Во время отпуска в Коста-Рике в 2018 году десятилетний Мойтри Сантра увидел, что вода кажется красно-коричневой. Хотя в то время она этого не знала, она смотрела на Красный прилив, одно из многих вредоносных цветущих водорослей, выделяющих токсины, смертельные для рыб, моллюсков, морских млекопитающих и птиц, питающихся отравленной рыбой. Помимо этого, вредное цветение водорослей истощает кислород, доступный в воде. Более того, она заметила по всему пляжу вывески, предупреждающие людей не заходить в воду. Глобальный индийский продолжит разработку решения по сбору вредных водорослей, когда они еще живы, и потенциальному превращению их в биотопливо.
Что такое вредное цветение водорослей?
Когда Мойтри вернулась домой во Флориду, она начала исследовать токсичные водоросли и обнаружила, что их проблема быстро растет. Она обнаружила, что в семилетнем исследовании Межправительственной океанографической комиссии ЮНЕСКО в базе данных о вредных событиях, связанных с водорослями, зафиксировано 9,503 события, повлиявшие на человеческое общество. «Оно загрязняет морскую жизнь и морепродукты», — сказала девочка-подросток во время презентации на конкурсе молодых ученых 3M. Она продолжила разработку робота и пленочного геля, который может привлекать водоросли к субстрату. Ее мечта состоит в том, чтобы очистить океаны от вредоносного цветения водорослей, собрав живые водоросли и переработав их в биотопливо.
Вредное цветение водорослей происходит в водоемах естественным путем, а также может быть вызвано деятельностью человека. Стоки фосфатов и нитратов из удобрений, а также сточных вод и фильтрата (жидкости твердых отходов), а также чрезмерный солнечный свет могут привести к распространению вредоносного цветения водорослей. Они также предпочитают более теплые, спокойные и более мелкие воды. Огромные суммы денег тратятся на очистку водоемов от этих ВЦВ, только США потратили 1.1 миллиарда долларов в 2020 году. Кроме того, существуют продукты для борьбы с этим цветением, но Мойтри говорит, что они просто не на должном уровне или являются загрязнителями. сами себя.
Решение Мойтри
«Я создал водорастворимый, биоразлагаемый и положительно заряженный гель с цитрат-ионом и лимонной кислотой», — объясняет Мойтри. Хитозан и лимонная кислота, содержащиеся в геле, вызывают коагуляцию водорослей. Летние каникулы она провела, экспериментируя с гелями и субстратами, превратив семейную столовую в свою импровизированную лабораторию. «Цветение водорослей происходит повсюду, но особенно заметно во Флориде», — объясняет она.
Гель Мойтри биоразлагаем и растворим в воде, что снижает его воздействие на окружающую среду. Полимер хитозана набухает и переносит лимонную кислоту в воду в гель. Гель вызвал коагуляцию водорослей, заставляя их слипаться, становиться плотными и опускаться на дно. Однако этот процесс также приводит к их смерти. Однако процесс разложения истощает кислород из воды, убивая морскую жизнь вокруг нее.
Функционирующий прототип
Ее наставник из 3M, доктор Каннан Сешадри, помог ей изменить ситуацию. Мойтри понял, что водоросли можно собирать для производства биотоплива, которое само по себе имеет экологические преимущества. «Я экспериментировал с гелями, порошками и хлопьями и обнаружил, что высушенный пленочный гель эффективно плавает на воде и привлекает водоросли менее чем за минуту. Однако для этого требуется материал субстрата для улавливания водорослей. В своей ранней версии Мойтри использовала губку Scotch Brite, которая представляет собой нетканый материал с переплетающимися волокнами. «Я экспериментировала примерно с дюжиной нетканых материалов из вискозы, вискозы, древесной массы, полиамида и нейлона», — объясняет она. «Я выбрал только гидрофобные материалы, потому что гидрофильные материалы впитывают воду и становятся тяжелыми. В конце концов она остановилась на нетканом материале ПЭТ.
Но как после всего этого собирать водоросли? Для этого она построила SCARAB, робота EV3, которого можно разместить на лодке. Подложка привязывается к катушкам и закрепляется под «направляющей», удерживающей материал на месте. Материал покрыт гелем, и при включении моторов катушка медленно вращается против часовой стрелки, распутывая и распутывая субстрат для сбора водорослей. Материал субстрата также позволяет водорослям задерживаться. «Водоросли живы в конце процесса. Я исследовала его под микроскопом и обнаружила, что он явно двигался», — добавляет она.
3M Challenge и Broadcom Masters
Большую часть своего успеха она приписывает своему наставнику, доктору Каннану Сешадри. «Он помог мне превратить мою простую идею в работающий прототип», — говорит Мойтри. «Я думал о том, чтобы затопить водоросли, и он позволил мне увидеть, что потенциально это может нанести еще больший вред окружающей среде». Следующая задача Мойтри — удалить водоросли с полоски, не повредив ее, что она надеется сделать с помощью грунтовки. «Если используется правильный праймер, это также может увеличить возможность повторного использования полоски», — говорит она. Она надеется, что ее инновации будут распространены по всему миру и в конечном итоге будут использованы собранные водоросли для производства биотоплива.
В 2022 году Мойтри также занял второе место в категории технологий на конкурсе Broadcom MASTERS, забрав домой денежный приз и возможность посетить летний лагерь STEM. Она решила продолжить свой интерес к медицине и медицинскому университету на летней программе подготовки к поступлению в колледж Университета Коннектикута, ориентированной на подготовку к медицинскому образованию. Там она проводила время, посещая лекции по утрам и беря практические уроки во второй половине дня, каждый день изучая новую специализацию. «С помощью манекенов мы моделировали чрезвычайные ситуации», — говорит Мойтри, которого всегда восхищало человеческое тело и его многочисленные сложные функции.