O Laboratório de Sistemas Hídricos e Alimentares Abdul Latif Jameel (J-WAFS) oferece bolsas de soluções para ajudar pesquisadores do MIT a lançar empresas ou produtos iniciantes para comercializar tecnologias inovadoras em sistemas hídricos e alimentares. O Programa Solutions Grant começou em 2015 e é apoiado pela Comunidade Jameel . Além de subsídios renováveis ??de um ano de até US$ 150.000, o programa também combina os beneficiários com mentores do setor e facilita apresentações a potenciais investidores. Desde a sua criação, o Programa de Soluções J-WAFS concedeu mais de US$ 3 milhões em financiamento à comunidade do MIT. Numerosas startups e produtos, incluindo um dispositivo portátil de dessalinização e uma empresa que comercializa um novo sensor de segurança alimentar, surgiram deste apoio.

Os bolsistas de soluções J-WAFS 2023 são o professor C. Cem Tasan do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e o professor Andrew Whittle do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. O projeto da Tasan envolve a redução do uso de água na fabricação de aço e o projeto de Whittle aborda a proliferação de algas nocivas na água. O trabalho do projeto começa em setembro.

“Os Solutions Grants deste ano estão sendo concedidos aos professores Tasan e Whittle para ajudar a comercializar tecnologias que vêm desenvolvendo no MIT”, disse a diretora executiva do J-WAFS, Renee J. Robins. “Com o apoio da J-WAFS, esperamos ver as equipes migrarem suas tecnologias do laboratório para o mercado, para que possam ter um impacto benéfico no uso da água e nos desafios de qualidade da água”, acrescenta Robins.

Redução do consumo de água pela siderurgia no estado sólido

A água é um requisito importante para a produção de aço. A indústria siderúrgica ocupa o quarto lugar no consumo industrial de água doce em todo o mundo, uma vez que grandes quantidades de água são necessárias principalmente para fins de resfriamento no processo. Infelizmente, também foi demonstrada a existência de uma forte correlação entre o uso de água doce na produção de aço e a contaminação da água. À medida que a procura global de aço aumenta e a disponibilidade de água doce diminui devido às alterações climáticas, são necessários métodos melhorados para uma produção de aço mais sustentável.

Uma estratégia para reduzir a pegada hídrica da siderurgia é explorar processos de reciclagem de aço que evitem o processamento de metais líquidos. Com esta motivação, Cem Tasan, Professor Associado de Metalurgia Thomas B. King no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, e pós-doutorado Onur Guvenc PhD criou um novo processo chamado consolidação de sucata(SMC). SMC é baseado em um processo de conformação de metal bem estabelecido conhecido como roll bonding. Convencionalmente, a colagem por rolo requer tratamento superficial prévio intensivo da matéria-prima, condições atmosféricas específicas e altos níveis de deformação. A pesquisa de Tasan e Guvenc revelou que a SMC pode superar essas restrições, permitindo a ligação em estado sólido de sucata em uma forma de chapa metálica, mesmo quando a qualidade da superfície, as condições atmosféricas e os níveis de deformação são abaixo do ideal. Através de investigações de prova de princípio em escala de laboratório, eles já identificaram as condições do processo SMC e validaram a conformabilidade mecânica das chapas de aço resultantes, com foco no aço-carbono, a sucata de chapa metálica mais comum.

O J-WAFS Solutions Grant ajudará a equipe a construir protótipos de produtos para clientes, projetar a unidade de processamento e desenvolver uma estratégia de expansão e um modelo de negócios. Ao diminuir simultaneamente o uso de água, a procura de energia, o risco de contaminação e a carga de dióxido de carbono, a SMC tem o potencial de diminuir a necessidade de energia para a reciclagem do aço em até 86 por cento, bem como reduzir as emissões de dióxido de carbono associadas e salvaguardar os recursos de água doce que caso contrário, seria direcionado para o consumo industrial. 

A proliferação de algas nocivas (HABs) é um problema crescente em ambientes de água doce e salgada em todo o mundo, causando cerca de 13 mil milhões de dólares em danos anuais à água potável, água para uso recreativo, áreas de pesca comercial e atividades de dessalinização. Os HABs representam uma ameaça tanto para a saúde humana como para a aquicultura, ameaçando assim o abastecimento de alimentos. As toxinas nos HABs são produzidas por algumas cianobactérias, ou algas verde-azuladas, cujas comunidades mudam de composição em resposta à eutrofização causada pelo escoamento agrícola, transbordamentos de esgotos ou outros eventos. A mitigação dos riscos dos HABs é mais eficaz quando há aviso prévio destas alterações nas comunidades de algas. 

A maioria das medições in situ de algas é baseada em espectroscopia de fluorescência conduzida com dispositivos de fluorescência induzida por LED (LEDIF) ou sondas que induzem fluorescência de pigmentos de algas específicos usando fontes de luz LED. Embora os LEDIFs forneçam estimativas razoáveis ??das concentrações de pigmentos individuais, falta-lhes resolução para discriminar classes de algas dentro de misturas complexas encontradas em corpos de água naturais. Em pesquisas anteriores, Andrew Whittle, Professor Edmund K. Turner de Engenharia Civil e Ambiental, trabalhou com colegas para projetar o REMORA, um protótipo de espectrofluorômetro de baixo custo implantável em campo para medir fluorescência induzida. Esta pesquisa fez parte de uma colaboração entre o MIT e o Instituto AMS. Whittle e a equipe treinaram com sucesso um modelo de aprendizado de máquina para discriminar e quantificar concentrações celulares para misturas de diferentes grupos de algas em amostras de água por meio de um extenso programa de calibração laboratorial usando várias culturas de algas. O grupo demonstrou essas capacidades em uma série de medições de campo em locais em Boston e Amsterdã. 

Whittle trabalhará com Fábio Duarte do Departamento de Estudos e Planejamento Urbano, do Senseable City Lab e do Center for Real Estate do MIT para refinar o design do REMORA. Eles desenvolverão software para operação autônoma do sensor que pode ser implantado remotamente em embarcações ou plataformas móveis para permitir o monitoramento espaço-temporal de alta resolução de algas nocivas. Espera-se que a comercialização de sensores seja capaz de explorar as capacidades únicas do REMORA para aplicações de monitoramento de longo prazo por empresas de serviços públicos de água, agências reguladoras ambientais e indústrias de uso intensivo de água.