$25M-Zuschuss treibt den Start eines neuen Zentrums an der NCSU mit Schwerpunkt auf Phosphaten voran

von Rick Smith

Die North Carolina State University wird eine nationale Forschungsinitiative leiten, um sowohl die Abhängigkeit von geförderten Phosphaten als auch die Menge an Phosphor, die in Boden und Wasser gelangt, zu verringern, gab die National Science Foundation heute bekannt. Die Forschung wird sich auf Fragen konzentrieren, die sowohl für die Ernährungssicherheit als auch für die Umweltqualität relevant sind.

Der NSF Science and Technology Center – Wissenschaft und Technologien für Phosphor-Nachhaltigkeit (STEPS) – wird seinen Hauptsitz auf dem Centennial Campus des NC State haben. Es handelt sich um eine gemeinsame Anstrengung von NC State und acht Partnerinstitutionen. Das Zentrum wird zunächst durch einen fünfjährigen Zuschuss in Höhe von $25 Millionen finanziert, der um weitere fünf Jahre verlängert werden kann.

Die Nachhaltigkeit von Phosphor ist ein wichtiges und dringendes gesellschaftliches Problem. Als essentielles chemisches Element spielt Phosphor eine entscheidende Rolle in Düngemitteln, die in Nahrungsmittelsystemen verwendet werden. Es gibt jedoch Probleme mit der Versorgung – die Industrie ist auf abgebauten, nicht erneuerbaren Phosphaten angewiesen, die bald erschöpft sein könnten – sowie Systemineffizienzen und nachgelagerte Auswirkungen auf die Umwelt.

„NC State ist gut aufgestellt, um effektive Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen zu entwickeln, die erhebliche interdisziplinäre Arbeit und Innovation erfordern, und wir freuen uns, diese entscheidende Anstrengung anzuführen“, sagte der Kanzler des NC State, Randy Woodson. „STEPS hat ehrgeizige Ziele, die das Potenzial haben, einen enormen Unterschied in der Nachhaltigkeit von Phosphor zu bewirken.“

Zu diesen ehrgeizigen Zielen gehört die Ermöglichung einer Verringerung der menschlichen Abhängigkeit von abgebauten Phosphaten um 251 TP3T und eine Verringerung der Phosphorverluste in Böden und Wasserressourcen um 251 TP3T innerhalb von 25 Jahren, was zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit der Nahrungsmittelsysteme und einer Verringerung von Umweltschäden führt.

Jacob Jones, Direktor des Zentrums und Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der NC State. (NCSU-Foto)

Aktuelle Lebensmittelproduktionssysteme sind stark auf Phosphordünger angewiesen, die größtenteils aus nicht erneuerbaren Phosphatvorkommen stammen, die außerhalb der Vereinigten Staaten abgebaut werden. Sobald es im Nahrungsmittelsystem angekommen ist, werden aufgrund mehrerer Systemverluste und Ineffizienzen letztendlich nur 20% des zugeführten Phosphors in die menschliche Ernährung aufgenommen. Der „verlorene“ Phosphor reichert sich in Böden und Süßwasserquellen an.

„Phosphorbedingte Algenblüten beeinträchtigen sicheres Trinkwasser und Meereslebewesen, und der zunehmende Phosphorfluss in die Ozeane führt auch zu einer Ausweitung toter Zonen an der Küste“, sagte Ross Sozzani, Professor für Pflanzen- und Mikrobenbiologie an der NC State und einer Center Co -stellvertretender Direktor. „Ohne Intervention werden die Umwelt-, Wirtschafts- und Nachhaltigkeitsprobleme im Zusammenhang mit Phosphor eskalieren, da die Weltbevölkerung bis 2050 um weitere 2 Milliarden Menschen wächst.“

„STEPS entwickelt die Materialien, Technologien und besten Managementpraktiken, um Phosphor zurückzugewinnen, zu recyceln und wiederzuverwenden“, sagte Jacob Jones, Direktor des Zentrums und Professor für Materialwissenschaft und -technik an der NC State. „Phosphor zu recyceln und wiederzuverwenden bedeutet, Technologien und Methoden zu entwickeln, um „verlorenen“ Phosphor in Böden und Oberflächengewässern – sowie in tierischen und menschlichen Abfällen – aufzufangen und diesen recycelten Phosphor dann in Düngemitteln wiederzuverwenden.“

„Die Gründung von STEPS ist wirklich ein Wendepunkt“, sagte Jim Elser, Bierman-Professor für Ökologie an der University of Montana und Co-Hauptforscher des Projekts. „Weltweit ist der Phosphorverlust aus der Landwirtschaft heute der Hauptgrund für die Verschlechterung der Wasserqualität in Seen und Flüssen. Dennoch wird der umfassende Einsatz von Phosphordünger auch in den kommenden Jahrzehnten für die Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung sein. Die Quadratur dieses Kreises ist das „böse Problem“, an dessen Lösung STEPS arbeiten wird. Dies ist wirklich eine aufregende Entwicklung, die den Schwerpunkt der globalen Phosphor-Nachhaltigkeitsbewegung in die Vereinigten Staaten verlagern wird, wobei das STEPS-Team die Führung übernimmt.“

STEPS wird ein interdisziplinäres Zentrum sein, das Beiträge aus den Bereichen Physik, Lebenswissenschaften, Sozialwissenschaften und Wirtschaft integriert.

Der Hauptsitz des Zentrums wird im Neubau untergebracht Gebäude für Pflanzenwissenschaften, Sitz der Universität Pflanzenwissenschaftliche Initiative, auf dem Centennial Campus des NC State. Forscher werden aus einer Vielzahl akademischer Disziplinen schöpfen – von der Agrartechnik, der Biomolekular- und Chemietechnik und den Materialwissenschaften bis hin zu Chemie, Nutzpflanzenwissenschaften, Ökonomie und Soziologie –, um Materialien und Technologien zu entwickeln, die auf menschlicher Ebene unter Berücksichtigung regionaler Aspekte eingesetzt werden können und globale Probleme.

„Das NC State University Plant Sciences Building, die zukünftige Heimat der NC Plant Sciences Initiative, unterscheidet sich von Grund auf“, sagte Richard Linton, Dekan des NC State College of Agriculture and Life Sciences. „Es wurde speziell entwickelt, um interdisziplinäre Wissenschaftsteams verschiedener Hochschulen zu unterstützen, die an Projekten zur Bewältigung großer Herausforderungen arbeiten. Ich könnte mir keinen besseren Hauptsitz für STEPS vorstellen. Wir freuen uns darauf, gemeinsam landwirtschaftliche Lösungen voranzutreiben.“

Zu STEPS gehört auch ein mehr als 50-jähriges Phosphor-Feldversuchsexperiment an der Tidewater Research Station in Plymouth, North Carolina. In diesem Experiment wurden unterschiedliche Mengen Phosphor auf Nutzpflanzen aufgebracht, um Faktoren wie die Widerstandsfähigkeit gegen Phosphormangel sowie die Wirkungsweise von Phosphor zu untersuchen Der im Boden verbleibende sogenannte Legacy-Phosphor kann weiterhin als Nährstoff für Pflanzen dienen.

STEPS wird auch disziplinäre Beiträge wie Teamwissenschaft und Datenwissenschaft nutzen und gleichzeitig auf das Fachwissen von Industriepartnern zurückgreifen, um die Arbeit des Zentrums zu leiten. Zu diesen Partnern gehören Interessenvertreter aus der Agrarindustrie, der kommunalen Wasser- und Abwasseraufbereitung, landwirtschaftlichen Beratungsdiensten und anderen.

„Indem wir alle Perspektiven zu Beginn und während des gesamten Forschungsprozesses zusammenbringen, steigern wir die Wirkung der Materialien und Technologien, die wir für die Einführung entwickeln“, sagte Sozzani.

STEPS hat auch ein starkes Ziel der Inklusion. STEPS wird Fortschritte bei der Erreichung des Ziels einer mehr als 50%-Teilnahme von Angehörigen unterrepräsentierter Minderheitengruppen fördern, einschließlich einer mehr als 50%-Teilnahme vor dem Abitur, um die MINT-Pipeline weiter zu verbreitern und weiterzuentwickeln. Um sicherzustellen, dass dieses Ziel erreicht wird, wird STEPS bewährte theoretische Ansätze nutzen, um sicherzustellen, dass alle Teilnehmer, insbesondere diejenigen aus Gruppen, die in Wissenschaft und Technologie unterrepräsentiert sind – darunter Frauen, Minderheiten und Menschen mit Behinderungen – Erfahrungen in STEPS machen, die zu ihrer Bindung und Karriere führen Fortschreiten.

„Dieses starke Engagement für Inklusivität und Vielfalt ist ein Beweis für vorteilhafte Partnerschaften mit Organisationen und Institutionen, die es uns ermöglichen, talentierte Teilnehmer zu rekrutieren und gleichzeitig neue Forschungskooperationen zu stärken“, sagte Louis Martin-Vega, Dekan des College of Engineering an der NC State. „Um ein gesellschaftliches Problem anzugehen, das keine einzelne Disziplin oder Gruppe allein lösen kann, ist Vielfalt in Gedanken, Kultur, Erfahrung und Herangehensweise an die Problemlösung wirklich erforderlich.“

„Das STEPS-Team ist sich der Auswirkungen bewusst, die unterschiedliche Hintergründe auf die Lösung zentraler gesellschaftlicher Probleme haben“, sagte Sherine O. Obare, Dekanin der Joint School of Nanoscience and Nanoengineering an der North Carolina A&T State University und der UNC Greensboro und Co-Hauptforscherin Projekt. „Um Lösungen zu liefern, die Menschen mit unterschiedlichem Hintergrund betreffen, müssen wir das Problem aus verschiedenen Perspektiven angehen, die breiteren Gemeinschaften zugute kommen. Unser Ziel ist es, die Beteiligung zu erweitern und ein Umfeld zu schaffen, in dem wir die Intelligenz von Einzelpersonen aus verschiedenen Gruppen nutzen, um neues Wissen über Nachhaltigkeit zu entdecken und transformative Lösungen zu finden.“

STEPS wird die Öffentlichkeit auf verschiedene Weise einbeziehen und eine neue Reihe von Weiterbildungskursen und ein Weiterbildungszertifikat anbieten.

Zu den STEPS-Partnerinstitutionen gehören die Arizona State University, die Appalachian State University, die Joint School of Nanoscience and Engineering der North Carolina Agricultural and Technical State University und die University of North Carolina Greensboro, das Institute of Food and Agricultural Sciences der University of Florida, die Marquette University und RTI International und der University of Illinois.

Paul Westerhoff, Professor für Umweltingenieurwesen an der Arizona State, wird als stellvertretender Direktor des Zentrums fungieren.

NC State leitet derzeit ein aktives NSF Engineering Research Center namens ASSIST, das energieautarke Sensoren und Geräte zur Gesundheitsüberwachung entwickelt. Das FREEDM Systems Center, ein 2008 gegründetes Smart Grid NSF ERC, hat seinen Hauptsitz ebenfalls im NC State.

(C) NCSU

Originalquelle: WRAL TechWire