بعد ما يقرب من خمس سنوات من تشكيل معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، أصبح التأثير العالمي والإمكانات الهائلة لمنح الأبحاث التي يدعمها واضحةً تمامًا.

من بين المشاركين في مجتمع الأبحاث الذي يتميز بالمهارة والتنوع والذي يدعمه تمويل معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF)، ما يقرب من 60 باحث رئيسي(PI) بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، من 19 قسم ومعمل ومركز لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)؛ 58 طالب دكتوراه وماجستير وتعليم جامعي ممولون؛ 35 حاصل على الدكتوراة، و15 موظف بحوث إضافي. في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، يعد برنامج المنح الأولية من معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF)، أهم مصدر لتمويل أبحاث المياه والغذاء.  ويزود هذا الدعم المجتمع البحثي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بالموارد الأساسية في سعيه للتصدي لبعض التحديات الأكثر خطورة على البشرية.

ومن المأمول أن تؤدي أبحاثه إلى تأثيرات كبيرة على سلامة وإمدادات المياه والغذاء، بالرغم من الطلب المتزايد على نظمنا المائية والغذائية الناجم عن تغير المناخ والاستهلاك.   ويمتد تمويل معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF) أيضًا إلى ما وراء المنح البحثية “الأولية” المبكرة.   فبرنامجه حلول معمل عبد اللطيف جميل للأمن المائي والغذائي العالمي (J-WAFS) يدعم تسويق هذه التقنيات وغيرها من التقنيات المبتكرة.

مع طلبات الحصول على منح أولية من معمل عبد اللطيف جميل للأمن المائي والغذائي العالمي (J-WAFS) لعام 2019 التي تم توزيعها بالفعل، تستعرض فتح الآفاق نجاح بعض المشروعات الأولية التي تم تمويلها لأول مرة في عام 2016 والتي توصلت مؤخرًا إلى نتائجها.

المواد الفعالة لاستخراج المعادن الثقيلة من الماء

باحث رئيسي: تيموثي سواجر، أستاذ الكيمياء في جون دونالد ماكارثور، قسم الكيمياء

 من خلال إنشاء تصميمات قابلة للتطوير للأغشية القائمة على البوليمر والتي يمكن أن تزيل سموم مثل الرصاص والزئبق من الماء على المستوى الجزيئي، يأمل الباحث الرئيسي تيموثي سواجر في تطوير تقنية يمكن أن تحول صناعة المياه.  تعمل الأغشية عن طريق التلاعب بالشحنات الكهربائية للإمساك بأيونات المعادن السامة وإطلاقها.  حتى وقتنا هذا، قام فريق البروفيسور سواجر بإنشاء نموذج أولي لفلتر يمكنه إزالة كلا المعدنين بنجاح، بالإضافة إلى توضيح كيف يمكن استخدامه على النطاق الصناعي.  وقد حصل الفريق بالفعل على الدعم المالي من مبادرة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) للطاقة ليستفيد من نتائج أبحاثه الناجحة.  تدعم هذه المنحة اللاحقة تطبيق عملية إنتاج الأغشية بهدف إنشاء خلايا وقود عالية الأداء.  كما يستكشف البروفيسور سواجر كيف يمكن استخدام استراتيجية الترشيح نفسها لاستخراج جزيئات محددة من النباتات

الفيروسات البكتيرية كعوامل مسببة للأمراض في نظم المزارع السمكية

باحث رئيسي: مارتن بولز، الأستاذ في قسم الهندسة المدنية والبيئية

يتمثل أحد التحديات العديدة التي تواجهها المزارع السمكية في انخفاض العدد بسبب العدوى البكتيرية.  ويتعرض المحار والقشريات بشكلٍ خاص للعدوى، وكثيرًا ما تعالج بجرعات كبيرة من المضادات الحيوية.

إلا أن هذه الاستراتيجية لا تكون فعالة دائمًا في السيطرة على المرض. في الواقع، ينتشر استخدام المضادات الحيوية في المزارع السمكية على نطاقٍ واسع حتى أنها أصبحت أقل فاعلية بمرور الوقت.  وكبديل عن ذلك، يمكن تمثل الفيروسات القادرة على استهداف جراثيم ضارة معينة بديلاً مستدامًا.  يسعى البروفيسور بولز وفريقه البحثي إلى تخليق “كوكتيلات فيروسية” فعالة يمكنها الحد من نمو البكتيريا الضارة.  وقد قاموا بالفعل بتمييز وتخطيط تفاعلات الفيروسات/البكتيريا لتحديد مجموعات الفيروسات التي يمكنها التصدي لقدرة البكتيريا على تطوير المقاومة، وقد حصلوا على تمويل تكميلي من مؤسسة سايمونز لاستكشاف هذا البحث في تفاعل بكتيريا الفيروس بشكلٍ أكبر.

الاكتشاف الآني الميداني لمسببات الأمراض المنقولة بالغذاء عن طريق العاثية المعالجة هندسيًا بمنصات إعداد عينة ميكروفلويديك

باحثون رئيسيون: جونجيون هان، الأستاذ في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسب وقسم الهندسة البيولوجية؛ تيموثي لو، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسب وقسم الهندسة البيولوجية

يعتبر الكشف عن مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء في منشآت إنتاج الأغذية وتجهيزها قضية رئيسية.

ويسمح الكشف المبكر للشركات والمرافق بالمزيد من الفعالية في السيطرة على تفشي الأمراض المنقولة بالغذاء، مما يقلل من التكلفة فضلاً عن الآثار الصحية الضارة التي تحدث عندما يصل الغذاء الملوث إلى السوق.  وباستخدام خبراتهما في علم الموائع الدقيقة، صنع البروفيسور هان والبروفيسور لو جهازًا عالي الإنتاجية يفصل الخلايا ويركزها في عينات الطعام.

ويتم دمج ذلك مع نظام الكشف عن الفيروسات الذي يستخدم الفيروسات المعالجة هندسيًا لتصيب بكتيريا محددة مثل السالمونيلا والليستيريا، وجعلها تضيء – للكشف بسرعة عن مستوى التلوث الحالي.  تقوم مجموعة البروفيسور هان حاليًا بتقييم ما إذا كان بالإمكان استخدام التكنولوجيا لاختبار سلامة المياه.

تقدير المنافع لتعزيز أسواق المياه

باحث رئيسي: كريستوفر كنيتل، الأستاذ في جورج شولتز، كلية سلوان للإدارة

بينما تصبح ندرة المياه تحديًا ملحًا على نحو متزايد، كيف يمكن للسياسة الاقتصادية أن تعزز الاستخدام الأكثر كفاءة للمياه في السياقات الحضرية والزراعية؟

من خلال تجميع أول مجموعة بيانات كاملة معروفة تسجل توزيعات المياه السطحية في كاليفورنيا منذ عام 1980 وحتى الآن، يقوم فريق البروفيسور كنيتل برسم صورة أكثر دقة لاستخدام المياه لفهم الفوائد الاقتصادية والبيئية لأسواق المياه وتحديدها كميًا، على سبيل المثال، بيع وشراء وتداول الموارد المائية.

يتمتع البروفيسور كنيتل الآن بعلاقات ناجحة مع وزارة الموارد المائية بالولايات المتحدة، ومجلس الدولة لمراقبة الموارد المائية، والعديد من شركات الوساطة والاستشارات التي تشارك في تسعير المياه، وهم جميعًا مستثمرون في نتائج الأبحاث المستقبلية.

آثار تلوث الهواء على المحاصيل الزراعية العالمية

باحث رئيسي: كوليت هيلد، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة المدنية والبيئية

كيف يؤثر تلوث الهواء على إنتاجية المحاصيل؟  بينما تم إجراء الكثير من الأبحاث حول تأثير الأوزون على صحة المحاصيل وغلتها، إلا أن الأبحاث المتعلقة بتأثير المواد الجسيمية قليلة.

لاحظت كوليت هيلد، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة المدنية والبيئية هذه الفجوة البحثية.  واستخدمت منحة معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF) الأولية لعام 2016 لفحص تأثيرات المواد الجسيمية المحمولة جوًا على غلة المحاصيل.  ومن خلال الجمع بين إنتاج المحاصيل ونماذج النقل الكيميائي في الغلاف الجوي، كون فريقها أول تقدير شامل لآثار تلوث الهواء على إنتاج الغذاء.  وقد أوضحت النماذج أنه على الرغم من أن الأوزون يدمر أوراق النباتات، إلا أن المواد الجسيمية يمكنها نشر أشعة الشمس، وبالتالي تزيد من ضوء الشمس المتاح للنباتات، مما يعوض بعض الأضرار المتوقعة عن الأوزون.  ومع ذلك، كشفت نتائج البحوث أيضًا عن درجة كبيرة من التباين، مما يدل على عدم اليقين من التأثير الكلي للمواد الجسيمية على غلة المحاصيل العالمية.

معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF): المحفز للبحوث المعنية بالحلول

في عام 2017، تلقت سبعة مشاريع بحثية ما مجموعه 1.4 مليون دولار أمريكي في تمويل المنح الأولية من معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF).

ومن ضمنها كان سعي البروفيسور شانهي زهاو والبروفيسور جون لينهارد لتطوير تقنية تنظيف غشائية قائمة على الذبذبات وخالية من الكيماويات التي يمكنها أن تحسن بشكل كبير من كفاءة التناضح العكسي، عملية التحلية الأكثر استخدامًا في العالم – وتقلل التكلفة.  وقال البروفيسور زهاو: “المياه العذبة أساسية لضمان بقائنا”، “لكن الصعوبة الكبيرة تكمن في ضمان وجود إمداد ثابت ومستمر، وخاصةً في المناطق التي تعاني من نُدرة المياه كالشرق الأوسط وشمال أفريقيا.”  ويأمل كلاهما في أن تعمل أبحاثهما على تقليل تكاليف الصيانة والتشغيل المرتبطة بالتناضح العكسي، والتي بدورها ينبغي أيضًا أن تخفض تكلفة المياه للمستهلكين.

من خلال الحصول على ثلاث زمالات من راسيكبهاي ل. ميسواني لحلول المياه وزمالتين إضافيتين من برنامج زمالة J-WAFS لطلاب الدراسات العليا، منذ عام 2017، حصل خمسة من طلاب الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) على دعم بحثي لمشاريع قد يكون لها تأثير كبير على إدارة إمدادات المياه في المستقبل.

وهي:

  • توفير نظام لتحليل تصميم البنية التحتية الهندسية التي يمكنها تقليل عدم اليقين بشأن التخطيط لإمداد المياه – بما في ذلك هطول الأمطار والسكان وتغير المناخ – في جميع أنحاء المملكة العربية السعودية وكينيا وأستراليا (سارة فليتشر، زميل 2017).
  • بناء المعرفة اللازمة لدعم تطوير تقنية النانو التي يمكن أن تؤدي في النهاية إلى تحلية المياه بطريقة أكثر كفاءة واستدامة وفعالية من حيث التكلفة (عمر اللبان، زميل 2017).
  • تطوير الميكروبات المعدّلة وراثيًا التي يمكن أن تستخدم بتكلفة زهيدة وفعالة كأجهزة استشعار نوعية المياه (تزو تشيه تانج، زميل 2017).
  • تصميم مرشح مياه سهل الاستخدام وبسعر مناسب ومصنوع من نسيج خشب من الأخشاب التي يمكنها إزالة الملوثات من إمدادات المياه الثانوية في المناطق الريفية والمجتمعات المعرضة للخطر (كريثيكا رامشاندور، زميل 2018)
  • دراسة كيف يمكن لشراكات مشغلي شبكات المياه العابرة للحدود (WOP) أن توفر نهجًا بديلاً لتعزيز مرافق المياه والصرف الصحي العامة في البلدان النامية (أندريا كارين بيك، زميل 2018)

بحث قيد التنفيذ

يتضمن بحث المحاصيل الممول من معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF) في عام 2018 مشروعًا برئاسة البروفيسور أحمد غنيم وطالب الدكتوراه كيفين كونج.

فكلاهما يسعى إلى تطوير تقنيات معالجة الكتلة الحيوية لإنتاج سماد على مستويات صغيرة في المجتمعات الريفية، بالاعتماد غالبًا على ما في البيئة المحلية من موارد وعمالة وفاقد زراعي. وقال البروفيسور غنيم: “إن التمويل من معمل عبداللطيف جميل لأنظمة الماء والغذاء (J-WAFS) يمكننا من اتخاذ خطوات أولى أساسية للبدء في إحراز إنجازات في هذا السوق، آملين في تحويل الرؤية إلى واقع.”  “ونحن واثقين كذلك أن عملنا مع معمل عبداللطيف جميل لأنظمة الماء والغذاء (J-WAFS) قادر على مساعدتنا فيما لا ينحصر فقط في التطوير التقني وإنما كذلك في تقصى تنويع التقنيات وطرحها تجاريًا.”

هناك مشروع آخر يتضمن البروفيسور روهيت كرانيك وكبيرة المحاضرين إيمي سميث، اللذان يقودان مجموعة من الباحثين أملين في تدعيم وحشد الخصائص الطبيعية لخشب الزيلم في توفير مياه شرب مأمونة معقولة التكاليف للمجموعات منخفضة الدخل. وقال البروفيسور كرانيك “نحن نهدف إلى استخدام تكنولوجيا طبيعية لترشيح المياه وتنقيتها والتي تختلف عن التكنولوجيات الموجودة بالأسواق، آملين في تحسين إمدادات المياه المأمونة إلى المجتمعات الريفية ومنخفضة الدخل.”

يوضح هذا الكتالوج لمشاريع معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAF) كيف أن دعم الأبحاث لأفكار المرحلة المبكرة يمكن أن يؤدي إلى تحسينات تضع أساسًا مهمًا للبحوث المستقبلية وفي الوقت نفسه تؤدي إلى تقنيات يمكن توسيع نطاقها للمساعدة في معالجة بعض أكبر التحديات في العالم.

تتوفر تفاصيل إضافية حول هذه المشروعات وغيرها من المشروعات التي تمولها معمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي (J-WAFS) على الموقع الإلكتروني لمعمل عبد اللطيف جميل للأمن الغذائي والمائي العالمي.