ให้กับPatrick S. Doyle , Robert T. Haslam ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีที่ MIT สำหรับระบบนวัตกรรมของเขาเพื่อจัดการกับมลพิษทางน้ำ Doyle จะทำงานร่วมกับผู้ร่วมวิจัยหลักRafael Gomez-Bombarelliผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการประมวลผลวัสดุในภาควิชาวัสดุศาสตร์ ตลอดจนนักศึกษาระดับปริญญาเอก Devashish Gokhale และ Tynan Perez จากการค้นพบจากการให้ทุนเมล็ดพันธุ์ J-WAFS ประจำปี 2019ดอยล์และทีมวิจัยจะสร้างกระบวนการระดับอุตสาหกรรมที่คุ้มค่าในการกำจัดสารมลพิษขนาดเล็กออกจากน้ำ งานโครงการจะเริ่มในเดือนนี้
โครงการ J-WAFS Solutions มอบเงินสนับสนุนเชิงพาณิชย์แบบหมุนเวียนได้ 1 ปี เพื่อช่วยย้ายเทคโนโลยี MIT จากห้องปฏิบัติการออกสู่ตลาด ทุนสนับสนุนสูงถึง $150,000 มอบให้กับนักวิจัยที่มีเทคโนโลยีล้ำหน้าและสิ่งประดิษฐ์ในน้ำหรืออาหาร นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 2558 เงินช่วยเหลือ J-WAFS Solutions ได้นำไปสู่บริษัทที่แยกตัวออกมาเจ็ดแห่ง และช่วยทำการค้าผลิตภัณฑ์สองรายการในฐานะเทคโนโลยีโอเพนซอร์ส โครงการให้ทุนสนับสนุนโดยCommunity Jameel
ปัญหาที่แพร่หลาย
สารก่อมลพิษขนาดเล็กคือสารปนเปื้อนที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นต่ำ แต่การได้รับสารมลพิษขนาดเล็กอย่างต่อเนื่องและการสะสมทางชีวภาพทำให้เกิดความกังวล ตามรายงานของสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา อนุพันธ์ของพลาสติก Bisphenol A (BPA) สาร “สารเคมีตลอดกาล” และสารโพลีฟลูออโรอัลคิล (PFAS) และโลหะหนัก เช่น ตะกั่ว เป็นสารก่อมลพิษขนาดเล็กที่พบได้ในแม่น้ำมากกว่า 85 เปอร์เซ็นต์ , บ่อน้ำ และทะเลสาบในสหรัฐอเมริกา แหล่งน้ำเหล่านี้หลายแห่งเป็นแหล่งน้ำดื่ม เป็นเวลานาน การสัมผัสกับสารก่อมลพิษขนาดเล็กผ่านน้ำดื่มสามารถก่อให้เกิดความเสียหายต่อร่างกายในมนุษย์ เพิ่มความเสี่ยงของโรคมะเร็ง พัฒนาการผิดปกติ และความล้มเหลวในการสืบพันธุ์
เนื่องจากสารก่อมลพิษระดับจุลภาคเกิดขึ้นในความเข้มข้นต่ำ จึงเป็นเรื่องยากที่จะตรวจจับและติดตามการปรากฏตัวของพวกมัน และความหลากหลายทางเคมีของสารมลพิษระดับจุลภาคทำให้ยากต่อการกำจัดออกจากน้ำในราคาประหยัด ในปัจจุบัน ถ่านกัมมันต์เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการกำจัดสารก่อมลพิษขนาดเล็ก แต่วิธีนี้ไม่สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความเข้มข้นส่วนต่อพันล้านส่วนและส่วนต่อล้านล้านส่วน นอกจากนี้ยังมีข้อกังวลด้านความยั่งยืนที่แข็งแกร่งซึ่งเกี่ยวข้องกับการผลิตถ่านกัมมันต์ ซึ่งใช้พลังงานมาก และปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก
ทางออกที่เป็นประโยชน์ต่อสังคมและเศรษฐกิจ
ดอยล์และทีมของเขากำลังพัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้อนุภาคขนาดเล็กของไฮโดรเจลที่ยั่งยืนเพื่อขจัดมลพิษขนาดเล็กออกจากน้ำ ไมโครอนุภาคโพลีเมอร์ไฮโดรเจลใช้โครงสร้างที่ยึดทางเคมี รวมทั้งไมเซลล์และสารคีเลตอื่นๆ ที่ทำหน้าที่เหมือนฟองน้ำโดยการดูดซับสารมลพิษอินทรีย์ขนาดเล็กและไอออนของโลหะหนัก อนุภาคขนาดเล็กมีขนาดใหญ่พอที่จะแยกออกจากน้ำโดยใช้การตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงอย่างง่าย ระบบมีความยั่งยืนเนื่องจากอนุภาคขนาดเล็กสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างต่อเนื่อง ในการทดสอบ อนุภาคขนาดเล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานแสดงการกำจัดสิ่งปนเปื้อนได้เร็วกว่าถ่านกัมมันต์ในเชิงพาณิชย์ นักวิจัยวางแผนที่จะใช้แมชชีนเลิร์นนิงเพื่อค้นหาองค์ประกอบอนุภาคขนาดเล็กที่เหมาะสมที่สุดซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดในการรวมสารก่อมลพิษขนาดเล็กที่ซับซ้อนในตัวอย่างน้ำเสียจำลองและจริง
ในเชิงเศรษฐกิจ เทคโนโลยีนี้เป็นข้อเสนอใหม่ที่มีการใช้งานในตลาดขนาดใหญ่จำนวนมากที่การกำจัดสารก่อมลพิษขนาดเล็กมีความสำคัญ รวมถึงอุปกรณ์บำบัดน้ำในเขตเทศบาลและในโรงงานอุตสาหกรรม ตลอดจนระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ในครัวเรือน เงินช่วยเหลือ J-WAFS Solutions จะช่วยให้ทีมงานสามารถสร้างและทดสอบต้นแบบของระบบบำบัดน้ำ ระบุกรณีการใช้งานและลูกค้าที่ดีที่สุด และดำเนินการวิเคราะห์ทางเทคโนโลยีเศรษฐกิจและการวิจัยตลาดเพื่อกำหนดแผนธุรกิจเบื้องต้น ด้วยการสนับสนุนเชิงพาณิชย์ของ J-WAFS โครงการนี้อาจนำไปสู่บริษัทสตาร์ทอัพในที่สุด
John H. Lienhard ผู้อำนวยการ J-WAFS ศาสตราจารย์ด้านน้ำ Abdul Latif Jameel แห่ง MIT กล่าวว่า “จุลภาคที่เกิดขึ้นใหม่เป็นภัยคุกคามต่อแหล่งน้ำดื่มที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก “เทคโนโลยีที่คุ้มค่าและสามารถปรับขนาดได้สำหรับการกำจัดสารก่อมลพิษขนาดเล็กเป็นสิ่งจำเป็นอย่างเร่งด่วน โครงการนี้จะพัฒนาและจำหน่ายเครื่องมือใหม่ในการบำบัดน้ำ โดยมีเป้าหมายในการปรับปรุงคุณภาพน้ำสำหรับผู้คนนับล้าน”
