$25M beviljar bränsle lansering av nytt center vid NCSU med fokus på fosfater

av Rick Smith

North Carolina State University kommer att leda en nationell forskningssatsning för att minska både beroendet av utvunna fosfater och mängden fosfor som läcker ut i mark och vatten, meddelade National Science Foundation idag. Forskningen kommer att fokusera på frågor som är relevanta för både livsmedelssäkerhet och miljökvalitet.

De NSF Science and Technology Center – Science and Technologies for Phosphorus Sustainability (STEPS) – kommer att ha sitt huvudkontor på NC State's Centennial Campus. Det är en gemensam ansträngning mellan staten NC och åtta partnerinstitutioner. Centret finansieras av ett initialt femårigt anslag på $25 miljoner som kan förnyas i ytterligare fem år.

Fosforhållbarhet är ett viktigt och akut samhällsproblem. Fosfor är ett viktigt kemiskt element och spelar en avgörande roll i gödningsmedel som används i livsmedelssystem. Men det finns problem med utbudet – industrin förlitar sig på utvunna, icke-förnybara fosfater som snart kan vara utarmade – såväl som systemineffektivitet och nedströmseffekter på miljön.

"NC State är väl positionerat för att ta fram effektiva lösningar på samhälleliga utmaningar som kräver betydande tvärvetenskapligt arbete och innovation, och vi är glada över att leda denna avgörande insats", säger NC State kansler Randy Woodson. "STEPS har ambitiösa mål som har potentialen att göra en enorm skillnad i fosfor hållbarhet."

Dessa ambitiösa mål inkluderar att underlätta en 25% minskning av mänskligt beroende av utvunna fosfater och en 25% minskning av fosforförluster till mark och vattenresurser inom 25 år, vilket leder till ökad motståndskraft hos livsmedelssystem och minskad miljöskada.

Jacob Jones, centrets chef och professor i materialvetenskap och teknik vid NC State. (NCSU-bild)

Nuvarande livsmedelsproduktionssystem är starkt beroende av fosforgödsel, varav de flesta kommer från icke-förnybara fosfatavlagringar som bryts utanför USA. Väl i livsmedelssystemet är endast 20% av den ingående fosforn slutligen införlivad i människans kost på grund av flera systemförluster och ineffektivitet. Den "förlorade" fosforn ackumuleras i jordar och sötvattenkällor.

"Fosfordrivna algblomningar försämrar säkert dricksvatten och marint liv, och det ökande flödet av fosfor till haven leder också till en expansion av döda kustzoner", säger Ross Sozzani, professor i växt- och mikrobbiologi vid NC State och ett center co. -biträdande direktör. "Utan ingripande kommer miljö-, ekonomiska och hållbarhetsfrågor som involverar fosfor att eskalera när världens mänskliga befolkning växer med ytterligare 2 miljarder människor till 2050."

"STEPS utvecklar material, teknik och bästa hanteringsmetoder för att återvinna, återvinna och återanvända fosfor", säger Jacob Jones, centrets chef och professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State. "Återvinning och återanvändning av fosfor innebär att utveckla teknologier och metoder för att fånga upp "förlorad" fosfor i mark och ytvatten – såväl som i animaliskt och mänskligt avfall – och sedan återanvända den återvunna fosforn i gödningsmedel."

"Etableringen av STEPS är verkligen en vattendelare", säger Jim Elser, Bierman-professor i ekologi vid University of Montana och en av huvudutredarna för projektet. "Globalt sett är fosforförlusten från jordbruket nu den främsta orsaken till att vattenkvaliteten försämras i sjöar och floder. Ändå kommer omfattande användning av gödselfosfor fortfarande att vara avgörande för att uppnå livsmedelssäkerhet under de kommande decennierna. Att kvadrera den cirkeln är det "onda problemet" som STEPS kommer att arbeta för att lösa. Det här är verkligen en spännande utveckling som kommer att flytta tyngdpunkten för den globala fosforhållbarhetsrörelsen till USA med STEPS-teamet som leder ansvaret."

STEPS kommer att vara ett tvärvetenskapligt centrum, som integrerar bidrag från fysiska, livs-, samhälls- och ekonomiska vetenskaper.

Centrets huvudkontor kommer att inrymmas i det nya Plant Sciences Building, universitetets hem Plant Sciences Initiative, på NC State's Centennial Campus. Forskare kommer att dra från en mängd olika akademiska discipliner – allt från jordbruksteknik, biomolekylär och kemiteknik, och materialvetenskap till kemi, växtvetenskap, ekonomi och sociologi – för att utveckla material och teknologier som kan användas i mänsklig skala samtidigt som man överväger regionala och globala frågor.

"NC State University Plant Sciences Building, det framtida hemmet för NC Plant Sciences Initiative, är annorlunda till sin design", säger Richard Linton, dekanus vid NC State College of Agriculture and Life Sciences. "Den byggdes specifikt för att stödja tvärvetenskapliga vetenskapsteam från olika högskolor, som arbetar med projekt för att tackla stora utmaningar. Jag kunde inte tänka mig ett bättre huvudkontor för STEPS. Vi ser fram emot att utveckla jordbrukslösningar tillsammans.”

STEPS kommer också att inkludera ett mer än 50-årigt fosforfältförsöksexperiment vid Tidewater Research Station i Plymouth, NC. I detta experiment har olika mängder fosfor applicerats på grödor för att studera faktorer som fosforbristförmåga och hur fosfor redan kvar i jorden – så kallad arvsfosfor – kan fortfarande bidra som näringsämne för växter.

STEPS kommer också att dra nytta av disciplinära bidrag som teamvetenskap och datavetenskap, samtidigt som de drar nytta av expertis från industripartners för att vägleda centrets arbete. Dessa partners inkluderar intressenter inom jordbruk, kommunal vatten- och avloppsrening, förlängningstjänster för jordbruk och andra.

"Genom att sammanföra alla perspektiv i början och under hela forskningsprocessen, förbättrar vi effekten av de material och teknologier som vi utvecklar för att bli adopterade," sa Sozzani.

STEPS har också ett starkt mål för inkludering. STEPS kommer att främja framsteg mot ett mål om mer än 50% deltagande av medlemmar av underrepresenterade minoritetsgrupper, inklusive mer än 50% pre-baccalaureate deltagande för att ytterligare bredda och utveckla STEM-pipeline. För att säkerställa att detta mål uppnås kommer STEPS att använda beprövade teoretiska tillvägagångssätt för att säkerställa att alla dess deltagare, särskilt de från grupper som är underrepresenterade inom vetenskap och teknik – inklusive kvinnor, minoriteter och personer med funktionsnedsättning – har erfarenheter av STEPS som leder till deras kvarhållning och karriär progression.

"Detta starka engagemang för inkludering och mångfald är ett bevis på fördelaktiga partnerskap med organisationer och institutioner som tillåter oss att rekrytera begåvade deltagare samtidigt som vi stärker nya forskningssamarbeten", säger Louis Martin-Vega, dekanus för College of Engineering vid NC State. "Mångfald i tanke, kultur, erfarenhet och förhållningssätt till problemlösning krävs verkligen för att ta itu med en samhällsfråga som ingen enskild disciplin eller grupp kan lösa på egen hand."

"STEPS-teamet inser den inverkan som olika bakgrunder ger för att lösa viktiga samhällsproblem", säger Sherine O. Obare, dekanus för Joint School of Nanoscience and Nanoengineering vid North Carolina A&T State University och UNC Greensboro och en av de huvudansvariga utredarna på området projekt. "Att leverera lösningar som påverkar människor från alla bakgrunder kräver att vi tar itu med problemet med olika perspektiv som kommer att gynna bredare samhällen. Vårt mål är att bredda deltagandet och skapa en miljö där vi kommer att utnyttja hjärnkraften hos individer från olika grupper för att upptäcka ny kunskap inom hållbarhet för att hitta transformativa lösningar."

STEPS kommer att engagera allmänheten på olika sätt och erbjuda en ny serie fortbildningskurser och ett fortbildningscertifikat.

STEPS partnerinstitutioner inkluderar Arizona State University, Appalachian State University, Joint School of Nanoscience and Engineering vid North Carolina Agricultural and Technical State University och University of North Carolina Greensboro, University of Floridas Institute of Food and Agricultural Sciences, Marquette University, RTI International och University of Illinois.

Paul Westerhoff, professor i miljöteknik vid Arizona State, kommer att fungera som biträdande direktör för centrumet.

NC State leder för närvarande ett aktivt NSF Engineering Research Center som heter ASSIST, som utvecklar självdrivna hälsoövervakningssensorer och enheter. FREEDM Systems Center, ett smart grid NSF ERC som bildades 2008, har också sitt huvudkontor i NC State.

(C) NCSU

Ursprunglig källa: WRAL TechWire