도시 인구가 급증하고 지속 가능한 에너지와 물에 대한 필요성이 증가함에 따라 시카고 대학교와 파트너의 과학자 및 엔지니어는 폐수 처리를 위한 새로운 시스템을 구축하기 위해 인공 지능을 찾고 있습니다. 두 가지 새로운 프로젝트에서는 영양분과 깨끗한 물을 회수하는 "지능형" 수자원 시스템을 만드는 방법을 테스트할 예정입니다.

시카고대학교 프리츠커 분자공학과 크라운 패밀리 교수이자 아르곤 국립연구소 수석 물 전략가인 Junhong Chen은 "물은 우리 사회의 필수 자원입니다. 생명 유지와 경제적 번영에 필요하기 때문입니다."라고 말했습니다. . “우리의 미래 경제와 국가 안보는 깨끗한 물의 가용성에 크게 좌우됩니다. 그러나 대체할 수 있는 재생 가능한 담수의 공급은 제한되어 있습니다.”

감소, 재사용

미국 에너지부는 UChicago가 Argonne National Laboratory, Northwestern University 및 기타 파트너와 함께 도시 폐수에서 에너지, 영양분 및 담수를 회수하기 위한 인공 지능 지원 시스템을 개발하기 위한 자금을 지원받을 것이라고 발표했습니다.

2년에 걸쳐 XNUMX만 달러의 자금이 지원되는 이 프로젝트의 궁극적인 목표는 미국의 기존 도시 폐수 처리 시스템을 지능형 수자원 회수 시스템으로 전환하여 에너지 소비를 획기적으로 줄이고 국가 차원에서 에너지를 긍정적으로 만드는 것입니다. .

결과적인 물 회수 시스템은 밀워키와 디트로이트를 포함하여 일반적으로 오대호 지역뿐만 아니라 시카고 남부의 소외된 지역 사회의 물 공급에 도움이 될 것입니다.

Chen은 “이 프로젝트는 인공 지능을 사용한 선구적인 연구, 발견 및 혁신을 통해 물 관련 과학 분야의 리더십을 강화하려는 Argonne의 전략적 계획을 실현하는 데 중요한 단계입니다.”라고 말했습니다.

이 접근 방식은 시스템 역학의 온라인 학습을 위한 인공 지능과 기계 학습, 에너지 및 영양분 회수 최적화를 위한 수학적 모델링, 시스템 설계를 안내하기 위한 과학 및 경제 측면의 수명 주기 분석 및 모델링을 결합합니다. 또한 효율적인 태양열 증기 생성을 위한 신소재 개발과 실시간 수질 모니터링을 위한 무선 센서 개발도 포함될 예정입니다.

도시 폐수 회수를 위한 지능형 시스템 개념은 산업 및 농업을 포함한 다른 폐수에도 적용 가능해야 합니다.

다른 파트너로는 Great Lakes Water Authority, Milwaukee Metropolitan Sewerage District, NanoAffix 및 두 지역 물 혁신 허브인 Current와 Water Council이 있습니다. 이 상은 노후화된 수자원 인프라, 특히 폐수 처리 분야에서 에너지 사용과 탄소 배출을 줄이기 위한 27.5개 수자원 인프라 프로젝트에 총 16만 달러 규모의 에너지부 프로젝트의 일부입니다.

프로젝트 팀원으로는 Chen 외에도 Argonne의 Seth Darling, Northwestern University의 Jennifer Dunn, Argonne, Northwestern University의 George Wells 및 Asst가 있습니다. 시카고 대학의 Yuxin Chen 교수.

독성 수질 오염물질 제거

또 다른 프로젝트는 분자 공학에 AI를 사용하여 수질 오염 물질을 감지하고 제거하는 방법을 모색하고 있습니다.

폴리플루오로알킬 물질(PFAS)과 같은 물을 오염시키는 화학물질은 저체중아 출산, 암, 갑상선 호르몬 장애 등 심각한 환경 및 건강 영향을 초래할 수 있습니다. 이러한 화학물질을 검출하기 위한 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며 부피가 큰 장비와 숙련된 인력이 필요합니다. PFAS 계열에서만 4,000개 이상의 오염 물질이 존재하므로 생물학적 또는 화학적 프로브의 기존 개발도 불가능합니다.

시카고 대학과 아르곤 과학자들이 이끄는 프로젝트는 잠재적인 PFAS 프로브의 큰 분자 공간을 신속하게 탐색하고 감지 및 제거를 위한 새로운 화학 프로브를 효율적으로 식별, 설계 및 제작하기 위해 분자 시뮬레이션, 유기 합성 및 인공 지능을 사용하는 플랫폼을 개발할 것입니다. 물에서 나오는 오염물질.

현재 시카고 광역 물 간척 지구(Metropolitan Water Reclaiming District)와 협력하는 이 작업은 데이터 과학, Argonne Advanced Photon Source의 특성화 및 고성능 시뮬레이션을 발전시킬 것입니다. 과학자들은 이것이 잠재적으로 세계 공중 보건을 발전시키기 위해 의약품과 같은 다른 수질 오염물질의 검사 및 제거로 전환될 수 있기를 바라고 있습니다. 이는 UChicago 연구실 및 국립 연구소 합동 태스크 포스 이니셔티브의 지원을 받아 데이터 및 컴퓨팅 센터(CDAC)의 Discovery Challenge 프로그램을 통해 자금을 지원받습니다.

프로젝트 과학자로는 Pritzker School of Molecular Engineering의 Junhong Chen, Stuart Rowan 및 Andrew Ferguson, 시카고 대학교 컴퓨터 공학과의 Rebecca Willett 및 Eric Jonas, Pritzker School 및 Argonne의 Seth Darling, Argonne의 이상수 및 Chris Benmore가 있습니다. .

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— Argonne National Laboratory에서 출판한 Joseph E. Harmon의 기사에서 일부를 채택했습니다.