Elk jaar, een "dode zone" ter grootte van Massachusetts strekt zich uit over de Golf van Mexico. De Mississippi-rivier, die door de boerderij van het land reist, veegt overtollige mest weg en dumpt de chemicaliën in de Golf, waar ze ongebreidelde algen voeden, zuurstof uitputten, en het leven in zee doden.

Over de hele VS, kleinere versies van vergelijkbare dode zones infecteren meren, vijvers, en rivieren. In jaren met meer regenval, zoals in 2018, verzamelt de Charles River in Massachusetts voldoende verontreinigende stoffen uit de omliggende straten van de stad, parkeerplaatsen, en aangelegde campussen om de waterkwaliteit te doen dalen. Ongecontroleerde algengroei, vaak het gevolg van overtollige kunstmest, kan schade toebrengen aan de zee, menselijk, en zelfs de gezondheid van huisdieren:dit jaar, verschillende honden stierven na het zwemmen in water dat verstikt was met giftige blauwgroene algen.

Nutsvoorzieningen, Wetenschappers van Harvard werken samen met duurzaamheidsfunctionarissen en landschapsexperts om een ​​nieuwe meststof te testen die niet in watervoorraden zal wegspoelen. De campus van Cambridge gebruiken als een levend laboratorium, het team, waaronder Dilek Dogutan, Quentin Gilly, en Paul Smit, is van plan om de duurzame biofertilizer op het terrein van Harvard te testen, deze winter starten. Ontwikkeld in het lab van Daniel Nocera, de Patterson Rockwood hoogleraar energie, de levende biomeststof, die werkt met alleen zonlicht, lucht, en water, blijft bij de planten, produceert grotere en gezondere exemplaren, en is koolstof-negatief, kooldioxide uit de lucht opnemen en het gevaarlijke broeikasgas in de bodem vastleggen.

Het pionierswerk begon afgelopen voorjaar, wanneer Dogutan, een hoofdonderzoeker in de Nocera-groep, kreeg een e-mail van het President's Administrative Innovation Fund (PAIF). Daarin zag ze een kans om het onderzoek van haar lab toe te passen op de campus net buiten haar raam. Bij eerdere experimenten is het team had de biomeststof gebruikt om radijzen te kweken die meer dan drie keer zo groot waren als controles die zonder kunstmest werden gekweekt. Maar de experimenten vonden plaats in de stabiele omstandigheden van een kas.

"We wilden het onderzoek uit de gecontroleerde omgeving halen, om het effect van de zuurgraad van de bodem te zien, lucht, temperatuur, vochtigheid, alles, " zei Dogutan. Om dat te doen, ze had hulp nodig. Via PAIF, ze vormde een samenwerkingsteam met Gilly, de manager van laboratoriumduurzaamheid en energie van het FAS Green Program in Harvard's Office for Sustainability, en Smit, de associate manager van landschapsdiensten.

Gilly zei dat de universiteit bezig is met de overgang naar alle organische meststoffen. met als doel 75 procent biologische groenvoorziening in 2020. Maar deze meststoffen komen nog steeds in het water terecht; de biofertilizer van het Nocera-lab niet.

Uitgevonden in 2018, de biovriendelijke meststof is afhankelijk van een gemanipuleerde cyanobacteriën genaamd Xanthobacter autotrophicus . De uitvinding omvat jaren van onderzoek, teruggaand naar de kunstmatige bladtechnologie van Nocera, die water splitst om waterstof en zuurstof te maken, die de fotosynthese beter uitvoert dan welk blad dan ook.

De nieuwe behandeling gebruikt de waterstof uit de watersplitsing en combineert deze met stikstof in de lucht om ammoniak te produceren, die planten in hun wortels kunnen opnemen. Omdat anorganische en organische meststoffen planten vaak meer stikstof en fosfor geven dan ze in één keer kunnen gebruiken, het teveel wordt weggespoeld. Maar de biomeststof blijft veilig in de wortels van de plant, opgeslagen voor toekomstig gebruik.

De innovatie heeft nog een milieuvriendelijke truc:de bacteriën nemen kooldioxide uit de lucht op. "Met behulp van de nieuwe biofertilizer-methoden in de VS, we zouden aanzienlijke hoeveelheden CO . kunnen verwijderen ₂ per jaar door de koolstof in de bodem vast te leggen, ' zei Dogutan.

Met de hulp van het Office of Technology Development, Nocera, Pamela Zilver, de Elliot T. en Onie H. Adams hoogleraar biochemie en systeembiologie aan de Harvard Medical School, en Xiaowen Feng, een voormalig lid van haar lab, richtte een bedrijf op genaamd Kula Bio, die een eerste veldtest buiten de campus regelde. Op weg naar commercialisering, Kula Bio hoopt dat zijn product alle synthetische stikstofmeststoffen zal vervangen - die verantwoordelijk zijn voor hoge niveaus van afvoer en CO ₂ emissies - met een goedkope organische biomeststof.

Op de campus, met financiering van de PAIF, Dogutan en haar team zullen van winter 2020 tot het volgende najaar grootschalige tests van de meststof uitvoeren. Maar, met een eerdere subsidie ​​van het Campus Sustainability Innovation Fund, ze heeft al twee kleine proefpercelen geplant. In een, zij en Daniel Loh, een doctoraat student bij de afdeling Scheikunde van de Graduate School of Arts and Sciences en lid van het Nocera Lab, twee tuinen ter grootte van een parkeerplaats vrijgemaakt met een grasbuffer van twee voet ertussen. Loh radijsjes geplant, rapen, en spinazie in elk. Vervolgens, elke week, hij bemest er een met 100 milliliter van de gemanipuleerde cyanobacteriën vermengd met water en sproeide het over de planten. Het andere perceel kreeg net zoveel water, zonder de bacteriën.

Van april tot augustus, Loh en niet-gegradueerde onderzoekers Ellen Deng en Lauren Church volgden de planten en verzamelden gegevens. Loh's metingen toonden aan dat niet alleen de biomest zijn planten hielp groter te worden dan die op het onbemeste perceel, de bacteriën lekten niet in de omringende planten. "Nutriënten worden door planten opgenomen voordat ze zich over grote afstanden kunnen verspreiden, " hij zei.

Nu de gegevensverzameling is voltooid, Loh at zijn onderzoek op:hij oogstte en deelde zijn groenten met de hele Nocera-groep.

Volgende, Deng wil roze rozen planten, haar favoriete bloem. Gilly hoopt de biofertilizer te gebruiken in regentuinen op de campus, die zijn ontworpen door niet-gegradueerde studenten om regenwater beter op te nemen en ophoping te voorkomen. "Elk jaar, de nieuwe eerstejaars die binnenkomen zijn steeds meer gepassioneerd door milieuoorzaken, " zei Gilly. "Ze zijn een steeds groter wordende kracht van duurzaamheid."

In het komende jaar, De landschapsdiensten van Dogutan en Harvard zullen organische mest vervangen door de biofertilizer op gebieden op de campus van Harvard in Cambridge - de grootte van de percelen hangt alleen af ​​van hoeveel van de nieuwe behandeling ze kunnen krijgen van Kula Bio, die het doneert. Meer, des te beter, zei Dogutan. Meer gegevens zullen haar en het team helpen hun product aan te scherpen voor gebruik op grote schaal.

"Dit is nog erg nieuw onderzoek, " zei Dogutan. "We proberen nog steeds de details te achterhalen:het laden, de reeks, misschien moeten we de bacteriën op een andere manier ontwerpen." Zodra ze dat doen, ze hopen alle Harvard-campussen aan te moedigen om over te stappen op biofertilizer als een manier om de toewijding van de universiteit aan duurzaamheid te verbeteren en uiteindelijk om bredere acceptatie te krijgen en misschien een einde te maken aan 'dode zones'.

"We moeten iets doen, want Echt, we vernietigen de wereld, " zei Dogutan. "Elke dag naar je werk komen is geweldig, maar wat is ons hogere doel? Het is niet alleen het verzenden van die e-mails. Het hogere doel, tenminste voor mij, geeft terug aan de Harvard-gemeenschap op de beste manier die ik kan."

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan de Harvard Gazette, De officiële krant van Harvard University. Voor aanvullend universiteitsnieuws, bezoek Harvard.edu.