اطلاعیه ها

بیوتکنولوژی محیط زیست: جایگاه کنونی و جدیدترین موضوعات تحقیقاتی

بیوتکنولوژی محیط زیست در مواردی استفاده می شود که در حال مطالعه محیط زیست یا بهره بردن از فرایندهای زیستی برای استفاده های اقتصادی هستیم. به طور خلاصه این عبارت به معنی استفاده بهینه از محیط (گیاهان، حیوانات، باکتری ها، قارچها و جلبکها) در جهت تولید انرژی قابل تجدید و غذا است.

در این زمینه واژه های زیادی تعریف شده اند که در بحث تازه های بیوتکنولوژی محیط زیست یکی از این واژه ها clean technology انرژی پاکیزه یا  green economy است و سایر موارد حول این محور هستند به این دلیل که انسانها سعی در حفظ محیط اطراف خود دارند. از این رو استفاده از بیوپلیمرها یا پلیمرهای زیستی هم می تواند قسمتی از clean tech باشد. Wastewater treatment یا تصفیه فاضلاب هم بحث کهنه ای در بیوتکنولوژی محیط زیست است که هر از چندگاهی نوآوریهایی در آن دیده می شود.

به دلیل تمایل به انرژی های پاک، بیوتکنولوژی محیط زیست یکی از رشته های نوین و پرطرفدار در دنیای تحقیقات علمی است که برای نوشتن پروپوزال های علمی در این زمینه، اخذ پذیرش در این رشته و همچنین مشاوره انتخاب دانشگاه می توانید از خدمات گروه پژوهش و ترجمه آریا (آرت گروپ) بهره ببرید.

در ادامه قسمتی از نوآوری های این علم جدید را با هم بررسی می کنیم.

انرژی پاکیزه

انرژی پاکیزه شامل انرژی های قابل تجدید ( انرژی باد، انرژی خورشیدی، بیومس، انرژی آب و سوخت زیستی )، تکنولوژی اطلاعات، نقل و انتقال سبز، موتورهای الکتریکی، شیمی سبز و وسایل دیگری است که در انرژی صرفه جویی می کنند. انرژی پاکیزه راهی است برای ایجاد الکتریسیته و سوخت با رد پای محیطی کمتر و ساختمان سازی هایی که با محیط مهربان باشند. دارایی های محیط که به صورت عادی جزء مواد اضافی و خارج از حیطه سود آوری محسوب می شدند می توانند در تولید مواد مفید کربنی کارا باشند. در حالیکه تعریف استانداردی برای انرژی پاکیزه وجود ندارد، مرز پاکیزگی به این صورت توضیح داده می شود: دسته ای از محصولات، خدمات و فرایندها که مواد قابل تجدید و منابع انرژی را کنترل می کنند و باعث کاهش استفاده از منابع طبیعی و حذف انتشار ضایعات می شوند. به نظر می رسد تا سال 2010 سه قسمت از انرژی پاکیزه، فوتووالتائیک های خورشیدی، انرژی باد و سوخت زیستی بازدهی به اندازه 325 بیلیون دلار داشته اند.

ابداعاتی که در این مورد انجام شده ایجاد سیاستهای کم کربن، شبکه الکتریکی و پروژه سبز است. یکی از این موارد تکنولوژی باتری هیبرید در 16 سپتامبر 2009 مورد بهره برداری قرار گرفت. در ادامه برخی از این پروژه ها معرفی می شوند.

بیوپلیمر

بیوپلیمرها دسته ای از پلیمرها هستند که توسط ارگانیسم های زنده تولید می شوند. سلولوز و نشاسته، پروتئینها و پپتیدها، DNA و RNA مثالهایی از بیوپلیمرها هستند که مونومرهای آنها به ترتیب قندها، اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها هستند. سلولوز رایج ترین بیوپلیمر و ترکیب آلی رایج در روی زمین است و حدود 33 درصد مواد موجود در گیاهان سلولوز است.

تفاوت عمده پلیمر و بیوپلیمر در ساختار آنهاست بیوپلیمرها از واحدهای ساختاری به نام مونومر تشکیل شده اند و از آنجایی که سنتز آنها از یک الگو تبعیت می کند همه بیوپلیمرهایی که مونومر یکسانی دارند با هم یکسانند اما این خصوصیت در مورد پلیمر های صنعتی صادق نیست.

بیوپلیمرها ممکن است به عنوان مواد اولیه استفاده شوند مثل پلی لاکتیک اسید که به طور طبیعی زئین و پلی هیدروکسی بوتیرات دارد و می توان از آن در ساخت پلاستیک استفاده کرد و جایگزین پلی استیرن و پلی اتیلن شوند. برخی پلاستیکها قابل تجزیه زیستی هستند: oxydegradable، UVdegradable  به این معنی که توسط هوا یا نور تجزیه می شوند اما این پلاستیکها در نهایت پایه روغنی دارند و ضایعاتی ایجاد می کنند در صورتیکه بیوپلیمرها تجزیه می شوند و برای composting (تهیه کودهای کشاورزی) مناسبند. این نوع بیوپلیمرها به محصولات غیر خوردنی طبقه بندی می شوند و از طریق مسیرهای زیر تجزیه می شوند:

  • Sugar beet > Glyconic acid > Polyglonic acid
  • Starch > (fermentation) > Lactic acid > Polylactic acid
  • Biomass > (fermentation) > Bioethanol > Ethene > Polyethylene

 بسیاری از انواع بسته بندیها از طریق بیوپلیمرها تهیه می شوند: طبقهای غذا، پوشش های نشاسته ای برای حمل و نقل وسایل شکستنی، فیلمهای باریک برای پوشاندن وسایل.

تحقیقات کاربردی در زمینه استخراج بیوپلیمر از محصولات جانبی اتانول

دانشگاه نبراسکا-لینکلن روشی برای استخراج زئین از محصولات جانبی الکل توسط تقطیر خشک ابدا کرده است.

زئین پلیمریست که ذاتا نسبت به نفوذ آب و روغن مقاوم است، آلرژی زا نیست و درنتیجه می توان از آن در صنایع غذایی استفاده کرد. زئین به عنوان GRAS (ایمن برای محیط زیست) طبقه بندی شده است. از اتانول به عنوان حلال آن استفاده می شود که چرخه آن هزینه ای برای سیستم ندارد.

ترکیب تجهیزات تهیه زئین با اتانول مزیتهایی دارد:

ماندگاری اتانول را طی فرایند استخراج با محصول بالا بیشتر می کند. هزینه های تولید را به 5 دلار در پوند (وزن) می رساند. مشاغل جدیدی را برای جمعیت روستایی ایجاد می کند.

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب فرایند زدودن آلودگیها از فاضلاب محلی و پخش شده است. روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک در زدودن آلودگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک کارامد هستند. هدف این کار تهیه مسیلی از فاضلاب، فاضلاب جامد و لجن است که به محیط تخلیه می شوند. این مواد معمولا آلوده به مواد سمی ارگانیک و غیر ارگانیک می شوند.

فرایند تصفیه شامل این موارد است:

1-      پیش تصفیه شامل غربالگری و برداشتن زباله های بزرگ

2-      تصفیه نوع اول

3-      تصفیه نوع دوم شامل لجن فعال، تشتهای هوادهی سطحی، بسترهای چکنده، فیلترهای هوادهی شده بیولوژیک، بیوراکتورهای غشایی، رسوب دهی ثانویه

4-      تصفیه نوع سوم شامل فیلتر کردن، لاگن، زمینهای خیس، برداشت نیتروژن و فسفر

5-      گندزدایی

6-      زدودن بو

کاربرد یافته های تحقیقاتی جدید در تصفیه فاضلاب 

1- سیستم های تصفیه فاضلاب غیر مرکزی که در مصرف انرژی صرفه جویی می کنند.

سیستم های غیر مرکزی از نظر قابلیت تغییر مقیاس، اقتصاد، مصرف انرژی و تاثیرات محیطی نسبت به سیستمهای قدیمی با صرفه ترند. این سیستم ها انعطاف بیشتری در کنترل واکنشهای اکسیداسیون- احیا دارند که برای زدودن نیتروژن، فلزات، مواد آلی سمی و موادی مثل حشره کش ها و مواد منفجره اهمیت دارند. این سیستم قابلیت تجهیز با سیستم نور UV برای از بین بردن 99.9% باکتری ها را دارد. این تکنولوژی در حال حاضر به صورت بین المللی در فرودگاهها، سیستم های توریستی، پرورش ماهی، سایتهای صنعتی و... در حال استفاده است.

2- OXY8 سیستم تصفیه فاضلاب شخصی؛

از سال 1987 شرکتی فرانسوی به نام stoc environment در حال تجهیز و ساخت سیستمی میکرو برای تصفیه فردی فاضلاب بوده است. این سیستم 3000 لیتر ظرفیت دارد و برای خانه ای 6 اتاقه مناسب است. سیستم هوازی آن بوهای نامطبوع را از بین می برد و نیازی به منفذ خروجی ندارد. نیازمند به افزودن باکتری و یا فعال کننده ای برای عملکرد نیست. خروجی آن را می توان به سیستم compost اضافه کرد.

در ادامه مطلب تعدادی از تازه های بیوتکنولوژی محیط زیست در دانشگاههای معتبر بر اساس رتبه بندی جهانی بررسی می شوند.

 

موضوعات تحقیقاتی جدید در زمینه بیوتکنولوژی و دانشگاههای پیشگام در این زمینه

اولین دانشگاه دنیا: موسسه تکنولوژی ماساچوست(MIT)

1.       دفن کردن گازهای گلخانه ای: ابزارهای جدید می توانند به نگه داری ایمن CO2 در زیر زمین کمک کنند.

برای جلوگیری از گرمای کلی زمین، محققین در حال بررسی راههای متعددی هستند که به ویژه بتوانند از ورود گازها به اتمسفر جلوگیری کنند. یکی از راههای ممکن تسخیر گازهای گلخانه ای در مبدا – به عنوان مثال یک کارخانه انرژی الکتریکی- و تزریق آن به زمین است.

هرچند این روش به صورت تئوری مورد قبول است اما عملا هیچ گاه در مقیاس صنعتی انجام نشده است. در حال حاضر مهندسین MIT برنامه ای را تدوین کرده اند که تعیین می کند چه مقدار CO2 می تواند به صورت ایمن در فرمهای زمین شناختی تسخیر شود.

بر اساس مطالعات MIT در سال 2007، آینده با نگه داری CO2 حاصل از سوزاندن زغال سنگ و نگه داری آن در آبگیرها تاثیرات منفی آن بر اتمسفر کاهش می یابد.

هرچند، جوانز دانشیار مهندسی غیر نظامی و محیط در دانشگاه MIT می گوید:" تزریق مقدار زیاد CO2 ممکن است باعث ایجاد و یا بزرگ شدن گسلهای زیر زمینی شود که مجرایی برای انتقال CO2 به اتمسفر می شود. مدل ما راهی ساده و کارامد برای اندازه گیری میزان CO2 است که یک آبگیر به طور ایمن می تواند در خود نگه دارد و برای اولین بار تاثیرات دینامیکهای جریان بر CO2 نگه داری شده بررسی می شوند.

در حال حاضر جوانز و همکارش شولچوسکی مدل خود را در تپه های فکس در آبگیر ما بین منتانا و ویومینگ امتحان کرده اند. آنها دریافتند که این حالت حدود 5 گیگاتن CO2 بیش از نیمی از CO2 که سالانه توسط ایالات متحده تولید می شود را حذف می کند.

یک آبگیر زمین شناختی پیاله ای بزرگ در زیر زمین است که 100 تا 1000 کیلومتر وسعت و 5000 کیلومتر عمق دارد و با لایه هایی از سنگ، کانی های ریز شده و سایر رسوبات که در نهایت تبدیل به صخره های سوراخ دار می شوند، پر شده است. برخی از لایه ها حاوی آب نمک هستند و آبخیزهای عمیق نمکین خوانده می شوند. CO2 می تواند از طریق چاهها به آبخیزها تزریق شود.

مدلMIT پیش بینی می کند که تلی از CO2 چه مقدار در چاه تزریقی مهاجرت می کند و چه مسیر احتمالی را به سمت سراشیبی های زیر زمین و جریانات آبهای زیر زمین طی می کند.

شولچوسکی می گوید علیرغم اینکه مدل ما در مقیاس آبگیر به کار برده شده است بسیار ساده است تنها با استفاده از قلم و کاغذ و به کارگیری پارامترهایی نظیر تخلخل، دما و فشار حجم نگه داری را اندازه می گیریم. سایر روشها نقصان صحت، پیچیدگی و مقیاس دارند.

جوانز نظریه ای را که به دام اندازی مویین نام دارد بررسی کرده است، در این حالت CO2 توسط فشار زمین مایع شده و به شکل قطره هایی در آب شور به دام می افتد (قطره های روغن را در سرکه تصور کنید.) CO2 که در سوراخهای ساختاری آبگیرها پخش شده است در نهایت غیر محلول شده و با صخره های ذخیره ای واکنش داده و به شکل کانی های کربنات بی خطر رسوب می کند.

2.       تجاری کردن تکنولوژی انرژی پاکیزه

تکنولوژی انرژی پاکیزه نشر مواد مضر مربوط به تولید و استفاده از انرژی ( برای مثال CO2) را کاهش می دهد و بسیاری از این انرژیها مقرون به صرفه بوده و منافع زیادی دارند. مثالهای تکنولوژی انرژی پاکیزه شامل این موارد می شود: نیروهای منتشر شده کارامد یا جدید ( برای مثال انرژی خورشیدی، باد، گرمای زمین، سلولهای سوختی، کمک نیروها )؛ تکنولوژی های بازدهی انرژی؛ مدیریت هوشمند انرژی؛ ذخیره کارامد انرژی؛ تکنولوژی های ساخت و ساز سبز؛ سوخت های زیستی؛ و محصولات فرعی و خدماتی که ضایعات همراه با تولید، جابجایی و توزیع انرژی راکاهش می دهند. طرح های MIT به بررسی این موضوع می پردازد که دلیل عدم موفقیت راهکارهای اقتصادی کردن این دست تکنولوژیها و عمومیت یافتن آنها چیست.

3.       جدا کردن خوب از بد: میکروبهایی که هم چپ دست و هم راست دست هستند راهی برای جداسازی اشکال مضر مواد شیمیایی

دانشمندان در MIT و دانشگاه براون در حال بررسی حرکات باکتریهای دریایی بودند و اخیرا دریافتند که تغییرات ناگهانی در جریان آب میکروبهای راست دست را از چپ دست جدا کرده و آنها را مجبور به حرکت در جریان مخالف می کند.

این یافته و امکان جداسازی سریع و ارزان قیمت مواد two-handed در آزمایشگاه می تواند تاثیر زیادی بر صنایعی نظیر داروسازی داشته باشد، که در آنها جدا کردن مولکولهای راست دست از چپ دست برای امنیت داروها حیاتی است.

با اینکه باکتریهای تک سلولی دست ندارند فلاژلهای مارپیچی آنها چه ساعتگرد و چه پاد ساعتگرد باعث حرکت به سمت مخالف شده و شبیه دستهای انسانها هستند و اشکال آینه ای ایجاد می کنند که قابل انطباق نیستند.

توانایی two-handed،  chirality نام گرفته است و در یک مولکول تفاوت بین مفید و یا مضر بودن برای بدن انسان را باعث می شود.

دومین دانشگاه دنیا: دانشگاه استنفورد

1.       Bioremediation

1.1.             کاهش اورانیوم

آلودگی خاک و آب توسط اورانیوم بسیار مشکل ساز است زیرا صدها میلیون سال طول می کشد تا اورانیوم به طریق رادیواکتیو تجزیه شود. علاوه بر این تنها در آمریکا بسیاری از تجهیزات توسط ضایعات رادیواکتیو که میراث تولید سلاحهای هسته ای هستند آلوده می شوند.

سرنوشت و انتقال اورانیوم که می تواند هگزاوالان(U(VI)) یا تتراوالان (U(IV)) باشد از طریق اکسیداسیون تعیین می شود. در حالت هگزاوالان اورانیوم بسیار حلال است و با آب جابجا می شود، اما در حالت تتراوالان اورانیوم نامحلول و غیر سیال است. باکتریهای خاصی توان تبدیل حالت هگزاوالان به تتراوالان و در نتیجه کاهش حلالیت و به دام اندازی آنها زیر زمین را دارند.

شکل شماتیک احیای اورانیوم

شکل شماتیک احیای اورانیوم

سایت تحقیقاتی استنفورد در پل اک هم اکنون توسط چرخه ای تنظیم شده است که دسترسی به دهنده های الکترون و تغذیه سوبسترای کاهشی U(VI) را فراهم می کند. همچنین توانایی برطرف کردن آلودگی های آب زیر زمینی خارج از آزمایشگاه را دارد.

برای فهم تغییرات زیر سطحی U(VI)، رسوبات سایت تحقیقاتی خود را طی آزمایشات microcosm بررسی کردند و دهنده های الکترونی را یافتند که می توانند کاهش میکروبی اورانیوم را تحریک کنند همچنین پاسخ سیستم را نسبت به افزودن دهنده های الکترون و تغذیه بررسی کردند. در حال حاضر در حال غنی سازی باکتریایی برای گسترش و تست مدلهای کینتیکی رشد میکروبی و کاهشی U(VI) و همین طور بررسی ساختار اجتماعات کاهش U(VI) هستند. طرح اصلی شرکت دادن مدلهای سینتیک میکروبی در مدلهای بزرگتر است که توانایی تحریک و پیش بینی پاسخ سیستم را داشته باشند. این مدل بزرگتر توسط گروه پروفسور کستانیدیس  به همراه دکتر الاف کریک در حال توسعه است. این گروه امکان bioremediation اورانیوم و سایر مدلهای در حال گسترش برای کمک به طراحی راهکارهایی برای سایر سایتها را ارزیابی می کند.

1.2.             باکتری Pseudomonas stutzeri KC

این باکتری تنها ارگانیسم دنیتریفیکاتور شناخته شده و جدا سازی شده است که توانایی تجزیه تتراکلرید کربن را بدون تولید حدواسط های سمی کلروفرم دارد. این باکتری عوامل شلات کننده فلزی، پیریدین 2،6 بیس تیو کربوکسیلات(PDTC) را می سازد و ترشح می کند که تتراکلرید کربن را سم زدایی و تجزیه می کنند. بررسی های استنفورد بیشتر در مورد خصوصیات ژنتیکی، سینتیکی و فیزیکی تغییر شکل تترا کلرید کربن از طریق این ارگانیسم است. آنها قابلیتهای PDTCs سنتزی در این تغییر و این مطلب را که PDTC هم کاتالیزور و هم  واکنش گر است را بررسی کرده اند. اندازه گیری تولید PDTC از کشت باکتری در حال رشد نشان می دهد که تولید PDTC وابسته به رشد است. مطالعات پیشین همچنین نشان می دهند پروتئینهای ترشح شده بر تغییر شکلهای وابسته به PDTC اثر بازدارنده دارند. این پروتئینها که با مس رقابت دارند را اخیرا خالص کرده اند. با فهمیدن طبیعت این پروتئینها، می شود انتظار داشت مدلهای بهتری برای تغییر تتراکلرید کربن به کمک Pseudomonas stutzei KC گسترش یابند.

1.3.             مهندسی Shewanella oneidensis MR-1 برای bioremediation فاضلابهای مخلوط

یکی از حوزه های مطالعه در آزمایشگاه های استنفورد بررسی میکروارگانیسمهایی است که قابلیت کاربری در bioremediation آلودگیهای آلی و غیر آلی را داشته باشند. یکی از این ارگانیسمهای جالب توجه Shewanella oneidensis MR-1 است. این ارگانیسم می تواند به صورت هوازی و غیر هوازی در گستره وسیعی از پذیرنده های الکترون رشد کند و نقش biogeochemical مهمی در کاهش فلز بازی می کند. همچنین توانایی تغییر شکل تتراکلرید کربن را دارد که یکی از آلودگی های زیر سطحی معمولی است. در یکی از آزمایشها برای بررسی فیزیولوژی این ارگانیسم در تغییر شکل تتراکلرید کربن و کاهش فلز موتانهایی از MR-1 ایجاد کردند که توانایی تشکیل مناکوئینون را نداشتند. در نتیجه مشاهده کردند که نوع وحشی فاکتور تجزیه کننده تتراکلرید کربن ترشح می کند.

این موسسه در حال حاضر در حال بررسی طبیعت و فعالیت فاکتورهای ترشحی در کاهش آهن و تغییر شکل تتراکلرید کربن است. به نظر می رسد ترکیبی از کوئینون قابلیت کاهش اکسید آهن III جامد و تتراکلرید کربن را داشته باشد. دیگر جنبه های تحقیقات در مورد فرایندهای به دام اندازی انرژی MR-1 و فاکتورهای موثر در این فرایند است.

2.       آیا سوخت زیستی را فراموش کنیم ؟ الکتریسیته زیستی موضوع مهم بعدی است؟

گیاه switchgrass که رشد سریعی دارد پیشرو نسل بعدی سوخت زیستی در حال حاضر است. بر خلاف ذرت وابسته به لقاح محققین معتقدند رشد علف و تبدیل آن به اتانول کارامد است. اما بررسی های جدید نشان می دهد راه بهتری برای استفاده از switchgrass و سایر گیاهان وجود دارد. به جای تبدیل آنها به اتانول برای پر کردن مخزن گاز اتومبیلها، گیاهان باید در کارخانه های تولید نیرو سوزانده شوند و الکتریسیته زیستی تولید کنند که می تواند ماشینهای الکتریکی را روشن کند.

با استفاده از آنالیزهای پیچیده کامپیوتری محققین در یافتند که یک ماشین مسابقه می تواند 9000 مایل (km484/14) را با کمک انرژی حاصل از یک زمین switchgrass که به اتانول تبدیل شده است، طی کند. اما تبدیل این بیومس به الکتریسته اجازه می دهد یک SUV با انرژی باتری 14000 مایل (km 231/22) در بزرگراه طی کند. الیوت کمپبل مسئول این تحقیق می گوید: " یکی از فاکتورهای رانندگی که باعث این مسئله می شود این است که موتور الکتریکی بسیار کارامدتر از موتور احتراقی درونی است. "

یکی دیگر از مزایای الکتریسیته زیستی نسبت به سوخت زیستی این است که دی اکسید کربن حاصل از کارخانه های نیرو که از switchgrass یا سایر گیاهان به عنوان سوخت استفاده می کنند به طور تئوری قابلیت جمع آوری و ذخیره سازی دارد مثل دودی که از بعضی دودکشها خارج می شود. در حالیکه دی اکسید کربن منتشر شده که از سوختن سوختهای زیستی حاصل می شود به راحتی تسخیر نمی شود زیرا از اگزوز هر ماشینی در مسیر خارج می شوند.

چهارمین دانشگاه دنیا: کالیفرنیا برکلی                                 

1.       از گوشت نمک سود شده تا سوخت زیستی

چربی قهوه ای ترکیب نامطبوعی از باقیمانده چربی حیوانات و بزرگترین دشمن مجرای فاضلاب است. در سان فرانسیسکو، یک پروژه توسط دو نفر از گروه مهندسی برکلی انجام شده است: تصفیه خانه های فاضلاب در کالیفرنیا چگونه مواد ناخواسته را به سوخت بیودیزلی تبدیل می کنند؟ به طور تقریبی 70 میلیون گالن چربی قهوه ای سالانه در کالیفرنیا تولید می شود.

در این پروسه چربی چندین مرتبه پیش غربال می شود تا مواد جامد (شامل استخوانها، چنگالها، دستمال کاغذی...) گرفته شوند، سپس حرارت داده می شود تا ماسیده نشود. پس از تریتهای اولیه تحت فرایند شیمیایی به نام transesterification قرار می گیرد که شامل افزودن متانول و کاتالیست است.

تصفیه خانه فاضلاب منطقی ترین محل برای قرار دادن تجهیزات بازیافت چربی است زیرا چربی محتوی آب بالایی دارد؛ آبی که انتظار می رود طی عمل تولید بیودیزل هضم کننده های بی هوازی را گسترش دهد و گاز متان بیشتری تولید کند.

در حال حاضر در سان فانسیسکو طی برنامه ای که SF Grease cycle نام دارد در ماه 20000 گالن چربی زرد به بیم دیزل تبدیل می شود. چربی قهوه ای راه مشکل تری تا تبدیل شدن به بیودیزل طی می کند و همچنین مشکلات بیشتری برای مجراهای فاضلاب شهری ایجاد می کند. سان فرانسیسکو سالانه حدود 5/3 میایون دلار برای نظافت مجراهای فاضلاب هزینه می کند.

2.       نو آوری هایی در تکنولوژی پاکیزه

2.1.             پروژه سلول سوختی کم هزینه

بیش از 2 بیلیون از مردم دنیا دسترسی به الکتریسیته ندارند. در حالتی که الکتریسیته موجود نباشد بسیاری از مردم برای تولید نور نفت سفید را می سوزانند. سوزاندن نفت سفید بسیار ناکارامد است و سوختن ناکامل آن محصولاتی را ایجاد می کند که برای سلامت انسانها مضر است. محققین علوم مواد در آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی در حال تولید سلول سوختی کم هزینه، کوچک و نیرومند هستند که می تواند سوخت فسیلی را بدون آلودگی یا با آلودگی کم به الکتریسیته تبدیل کند.

2.2.             ظرفیت بیشتر یک باتری

باتریهای یون لیتیوم در نسل بعدی وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی و هیبریدی plug-in مورد توجه هستند و دلیل آن پتانسیل افزایش انرژی نسبت به سیستم های هیبرید فلز نیکل موجود است. امنیت و قیمت قابل توجه مشکلاتی هستند که در مسیر گسترش باتری های لیتیومی وجود دارد. برای کاهش هزینه ها لازم است میزان کبالت در کاتد کاهش یابد. تیمی به رهبری جیم ویلکوکس و مارکا دوئف در یافتند که سلولهای حاوی موادی که قسمتی از آن توسط الومینیوم جایگزین شده اند، در حالت شارژ بیشینه نسبت به ترکیبات مادری خود حدودا ده برابر ظرفیت دارند که برای عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی هیبرید plug-in لازم است. این ماده بسیار مقرون به صرفه است. به علاوه اشتراک آلومینیوم در ساختار باعث بیشتر شدن مقاومت به گرما و محافظت در برابر تجزیه بر اثر  over-charge و در نتیجه امنیت باتری وسیله نقلیه می شود.

ششمین دانشگاه دنیا: دانشگاه میشیگان

باکتریها  یک بستر آبی در سیستم های تصفیه فاضلاب ایجاد می کنند.

باکتری ها در سیستم تصفیه فاضلاب زمینه ای برای جفت شدن بسترهای مقاوم به باکتری ها تشکیل می دهند که در نهایت به رودخانه ها و دریاچه ها تخلیه می شود. در اولین مطالعه هایی از این دست چوان وو از دانشگاه میشیگان دانشکده سلامت عمومی و تیم او آبهایی حاوی اسنیتوباکتر را در پنج سایت درون و نزدیک تصفیه خانه آن اربر بررسی کردند. آنها بسترهایی-باکتری هایی مقاوم به تعدادی از آنتی بیوتیکها –نزدیک به 100 یارد پایین دست محل تخلیه در رودخانه هورن پیدا کردند. چوان وو دستیار پروفسور دانشکده سلامت عمومی اعلام کرد هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا مشخص شود وجود این بسترها در محیط های آبی به انسانها صدمه می زند یا خیر.

چوان وو و همکارانش به این نتیجه رسیدند که زمانیکه تعداد کلی باکتریهای باقی مانده در پساب نهایی پس از تخلیه کاهش می یابد، باکتری های باقی مانده نسبت به باکتری های نمونه آبی بالادست مقاومت بیشتری نسبت به آنتی بیوتیکها دارند. بعضی از باکتری ها به هفت آنتی بیوتیک از هشت آنتی بیوتیک تست شده مقاومند. باکتری های 100 یارد پایین تر هم نسبت به باکتری های بالادست نسبت به چند دارو مقاومند.

طی چند دهه گذشته باکتری های مقاوم به چندین دارو به عنوان یکی از موضوعات جهانی در سلامت عمومی تبدیل شده اند و دلیل آن استفاده بیش از حد از آنتی بیوتیکها و سایر فاکتورهاست. چوان وو اسنیتوباکتر را انتخاب کردند زیرا عاملیکی از عفونتهای بیمارستانی است و در ایجاد مقاومت به آنتی بیوتیک توانایی دارد.

به عقیده چوان وو مشکل این نیست که تصفیه خانه ها کار خود را به درستی انجام نمی دهند یا برای زدودن تمام آنتی بیوتیکها و مواد دارویی وارد شونده به تصفیه خانه ها تجهیز نشده اند.

فرایند تصفیه زمینهای مناسب برای ایجاد بسترهاست زیرا باکتریها را تشویق به رشد و تجزیه مواد آلی می کند. هرچند باکتری های خوب هم در کنار بدها رشد می کنند. در فضایی محدود باکتریها مواد ژنتیکی مقاومت را بین خود تقسیم می کنند.

توصیه چوان وو در این مورد این است که برای بیماریهایی نظیر سرماخوردگی و انفولانزا که به کمک آنتی بیوتیکها درمان نمی شوند، آنتی بیوتیک مصرف نشود و همچنین به جای ریختن داروهایی که مصرف نمی شوند در سینک با دستشویی، مکان مناسبی به آنها تخصیص داده شود تا وارد مجاری فاضلاب نشوند.

بیست وهشتمین دانشگاه دنیا: دانشگاه کمبریج

یافته های جدید در مورد تصفیه فاضلاب در بلایا

بلایا تولید آب پاکیزه و سیستم تصفیه فاضلاب بهداشتی که برای حفظ سلامت عمومی لازم هستند را تحت تاثیر قرار می دهد. حذف فضولات در این شرایط از تقدم کمتری برخوردار است، روشهای جدیدی برای تصفیه فاضلاب در این شرایط ایجاد شده است. این روش ناتوانایی های راه حلهای موجود را برای شرایطی مثل خاکهای غیر قابل نفوذ و چگالی بالای جمعیت از بین می برد. راه حل های پیشین مثل چاله های آبگیر برای این حالت کارایی ندارند و تصفیه خانه های عادی هم بسیار هزینه برند و نمی توان آنها را مدیریت کرد.

درنتیجه سیستم تصفیه ای خاصی برای حالتهای اورژانسی به کمک Oxfam GB گسترش یافت و با استانداردهای بریتانیا طراحی شد. ترکیبی نیمه متمرکز شامل یکسری تجهیزات بهداشتی مثل تانکهای رسوب دهی که به یک سیستم مرکزی متصل هستند و بر اساس کارایی و سهولت به کارگیری انتخاب شدند. سیستم مرکزی حاوی یک فیلتر چکنده و فرایند لجن فعال است که سپس گندزدایی کلری می شوند.

سیستم در مقیاس از نظر کارایی، قدرت، زمانهای شروع و توانایی گندزدایی تست شد. نتایج بررسی ها کارایی بالایی را در زدودن مواد آلی، قدرت و زمان شروع کوتاه نشان می دهد، هرچند مشکلاتی در رسیدن به نیتریفیکاسیون کامل وجود دارد.