Lo Stato NC svolge un ruolo fondamentale nella gestione del settore agricolo globale
Data di pubblicazione:RALEIGH – Il fosforo è essenziale per tutti gli esseri viventi, uno degli elementi costitutivi del DNA e la valuta energetica delle cellule.…
Le forniture alimentari dipendono dai fertilizzanti al fosforo, ma il loro utilizzo è inefficiente e insostenibile: i depositi di fosfato non rinnovabili vengono estratti e solo il 20% del fosforo utilizzato nel sistema alimentare arriva alla dieta umana.
Una parte significativa del fosforo penetra nel suolo e nell’acqua dolce, diventando un contaminante che uccide gli animali, fa proliferare fioriture algali ed espande le zone morte costiere. Senza equilibrio, questo elemento vitale può porre fine alla vita.
IL Scienza e tecnologie per la sostenibilità del fosforo (STEPS) Il Centro sta lavorando per scoprire e sviluppare modi per riciclare il fosforo, rendere il nostro sistema alimentare più efficiente e proteggere l’ambiente dai rifiuti. Con sede presso NC State e premiato dalla National Science Foundation, il Centro STEPS era lanciato nell'ottobre 2021 dopo quattro anni di preparazione. Sta già contribuendo alla comprensione globale sulla sostenibilità del fosforo.
"È stato molto coinvolgente e appagante perché avevamo questa visione per STEPS, e ora stiamo attraversando l'implementazione", ha affermato Ross Sozzani, co-direttore del centro e borsista della NC State University e professore di biologia vegetale e microbica. "È emozionante vedere le cose andare a posto."
ESPLORA LO STEPS CENTER
Con sede presso NC State, il Centro STEPS è composto da diverse istituzioni per studiare soluzioni sostenibili per l'uso del fosforo.
Guidato da NC State e basato sul Centennial Campus, STEPS comprende otto istituzioni aggiuntive in tutto il paese: 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 e l'Università della Carolina del Nord a Greensboro. Il centro è stato premiato durante la pandemia di COVID-19, a metà del semestre autunnale e prima che la costruzione della sua sede, il Plant Sciences Building, fosse completata.
"Abbiamo realizzato uno dei centri più prestigiosi premiati dalla National Science Foundation in condizioni davvero difficili", ha affermato Jacob Jones, direttore dello STEPS Center e illustre professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State di Kobe Steel. “Ma l’impegno e la collaborazione del team nel lancio del centro hanno superato le mie aspettative. Abbiamo persone che interagiscono con il centro fisicamente e virtualmente. Dopo aver lavorato su questo per quattro anni, è stato davvero entusiasmante”.
Poiché la sostenibilità del fosforo è una questione complessa, STEPS si basa sulla diversità delle competenze e delle materie. La ricerca del centro si concentra sulla ricerca di base esplorativa e ispirata all'uso che spazia dalla scala molecolare e dei materiali al modo in cui gli esseri umani interagiscono con la tecnologia fino agli impatti economici e sociali globali della sostenibilità del fosforo.
Una delle aree di interesse del centro è l'informatica di convergenza, che implica l'acquisizione di una quantità significativa di informazioni, la fusione di diversi set di dati e l'utilizzo di algoritmi di apprendimento automatico per orientare i passi successivi nella ricerca. L’informatica di convergenza utilizza la scienza dei dati per valutare e prevedere nuovi materiali, tecnologie e strategie. Presso STEPS, i ricercatori utilizzano queste strategie per studiare la cattura del fosforo nonché la decomposizione e la modifica dei composti del fosforo. Il centro creerà e diffonderà nuove conoscenze sulla sostenibilità del fosforo.
“L’obiettivo non è creare e implementare soluzioni tecnologiche uniche”, ha affermato Jones. “Vogliamo realizzare una serie di scoperte e sviluppi fondamentali che aiutino l’intera comunità scientifica sul fosforo ad andare avanti”.
Il centro ha durata quinquennale, con possibilità di rinnovo per altri cinque anni. I partenariati esterni sono particolarmente importanti affinché il centro possa continuare a fare scoperte anche dopo la conclusione del premio.
“Stiamo scoprendo nuove conoscenze sulla sostenibilità del fosforo adesso, e lo faremo entro il decimo anno”, ha detto Jones.
RICERCA CHE ABBRACCIA SOGGETTI E SCALE
Entro 25 anni, STEPS spera di contribuire a ridurre la dipendenza umana dai fosfati estratti dalle miniere entro il 25% e di ridurre le perdite di fonti puntuali e non puntuali di fosforo nei suoli e nelle risorse idriche entro il 25%.
Tre temi fondano STEPS: scala dei materiali, scala della tecnologia umana e scala regionale e globale. Campi specifici includono, ma non sono affatto limitati a, chimica, fisica, scienze animali, bioingegneria, ecologia, sociologia e politiche pubbliche.
“I nostri ricercatori stanno svolgendo lavori diversificati: sono seduti al microscopio e osservano le particelle, si recano negli impianti di trattamento delle acque reflue per raccogliere campioni, utilizzano laboratori di chimica umida per sintetizzare nuovi materiali, simulano molecole biologiche utilizzando tecniche computazionali ed esaminano mappe spaziali di come viene prodotto il fosforo. distribuito in tutti gli Stati Uniti – solo per fare alcuni esempi”, ha detto Sozzani.
Vogliamo realizzare una serie di scoperte e sviluppi fondamentali che aiutino l’intera comunità scientifica sul fosforo a progredire.
Il primo tema di ricerca del centro, sulla scala dei materiali, è scoprire e sviluppare nuovi materiali inorganici, organici e di ispirazione biologica per liberare, catturare e recuperare fosforo e specie contenenti fosforo sia da liquidi che da solidi. Esempi di progetti di ricerca attuali includono le trasformazioni chimiche e biologiche del fosforo non reattivo, il recupero del fosforo utilizzando ioni caricati positivamente e il progresso dell'analisi del fosforo.
Il secondo tema di ricerca, su scala umana e tecnologica, valuta la fattibilità delle tecnologie per il recupero del fosforo da flussi di rifiuti complessi, ottimizza le proprietà del suolo e migliora la bioaccessibilità dei fosfati recuperati. Gli attuali progetti di ricerca includono lo sviluppo di nuovi composti del fosforo in un fertilizzante sostenibile, l'esame dei meccanismi genetici nel fosforo delle piante e il controllo del fosforo esistente nei suoli.
Il terzo tema di ricerca, su scala regionale e globale, consiste nell’utilizzare un approccio a livello di sistema per valutare come l’intervento umano, l’intervento politico e l’adozione della tecnologia potrebbero influenzare la sostenibilità del fosforo su scale diverse in vari scenari alternativi di cambiamento socioeconomico, politico e ambientale. Alcuni progetti di ricerca attuali prevedono la creazione di un bilancio e di una mappa nazionale del fosforo, la definizione di dati e strumenti di base per simulare i flussi di fosforo e la valutazione delle percezioni e delle esigenze delle parti interessate nella ricerca sulla sostenibilità del fosforo.
DIVERSITÀ NEL PENSIERO E NELL'AZIONE
Scoprire soluzioni a un problema così complesso richiede la collaborazione tra ricercatori in diversi campi e con background diversi. L'informatica di convergenza e i tre temi di ricerca evidenziano l'impegno del centro nella ricerca interdisciplinare. Anche la sua sede, il Plant Sciences Building, promuove una cultura di interdisciplinarietà.
"Il Plant Sciences Building ci consente di riunire, in una posizione centrale, molti docenti, studenti e dottorandi e fornisce uno spazio intersezionale per un progetto molto ampio e complesso", ha affermato Jones. Ed è vantaggioso trovarsi in una casa con altri progetti interdisciplinari. “Chiunque nell’edificio può imparare dalle nostre esperienze. Allo stesso modo, possiamo imparare dagli altri progetti dell’edificio”.
"Il collegamento di diverse discipline è una parte vitale dell'impresa di ricerca di NC State", ha affermato Genevieve Garland, vice cancelliere associato per le operazioni di ricerca e comunicazione e capo dello staff dell'Ufficio per la ricerca e l'innovazione. Garland dirige l'Unità di ricerca interdisciplinare dell'ufficio. “I nostri ricercatori uniscono competenze ed esperienze diverse per risolvere i problemi in modo veramente dinamico. Promuovendo iniziative interdisciplinari, NC State crea soluzioni olistiche e complete a complesse questioni globali”.
Al di là dei progetti di ricerca e degli argomenti trattati, STEPS ha un obiettivo ambizioso nel campo della diversità: il suo obiettivo di ampliamento della partecipazione è quello di avere più di 50% di individui coinvolti appartenenti a gruppi sottorappresentati. La diversità di cultura, prospettiva ed esperienza porta a una ricerca originale e innovativa. Questo obiettivo richiede di sfruttare tutto ciò che lo Stato NC ha da offrire in termini di reclutamento di laureati, sensibilizzazione alle comunità svantaggiate e allineamento delle visioni della diversità del Centro STEPS e dello Stato NC.
"L'università crede davvero nella diversità e nell'interdisciplinarietà con tutto il cuore, e questa è una grande partnership tra STEPS e NC State", ha affermato Jones. “Abbiamo questo obiettivo di ampliamento della partecipazione perché sappiamo che portare esperienze e prospettive diverse favorisce l’innovazione”.
Per almeno altri quattro anni, STEPS continuerà a promuovere la diversità, applicando la ricerca sulla convergenza e promuovendo la sostenibilità del fosforo. In tal modo, il centro preparerà gli studenti a lavorare su problemi complessi e interdisciplinari e a scoprire conoscenze fondamentali per creare un ambiente più sicuro e più sano per tutti.
Fonte articolo originale: WRAL