Ο CHAO WANG ΚΑΙ Ο ΜΙΧΑΛΗΣ ΤΣΑΠΑΤΣΗΣ ΣΥΝΕΡΓΑΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟ JOHNS HOPKINS APL ΣΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «CORNUCOPIA» ΤΗΣ DARPA ΕΧΟΝΤΑΣ ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΝΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΣΟΥΝ ΦΑΓΗΤΟ ΑΠΟ ΤΟ ΤΙΠΟΤΕ
Η Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας (DARPA) προκάλεσε τις ομάδες Cornucopia να δημιουργήσουν ένα σύστημα κατασκευής και στέγασης που θα μπορούσε να χωρέσει στο πίσω μέρος ενός φορτηγού. Αυτή είναι μια απεικόνιση της ιδέας του APL: ένα σύστημα που ταιριάζει στο ωφέλιμο φορτίο ενός τυπικού Humvee.
Για μια ομάδα ερευνητών του Johns Hopkins, η πρόκληση της σίτισης των ανθρώπων σε περιόδους κρίσης ή συγκρούσεων είναι μια ευκαιρία να επανεφεύρουν δραματικά τον τρόπο παρασκευής των τροφίμων: σχεδόν από το τίποτα.
Το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Johns Hopkins φιλοξενεί μία από τις τέσσερις ομάδες που επιλέχθηκαν για το πρόγραμμα Cornucopia της Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), προσπαθώντας να ξεκλειδώσει τη δυνατότητα παραγωγής διατροφικά πλήρων, εύγευστων τροφίμων στον τομέα.
Η ομάδα χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για να δεσμεύσει νερό, διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο και ιχνοστοιχεία από τον αέρα και στη συνέχεια παράγει ένα πλούσιο υλικό με βάση τη γλυκόζη (που ονομάζεται πρώτη ύλη) στο οποίο αναπτύσσονται μικροβιακά προϊόντα διατροφής.
Η πρώτη ύλη αναφέρεται σε μια πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται ως καύσιμο ή μετατρέπεται σε άλλη μορφή καυσίμου ή ενεργειακού προϊόντος. Για παράδειγμα, το αργό πετρέλαιο είναι μια πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία βενζίνης, το καλαμπόκι χρησιμοποιείται για την παραγωγή αιθανόλης και το σογιέλαιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή βιοντίζελ.
«Ναι, στοχεύουμε να δημιουργήσουμε τρόφιμα από το πουθενά», δήλωσε ο Collin Timm, χημικός και βιολογικός μηχανικός στο APL και κύριος ερευνητής της ομάδας. «Θα ήταν μια επαναστατική ικανότητα να είμαστε σε θέση να παράγουμε τρόφιμα κατά παραγγελία σε οποιοδήποτε περιβάλλον».
Ο αναπληρωτής καθηγητής Chao Wang και ο διακεκριμένος καθηγητής του Bloomberg Michael Tsapatsis, δύο μέλη ΔΕΠ στο Τμήμα Χημικών και Βιομοριακών Μηχανικών της Σχολής Μηχανικών Whiting και στο Ινστιτούτο Βιώσιμης Ενέργειας Ralph S. O'Connor, συνεργάζονται με την ομάδα APL για να βοηθήσουν στην ανάπτυξη αυτών των πολύπλοκων διαδικασιών. Και οι δύο έχουν εμπειρία στη δημιουργία χρήσιμων προϊόντων από άνθρακα της ατμόσφαιρας.
Ο Wang επικεντρώνεται στη χρήση ηλεκτροχημικών μεθόδων για τη δέσμευση CO2 από τον αέρα, ενώ ο Τσαπάτσης εργάζεται στην καταλυτική μετατροπή των ενδιάμεσων C1 (μόρια ή χημικές ουσίες που περιέχουν ένα άτομο άνθρακα) σε ζάχαρη.
"Η διαδικασία μας επικεντρώνεται στη δημιουργία μιας κεντρικής, πλούσιας πρώτης ύλης από τα συστατικά του αέρα για την υποστήριξη της ανάπτυξης μικροβίων τροφίμων", εξήγησε ο William Stone του APL, μοριακός βιολόγος που επιβλέπει αυτή την πτυχή του έργου.
Η ομάδα θα δεσμεύσει διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα και θα το μειώσει σε απλά οργανικά μόρια, όπως μυρμηκικό και οξικό, χρησιμοποιώντας διαδοχικούς χημικούς αντιδραστήρες. Αυτά τα προϊόντα, με τη σειρά τους, θα μετατραπούν σε σάκχαρα.
«Χρησιμοποιούμε ανάντη τεχνολογίες για να μετατρέψουμε τον αέρα και την ηλεκτρική ενέργεια σε μοριακά δομικά στοιχεία, όπως σάκχαρα και σταθερό άζωτο, που απαιτούνται για τα μικρόβια», δήλωσε ο Stone.
«Τα κατάντη ασφαλή για τα τρόφιμα μικρόβια χρησιμοποιούν στη συνέχεια αυτή την πρώτη ύλη για να παράγουν αποτελεσματικά όλα τα μακροθρεπτικά συστατικά και τις βιταμίνες που πρέπει να συμπεριληφθούν στα προϊόντα διατροφής.
Ο συνδυασμός των ανάντη και κατάντη διαδικασιών είναι μια σύνθετη πρόκληση ολοκλήρωσης συστημάτων που είμαστε καλά προετοιμασμένοι να αντιμετωπίσουμε».
Η DARPA προκάλεσε επίσης τις ομάδες να δημιουργήσουν ένα σύστημα παραγωγής και στέγασης που θα μπορούσε να χωρέσει στο πίσω μέρος ενός φορτηγού, το οποίο τα ανεπτυγμένα στρατεύματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν για να κάνουν θρεπτικά και ορεκτικά τρόφιμα κατά παραγγελία σε απομακρυσμένες τοποθεσίες, αφαιρώντας την ανάγκη για δαπανηρές και ευάλωτες αλυσίδες εφοδιασμού τροφίμων.
Η τρέχουσα κύρια πηγή διατροφής σε πολλές στρατιωτικές επιχειρήσεις - που ονομάζεται γεύμα, έτοιμο για κατανάλωση ή MRE - δεν συνιστάται ως μοναδική πηγή τροφής για μεγάλες αποστολές, δεν έχει εγκριθεί για πολιτική χρήση και δεν είναι προσαρμοσμένη για διαφορές ηλικίας και φύλου.
«Στόχος μας είναι να εξαγάγουμε όσο το δυνατόν περισσότερα από τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται τα μικρόβια για να παράγουν τροφή από τον αέρα». Stone είπε. «Θα συλλέξουμε ακόμη και σκόνη και άλλα σωματίδια και θα εξαγάγουμε ιχνοστοιχεία όπως ο σίδηρος και το μαγνήσιο που απαιτούνται για διατροφικά πλήρη προϊόντα διατροφής».
Η προσέγγιση της APL, που ονομάστηκε RePLICaTE - για τη μείωση των προβλέψεων και των εισροών εφοδιαστικής μέσω του μετασχηματισμού θερμίδων από την ηλεκτρική ενέργεια - επικεντρώνεται στην παράδοση ενός λειτουργικού πρωτοτύπου, επιδεικνύοντας ένα άλμα προς τα εμπρός στην παραγωγή τροφίμων κατά παραγγελία. Οι συνεργάτες στο έργο περιλαμβάνουν το κρατικό πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας και τη Meridian Biotech.
Αυτό το νέο πρόγραμμα επωφελείται από τις δεκαετίες εργασίας της APL σε έργα που έχουν σχεδιαστεί για την άμεση υποστήριξη στρατιωτών στο πεδίο. Ο Timm σημείωσε ότι το Εργαστήριο έχει, εδώ και αρκετό καιρό, επικεντρωθεί στην αποφόρτιση του πολεμικού αεροσκάφους και στη διασφάλιση της πρόσβασης σε πόρους κατά παραγγελία.
Πρόσφατα, οι επιστήμονες της APL έχουν αναλάβει εσωτερικά χρηματοδοτούμενα έργα για την παραγωγή γλυκόζης από μικρόβια και τη μηχανική μικροβίων για την παραγωγή τροφίμων.
Η ομάδα παρακινείται επίσης από τον αντίκτυπο που θα μπορούσε να έχει το RePLICaTE στο μεταβαλλόμενο κλίμα του πλανήτη. Αυτά τα πρώιμα ερευνητικά έργα παρείχαν κρίσιμες αποδείξεις της έννοιας και προκαταρκτικά δεδομένα για το RePLICaTE, την τελευταία επιδρομή της APL σε μια αυξανόμενη προσπάθεια αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής και των επιπτώσεών της.
«Στο πλαίσιο της δουλειάς μας σε αυτόν τον τομέα, ενδιαφερόμαστε πολύ για την ανθεκτικότητα των συστημάτων τροφίμων και επενδύουμε στην ανάπτυξη τεχνολογιών για την κάλυψη βασικών αναγκών όταν συμβαίνουν ακραία καιρικά φαινόμενα που προκαλούνται από την κλιματική αλλαγή», δήλωσε η Marisa Hughes, επικεφαλής έρευνας περιβαλλοντικής ανθεκτικότητας στο Τμήμα Έρευνας και Διερευνητικής Ανάπτυξης του APL.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου