מדענים חושפים את הנקבוביות של פחמים ביולוגיים לראשונה בעולם

עבודה פורצת דרך מאירה נתיב ליישומים סביבתיים וגישה לתוצאות מכמויות אדירות של נתונים

בפריצת דרך שעשויה להיות משמעותית עבור יישומים סביבתיים, חוקרים דימו את הנקבוביות של ביוצ'רים באמצעות "חסר תקדים" הפעלה ניסויים, תוך שימוש במתקנים הזמינים בסינכרוטרון הלאומי של בריטניה, Diamond Light Source.

העבודה - שבוצעה על ידי ד"ר רוברטו וולפה וצוותו באוניברסיטת קווין מרי בלונדון ובאוניברסיטת קולג' בלונדון, בשיתוף עם דיימונד - מתגברת על פערי ידע קיימים בפירוק התרמוכימי של ביומסה, ויכולה לאפשר ייצור של ביו-מסה בהתאמה אישית. תווים עבור יישומים סביבתיים בעדיפות גבוהה. בין היתר, ל-biochars עשוי להיות תפקיד חשוב בפעולות ניקוי באתרים שבהם נשפכו כימיקלים מסוכנים באדמה ובמים.

עם תמיכה ממענק אירופי של Horizon 2020 בשם ExpPaNDs- European Open Science Cloud (EOSC) Photon and Neutron Data Service - Diamond עבדה עם ד"ר Volpe על טכניקה חדשה ועתירת נתונים המשמשת בסינכרוטרון כדי להאיץ את הגישה לתוצאות.

המחקר הנוכחי של ד"ר וולפ כרוך בבחינה וזיהוי של הפחמים שנוצרו מביומסה גולמית של קליפות שקדים ואגוזי מלך, שכן הנקבוביות שלהם היא המפתח ליישומים סביבתיים. היכולת להתאים אישית את המורפולוגיה של הפחמים הללו יכולה לבשר על פריצת דרך גדולה לעזור להתמודד עם אתגרים גלובליים על ידי יצירת פתרונות זולים ומתחדשים לאחסון אנרגיה, קטליזה, שיקום מים וקרקע. מעקב אחר המורפולוגיה של ביומסה במהלך ייצור ביוצ'ר הוא הצעד הראשון להשגת זה.

התבוננות בתהליך עתיק יומין
"מה שאנו עושים הוא פשוט מכיוון שאנו לוקחים קליפות שקדים ואגוזים ומעבירים אותם בפירוליזה כדי ליצור ביו-מסה של פחם - חקר הפחמימה של ביומסה משקף למעשה טכניקות שראשיתו בראשית האנושות על ידי הפיכת עץ לפחם. עם זאת, במחקר שלנו, התהליך מנוטר בכל שלב בדרך ומה שמעניין אותנו הוא הנקבוביות שנוצרת. על ידי חימום מדויק, אנו יכולים ליצור עד יותר מאלף מ"ר של שטח פנים נגיש ברשת הסבוכה של נקבוביות בתוך גרם בודד של ביוצ'רים שנוצרו."

הוא מוסיף: "האפליקציות לעבודה זו הן רבות שכן מזהמים (חיידקים, מתכות, מולקולות מזהמות) או יונים (במקרה של אגירת אנרגיה) יכולים להינשא על ידי מים (או על ידי אלקטרוליט) לרשת הנקבוביות התוך-חלקיקית, וכן הם יכולים להיות לכודים שם. מעקב אחר האבולוציה של רשת הנקבוביות הזו בזמן שאנו מחממים את חלקיקי הביומסה הוא המפתח והחידוש האמיתי של העבודה הזו."

בנוסף לזמן הקרינה המסורתי ב-Diamond, Dr Volpe עבד בשיתוף פעולה בצד הנתונים של מענק ה-ExPaNDs כדי לפתח תהליכים חדשים להאצת הגישה לנתונים.

ד"ר וולפה אומר שהיד העזרה שקיבל בניתוח הנתונים שלו מצוות ExpPaNDs ו-Diamond האיצה את המחקר שלו. בהתייחסו הוא אמר שכריית נתונים של מערכי נתונים ענקיים אלה היא דיסציפלינה חדשה ודורשת שיתוף פעולה נרחב.

"שיתוף של קבוצות מידע גדולות ומורכבות כל כך הוא מאתגר והמענק של ExpPaNDS עזר לזהות דרכים טובות יותר לספק ניהול נתונים שהוא באמת שימושי כדי לזרז תוצאות ושקיפות."

ד"ר פול קווין, ראש קבוצת המדע עבור יהלום מסביר; "טכניקות ההדמיה ב-Diamond מאפשרות לצוות לדמיין את המבנה של החלקיק המוצק עם מספיק פרטים כדי לבחון פערים קטנים או נקבוביות ולעקוב אחר כל שינוי לאורך זמן ועם שינויים בטמפרטורה. משמעות הדבר היא שאנו יכולים לחלץ פרטים רבים על האבולוציה של הנקבוביות הללו והגיאומטריה המורכבת שלהן. תוצאה זו שופכת אור על ההתנהגות הבסיסית של ביומסה מטופלת תרמי, ובאותו הזמן מאפשרת לד"ר וולפה ולצוותו לתאם באופן ייחודי בין גיאומטריית החלקיקים והנקבוביות לטמפרטורה."

הוא מוסיף: "זה הישג גדול שהתאפשר בזכות מסירותם של המדענים בצוות שלי. ד"ר כריסטוף ראו ורבים אחרים שתרמו ותמכו במדידות המורכבות, החל מעצות לגבי היתכנות הניסוי, דרך התקנת הניסוי של הכבשן ליצירת הסביבה הנכונה ותנאי הדמיית רנטגן אופטימליים, וכלה בכריית שפע הנתונים שנוצרו. ”

הבטחת גישה הוגנת למערכות נתונים גדולות
מכיוון שפטאבייטים של נתונים מיוצרים בסינכרוטרונים מדי שנה, הצורך בשיתוף פעולה ובגישה מתואמת עם מערכי הנתונים העצומים הללו הוא בעיה העומדת בפני רוב המדענים והחוקרים, במיוחד אלה העובדים במתקנים בקנה מידה גדול בבריטניה ובאירופה. כדי להגדיל את הערך של נתונים אלה, הוא צריך לפעול לפי עקרונות מפתח כדי בסופו של דבר להיות ניתנים לאיתור, נגיש, ניתנים להפעלה הדדית ושימוש חוזר (FAIR). עקרונות אלה יסייעו להפוך את הנתונים בסופו של דבר פתוחים לכל. מטרת מפתח של ExpPaNDS היא להקל על איתור ושיתוף של נתוני מחקר שיעזרו למנוע חזרה על ניסויים, לדרבן התקדמות מדעית ולהפוך נתוני סינכרוטרון ל-FAIR. מטרה שנייה של ExPaNDS היא לספק הנחיות לניהול נתונים כדי לתמוך בשיתוף ובשימוש חוזר.

פרויקט ExpPaNDS הוא שיתוף פעולה בין 10 תשתיות מחקר לאומיות של פוטון וניוטרונים (PaN RI). קהילה זו מכסה כמעט את כל תחומי המחקר עם מגוון עצום בגישות ניהול נתונים. זה הופך את ההרמוניה לאתגר.

פרופסור ד"ר הלמוט דוש, יו"ר מועצת המנהלים של DESY, שהיא השותף המוביל במענק ה-ExPaNDS אמר: "נוכל ליצור פתרונות בימים אלה ובעתיד אפילו יותר - אטום אחר אטום, אתה מכיר חומרים שיכולים לשמש למלחמה בשינויי אקלים ומחלות. אבל הנתונים האלה, המידע הזה מגיע אלינו עם מבול עצום של נתונים, ואנחנו צריכים מושגים איך להפוך את הנתונים האלה למידע שימושי ולידע. זה צריך את האנשים הנכונים; היא זקוקה לתשתית הנכונה, והיא זקוקה למשאבים פיננסיים. אבל אני יכול לומר רק עכשיו שידע הוא יקר, אבל בורות אנחנו לא יכולים להרשות לעצמנו".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://envirotecmagazine.com/2023/02/20/scientists-unravel-the-porosity-of-biochars-in-a-world-first/