NC State desempeña un papel fundamental en la gestión de la industria agrícola mundial
Fecha de publicación:RALEIGH – El fósforo es esencial para todos los seres vivos, uno de los componentes básicos del ADN y la fuente de energía de las células.
El suministro de alimentos depende de los fertilizantes con fósforo, pero su uso es ineficiente e insostenible: se extraen depósitos de fosfato no renovables y sólo 20% del fósforo utilizado en el sistema alimentario llega a la dieta humana.
Una porción importante del fósforo se filtra en los suelos y el agua dulce, convirtiéndose en un contaminante que mata animales, genera floraciones de algas y expande las zonas costeras muertas. Fuera de equilibrio, este elemento vital puede acabar con la vida.
El Ciencia y tecnologías para la sostenibilidad del fósforo (STEPS) Center está trabajando para descubrir y desarrollar formas de reciclar fósforo, hacer que nuestro sistema alimentario sea más eficiente y proteger el medio ambiente del desperdicio. Con sede en NC State y premiado por la Fundación Nacional de Ciencias, el Centro STEPS fue lanzado en octubre de 2021 después de cuatro años de preparación. Ya está contribuyendo a la comprensión global sobre la sostenibilidad del fósforo.
"Ha sido muy interesante y gratificante porque teníamos esta visión de STEPS, y ahora estamos pasando por la implementación", dijo Ross Sozzani, codirector adjunto del centro y becario de la facultad de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y profesor de biología vegetal y microbiana. "Es emocionante ver cómo las cosas encajan".
EXPLORA EL CENTRO DE PASOS
Con sede en NC State, el Centro STEPS está formado por varias instituciones para estudiar soluciones sostenibles para el uso de fósforo.
Dirigido por NC State y basado en Centennial Campus, STEPS incluye ocho instituciones adicionales en todo el país: Appalachian State University, Arizona State University, Marquette University, North Carolina A&T State University, RTI International, University of Florida, University of Illinois at Urbana. -Champaign y la Universidad de Carolina del Norte en Greensboro. El centro fue adjudicado durante la pandemia de COVID-19, a mediados del semestre de otoño y antes de que se completara la construcción de su sede, el Plant Sciences Building.
"Conseguimos uno de los centros más prestigiosos que otorga la Fundación Nacional de Ciencias en condiciones realmente difíciles", dijo Jacob Jones, director del Centro STEPS y Profesor Distinguido de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Kobe Steel en NC State. “Pero el compromiso y la colaboración del equipo en el lanzamiento del centro superaron mis expectativas. Tenemos personas interactuando con el centro física y virtualmente. Después de trabajar en esto durante cuatro años, ha sido muy emocionante”.
Dado que la sostenibilidad del fósforo es una cuestión compleja, STEPS se basa en la diversidad tanto de habilidades como de materias. La investigación del centro se centra en investigaciones básicas exploratorias inspiradas en el uso que van desde la escala molecular y de materiales hasta cómo los humanos interactúan con la tecnología y los impactos económicos y sociales globales de la sostenibilidad del fósforo.
Una de las áreas de enfoque del centro es la informática de convergencia, que implica tomar una cantidad significativa de información, fusionar diversos conjuntos de datos y utilizar algoritmos de aprendizaje automático para informar los siguientes pasos en la investigación. La informática de convergencia utiliza la ciencia de datos para evaluar y predecir nuevos materiales, tecnologías y estrategias. En STEPS, los investigadores utilizan estas estrategias para estudiar la captura de fósforo, así como la descomposición y modificación de los compuestos de fósforo. El centro creará y difundirá nuevos conocimientos sobre la sostenibilidad del fósforo.
"El objetivo no es crear e implementar soluciones tecnológicas singulares", dijo Jones. "Queremos crear una serie de descubrimientos y desarrollos fundamentales que ayuden a toda la comunidad científica del fósforo a avanzar".
El centro tiene una duración de funcionamiento de cinco años, con posibilidad de renovarlo por cinco años más. Las colaboraciones externas son especialmente importantes para que el centro pueda seguir haciendo descubrimientos incluso después de finalizar la adjudicación.
"Ahora estamos descubriendo nuevos conocimientos sobre la sostenibilidad del fósforo y lo haremos en el año 10", dijo Jones.
INVESTIGACIÓN QUE Abarca TEMAS Y ESCALAS
Dentro de 25 años, STEPS espera ayudar a reducir la dependencia humana de los fosfatos extraídos en 25% y reducir las pérdidas de fuentes puntuales y difusas de fósforo a los suelos y los recursos hídricos en 25%.
Tres temas fundamentan STEPS: escala de materiales, escala de tecnología humana y escala regional y global. Los campos específicos incluyen, entre otros, química, física, ciencias animales, bioingeniería, ecología, sociología y políticas públicas.
“Nuestros investigadores están realizando trabajos diversos: se sientan frente a microscopios para observar partículas, van a instalaciones de tratamiento de aguas residuales para recolectar muestras, usan laboratorios químicos húmedos para sintetizar nuevos materiales, simulan moléculas biológicas usando técnicas computacionales y examinan mapas espaciales de cómo se forma el fósforo. distribuidos en todo Estados Unidos, solo como algunos ejemplos”, dijo Sozzani.
Queremos crear una serie de descubrimientos y desarrollos fundamentales que ayuden a toda la comunidad científica del fósforo a avanzar.
El primer tema de investigación del centro, a escala de materiales, es descubrir y desarrollar nuevos materiales inorgánicos, orgánicos y bioinspirados para liberar, capturar y recuperar fósforo y especies que contienen fósforo tanto de líquidos como de sólidos. Ejemplos de proyectos de investigación actuales incluyen las transformaciones químicas y biológicas del fósforo no reactivo, la recuperación de fósforo utilizando iones cargados positivamente y el avance de los análisis de fósforo.
El segundo tema de investigación, a escala de tecnología humana, evalúa la viabilidad de tecnologías para recuperar fósforo de flujos de residuos complejos, optimiza las propiedades del suelo y mejora la bioaccesibilidad de los fosfatos recuperados. Los proyectos de investigación actuales incluyen el desarrollo de nuevos compuestos de fósforo para convertirlos en un fertilizante sostenible, el examen de los mecanismos genéticos del fósforo de las plantas y el control del fósforo heredado en los suelos.
El tercer tema de investigación, a escala regional y global, es utilizar un enfoque a nivel de sistemas para evaluar cómo la intervención humana, la intervención política y la adopción de tecnología podrían afectar la sostenibilidad del fósforo en diferentes escalas bajo diversos escenarios alternativos de cambio socioeconómico, político y ambiental. Algunos proyectos de investigación actuales implican la creación de un presupuesto y un mapa nacional de fósforo, el establecimiento de datos y herramientas de referencia para simular flujos de fósforo y la evaluación de las percepciones y necesidades de las partes interesadas en la investigación de la sostenibilidad del fósforo.
DIVERSIDAD EN PENSAMIENTO Y ACCIÓN
Descubrir soluciones a un problema tan complejo requiere la colaboración entre investigadores de diferentes campos y de diferentes orígenes. La informática de convergencia y los tres temas de investigación resaltan el compromiso del centro con la investigación interdisciplinaria. Incluso su sede, el Plant Sciences Building, fomenta una cultura de interdisciplinariedad.
"El Edificio de Ciencias Vegetales nos permite reunir, en una ubicación central, a muchos profesores, estudiantes y posdoctorados, y proporciona un espacio interseccional para un proyecto muy grande y complejo", dijo Jones. Y es beneficioso estar en un hogar con otros proyectos interdisciplinarios. “Cualquiera en el edificio puede aprender de nuestras experiencias. Asimismo, podemos aprender de los demás proyectos del edificio”.
"Conectar varias disciplinas es una parte vital de la empresa de investigación de NC State", dijo Genevieve Garland, vicerrectora asociada de operaciones de investigación y comunicaciones y jefa de personal de la Oficina de Investigación e Innovación. Garland dirige la Unidad de Investigación Interdisciplinaria de la oficina. “Nuestros investigadores reúnen diferentes habilidades y conocimientos para resolver problemas de una manera verdaderamente dinámica. Al fomentar iniciativas interdisciplinarias, NC State crea soluciones holísticas e integrales para problemas globales complejos”.
Más allá de los proyectos de investigación y los temas, STEPS tiene un objetivo ambicioso en materia de diversidad: su objetivo de ampliación de participación es que más de 50% de personas involucradas provengan de grupos subrepresentados. La diversidad de culturas, perspectivas y experiencias conduce a investigaciones originales e innovadoras. Este objetivo requiere aprovechar todo lo que NC State tiene para ofrecer en términos de reclutamiento de graduados, extensión a comunidades desatendidas y la alineación de las visiones de diversidad del Centro STEPS y de NC State.
“La universidad realmente cree de todo corazón en la diversidad y la interdisciplinariedad, y esta es una gran asociación entre STEPS y NC State”, dijo Jones. "Tenemos este objetivo de ampliar la participación porque sabemos que traer diversas experiencias y perspectivas fomenta la innovación".
Durante al menos cuatro años más, STEPS seguirá fomentando la diversidad, aplicando investigaciones de convergencia y promoviendo la sostenibilidad del fósforo. Al hacerlo, el centro preparará a los estudiantes para trabajar en problemas complejos e interdisciplinarios y descubrir conocimientos fundamentales para crear un entorno más seguro y saludable para todos.
Fuente del artículo original: WRAL