Trong kỳ nghỉ tới Costa Rica vào năm 2018, Moitri Santra, XNUMX tuổi, nhìn thấy nước có màu đỏ và nâu. Mặc dù lúc đó cô không biết nhưng cô đang quan sát Thủy triều đỏ, một trong nhiều loài tảo độc hại nở hoa tiết ra chất độc gây tử vong cho cá, động vật có vỏ, động vật có vú ở biển và các loài chim ăn cá bị nhiễm độc. Ngoài ra, những loài tảo có hại này nở hoa còn làm cạn kiệt lượng oxy có trong nước. Hơn nữa, cô còn để ý thấy các biển báo trên khắp bãi biển cảnh báo mọi người không được xuống nước. Các Ấn Độ toàn cầu sẽ tiếp tục tạo ra giải pháp thu hoạch tảo độc hại khi chúng vẫn còn sống và có khả năng biến chúng thành nhiên liệu sinh học.
Tảo nở hoa có hại là gì?
Khi Moitri về nhà ở Florida, cô bắt đầu nghiên cứu về tảo độc và phát hiện ra rằng mối lo ngại ngày càng tăng nhanh chóng. Cô tìm thấy một nghiên cứu kéo dài 9,503 năm của Ủy ban Hải dương học liên chính phủ của UNESCO, cơ sở dữ liệu về các sự kiện tảo gây hại đã ghi nhận 3 sự kiện có tác động đến xã hội loài người. “Nó làm ô nhiễm sinh vật biển và thức ăn biển,” cô thiếu niên nói trong bài thuyết trình của mình cho Thử thách các nhà khoa học trẻ XNUMXM. Cô tiếp tục phát triển một robot và một loại gel màng có thể thu hút tảo vào chất nền. Tầm nhìn của cô là có thể làm sạch các đại dương có tảo nở hoa có hại bằng cách thu thập tảo còn sống và chuyển nó thành nhiên liệu sinh học.
Tảo nở hoa có hại xảy ra tự nhiên trong các vùng nước và cũng có thể được khuyến khích bởi các hoạt động của con người. Phốt phát và nitrat thoát ra từ phân bón, cũng như từ nước thải và nước rỉ rác (chất lỏng từ chất thải rắn), cùng với ánh nắng mặt trời quá nhiều có thể khiến tảo nở hoa có hại sinh sôi nảy nở. Họ cũng thích những vùng nước ấm hơn, tĩnh lặng và nông hơn. Số tiền khổng lồ đã được chi để làm sạch các vùng nước chứa những HAB này, chỉ riêng Hoa Kỳ đã chi 1.1 tỷ USD vào năm 2020. Ngoài ra, còn có những sản phẩm để chống lại hiện tượng nở hoa này, nhưng Moitri cho biết chúng chưa đạt tiêu chuẩn hoặc là chất gây ô nhiễm trong chúng tôi.
Giải pháp của Moitri
Moitri giải thích: “Tôi đã tạo ra một loại gel hòa tan trong nước, có khả năng phân hủy sinh học và tích điện dương với ion citrate và axit citric”. Chitosan và axit citric có trong gel gây ra sự đông tụ trong tảo. Cô đã dành cả kỳ nghỉ hè để thử nghiệm các loại gel và chất nền, biến phòng ăn của gia đình thành phòng thí nghiệm tạm thời của mình. Cô giải thích: “Những loài tảo nở hoa này ở khắp mọi nơi nhưng đặc biệt nổi bật ở Florida.
Gel của Moitri được thiết kế để có khả năng phân hủy sinh học và hòa tan trong nước, giảm tác động đến môi trường. Polyme chitosan trương nở và mang axit xitric trong nước ở dạng gel. Gel gây ra sự đông tụ trong tảo, khiến chúng kết tụ lại với nhau, trở nên đặc và chìm xuống đáy. Tuy nhiên, quá trình này cũng khiến chúng chết. Tuy nhiên, quá trình phân hủy làm cạn kiệt oxy trong nước, giết chết sinh vật biển xung quanh nó.
Một nguyên mẫu hoạt động
Người cố vấn 3M của cô, Tiến sĩ Kannan Seshadri đã giúp cô thay đổi hoàn toàn. Moitri nhận ra rằng tảo có thể được thu hoạch để sản xuất nhiên liệu sinh học, mang lại lợi ích cho môi trường. “Tôi đã thử nghiệm với gel, bột và vảy và nhận thấy rằng gel màng khô nổi hiệu quả trên mặt nước và thu hút tảo trong vòng chưa đầy một phút. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải có vật liệu nền để bẫy tảo. Trong phiên bản đầu tiên của mình, Moitri đã sử dụng miếng bọt biển brite Scotch, một loại vật liệu không dệt có các sợi đan xen. Cô giải thích: “Tôi đã thử nghiệm khoảng chục loại vải không dệt bằng rayon, viscose, bột gỗ, PA và nylon. “Tôi chỉ chọn những vật liệu kỵ nước vì vật liệu ưa nước sẽ ngấm nước và trở nên nặng. Cuối cùng, cô quyết định sử dụng chất liệu vải không dệt PET.
Nhưng sau tất cả những điều này, tảo được thu hoạch như thế nào? Để làm được điều này, cô đã chế tạo SCARAB, một robot EV3 có thể triển khai trên thuyền. Chất nền được buộc vào các cuộn và được gắn chặt dưới 'dây dẫn' để giữ vật liệu đúng vị trí. Vật liệu được phủ một lớp gel và khi bật động cơ, ống cuộn sẽ quay chậm ngược chiều kim đồng hồ, làm bong ra và tách lớp nền để thu gom tảo. Chất liệu của chất nền cũng khiến tảo bị mắc kẹt. “Tảo vẫn còn sống ở cuối quá trình. Tôi đã kiểm tra nó dưới kính hiển vi và rõ ràng là nó đang chuyển động,” cô nói thêm.
Thử thách 3M và Bậc thầy Broadcom
Cô cho rằng phần lớn thành công của mình là nhờ người cố vấn của cô, Tiến sĩ Kannan Seshadri. Moitri nói: “Anh ấy đã giúp tôi biến ý tưởng đơn giản của mình thành một nguyên mẫu hoạt động được”. “Tôi đang nghĩ đến việc đánh chìm tảo và anh ấy đã cho tôi thấy rằng nó có khả năng gây hại nhiều hơn cho môi trường.” Thử thách tiếp theo của Moitri là loại bỏ tảo khỏi dải mà không làm hỏng nó, điều mà cô hy vọng có thể làm được với lớp sơn lót. Cô nói: “Nếu sử dụng loại sơn lót phù hợp, nó cũng có thể tăng khả năng tái sử dụng của dải. Cô hy vọng sẽ thấy sự đổi mới của mình được triển khai trên khắp thế giới và cuối cùng là việc sử dụng loại tảo thu hoạch được này để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Năm 2022, Moitri cũng đứng thứ hai trong hạng mục công nghệ tại Broadcom MASTERS, mang về giải thưởng tiền mặt và cơ hội tham dự trại hè STEM. Cô quyết định theo đuổi sở thích của mình về y khoa và đại học y tại Chương trình Mùa hè Dự bị Đại học của Đại học Connecticut để tập trung vào dự bị y khoa. Ở đó, cô dành thời gian tham dự các bài giảng vào buổi sáng và học thực hành vào buổi chiều, khám phá một chuyên ngành khác nhau hàng ngày. Moitri, người luôn bị mê hoặc bởi cơ thể con người và nhiều chức năng phức tạp của nó, cho biết: “Sử dụng ma-nơ-canh, chúng tôi đã mô phỏng các tình huống khẩn cấp”.