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AIは、都市下水からエネルギーと淡水を回収するのに役立ちますか?

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シカゴ大学、アルゴンヌ、エネルギーを節約し、サービスの行き届いていないコミュニティに利益をもたらすテストシステムを開発

都市人口が急増し、持続可能なエネルギーと水に対するニーズが高まるにつれ、シカゴ大学とパートナーの科学者とエンジニアは、廃水を処理するための新しいシステムを構築するための人工知能に目を向けています。 XNUMXつの新しいプロジェクトでは、栄養素ときれいな水を回収するための「インテリジェントな」水システムを作成する方法をテストします。

「水は、生命と経済的繁栄を維持するために必要であるため、私たちの社会に不可欠な資源です」と、シカゴ大学プリツカー分子工学部のクラウンファミリー教授であり、アルゴンヌ国立研究所の主任水戦略家であるジュンホン・チェンは述べています。 。 「私たちの将来の経済と国家安全保障は、きれいな水の入手可能性に大きく依存しています。 ただし、再生可能な淡水の供給は限られており、代替品はありません。」

削減、再利用

米国エネルギー省は、UChicagoが、アルゴンヌ国立研究所、ノースウェスタン大学、およびその他のパートナーとともに、都市下水からエネルギー、栄養素、および淡水を回収するための人工知能支援システムを開発するための資金を受け取ることを発表しました。

このプロジェクトの最終的な目標は、2年間でXNUMX万ドルの資金が提供され、既存の米国の都市下水処理システムを、エネルギー消費を劇的に削減し、全国規模でエネルギーをプラスにするインテリジェントな水資源回収システムに変換することです。 。

結果として得られる水回収システムは、シカゴのサウスサイドのサービスが行き届いていないコミュニティだけでなく、ミルウォーキーやデトロイトを含む五大湖地域全体の水供給にも役立ちます。

「このプロジェクトは、人工知能を使用した先駆的な研究、発見、革新を通じて水関連科学におけるリーダーシップを強化するというアルゴンヌの戦略的計画を実現する上で重要な一歩です」とチェン氏は述べています。

このアプローチでは、システムダイナミクスのオンライン学習のための人工知能と機械学習、エネルギーと栄養素の回収を最適化するための数理モデリング、およびシステム設計を導くための科学と経済の両方に関するライフサイクル分析とモデリングを組み合わせます。 また、効率的な太陽蒸気発生のための新しい材料と、リアルタイムの水質モニタリングのためのワイヤレスセンサーの開発も含まれます。

都市下水回収のためのインテリジェントシステムの概念は、産業や農業を含む他の廃水にも適用できるはずです。

他のパートナーには、五大湖水道局、ミルウォーキーメトロポリタン下水道地区、NanoAffix、および27.5つの地域の水イノベーションハブであるCurrentとWaterCouncilが含まれます。 この賞は、老朽化し​​た水インフラ、特に廃水処理におけるエネルギー使用と炭素排出量を削減するための16の水インフラプロジェクトに対して合計XNUMX万ドルのエネルギー省プロジェクトのスレートの一部です。

チェンに加えて、プロジェクトチームのメンバーには、アルゴンヌのセスダーリング、ノースウェスタン大学とアルゴンヌのジェニファーダン、ノースウェスタン大学のジョージウェルズ、およびAsstが含まれます。 シカゴ大学のYuxinChen教授。

有毒な水質汚染物質の除去

別のプロジェクトでは、分子工学でAIを使用して、水質汚染物質を検出および除去しようとしています。

ポリフルオロアルキル物質(PFAS)などの水を汚染する化学物質は、低出生体重、癌、甲状腺ホルモンの破壊など、環境や健康に深刻な影響を与える可能性があります。 これらの化学物質を検出するための現在のアプローチは、費用と時間がかかり、かさばる機器と熟練した人員を必要とします。 PFASファミリーだけで4,000を超える膨大な数の汚染物質も、生物学的または化学的プローブの従来の開発を妨げています。

シカゴ大学とアルゴンヌの科学者が率いるプロジェクトは、分子シミュレーション、有機合成、人工知能を使用してプラットフォームを開発し、潜在的なPFASプローブの大きな分子空間を迅速に探索し、センシングと除去のための新しい化学プローブを効率的に識別、設計、製造します。水からの汚染物質。

グレーターシカゴの現在のメトロポリタン水再生地区と提携しているこの作業は、データサイエンス、Argonne Advanced Photon Sourceでの特性評価、および高性能シミュレーションも進歩させます。 科学者たちは、それが医薬品などの他の水質汚染物質のスクリーニングと除去に移行して、世界の公衆衛生を向上させる可能性があることを望んでいます。 これは、データとコンピューティングセンター(CDAC)のディスカバリーチャレンジプログラムを通じて資金提供されており、シカゴ大学の研究室と国立研究所の合同タスクフォースイニシアチブの支援を受けています。

プロジェクトの科学者には、ジュンホン・チェン、スチュアート・ローワン、プリツカー分子工学部のアンドリュー・ファーガソン、UChicago ComputerScience部門のレベッカ・ウィレットとエリック・ジョナス、プリツカー・スクールとアルゴンヌのセス・ダーリング、アルゴンヌのサン・ス・リーとクリス・ベンモアが含まれます。 。

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—アルゴンヌ国立研究所が発行した、ジョセフE.ハーモンの記事から一部引用。

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出典:https://bioengineer.org/could-ai-help-recover-energy-and-fresh-water-from-municipal-wastewater/

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