PogarszajÄ…ca siÄ™ jakość wody to jedno z najwiÄ™kszych globalnych wyzwaÅ„, a co za tym idzie – także obszar zainteresowania naukowców. Europejski projekt Aquasense ma na celu stworzenie nowego – samowystarczalnego i autonomicznego – systemu monitorowania jakoÅ›ci wody w czasie rzeczywistym. UczestniczÄ… w nim również badacze z Polski. Po wybuchu globalnej pandemii uwaga naukowców skupiÅ‚a siÄ™ na tym, czy koronawirus SARS-CoV-2 może przenosić siÄ™ przez wodÄ™. Wyniki dotychczasowych badaÅ„ mogÄ… być cennÄ… wskazówkÄ… dla sÅ‚użb sanitarnych.
Po wybuchu pandemii COVID-19 na poczÄ…tku 2020 roku naukowcy z projektu Aquasense postanowili sprawdzić, czy nowy koronawirus może przenosić siÄ™ przez wodÄ™, do której dostajÄ… siÄ™ nieoczyszczone Å›cieki komunalne. To istotne o tyle, że – jak podaje ONZ – ponad 80 proc. nieoczyszczonych Å›cieków powstaÅ‚ych w wyniku dziaÅ‚alnoÅ›ci czÅ‚owieka ma ujÅ›cie do rzek lub mórz, 6 na 10 ludzi nie ma dostÄ™pu do bezpiecznych urzÄ…dzeÅ„ sanitarnych, a na caÅ‚ym Å›wiecie wciąż ponad 890 mln ludzi nadal praktykuje defekacjÄ™ na wolnym powietrzu. Transmisja wirusa poprzez wodÄ™ zanieczyszczonÄ… Å›ciekami oznaczaÅ‚aby wiÄ™c potężne zagrożenie epidemiologiczne w globalnej skali, a także realne ryzyko zainfekowania zwierzÄ…t wodnych.
– Na to, czy koronawirus SARS-CoV-2 może znajdować siÄ™ w wodzie, wpÅ‚ywa szereg czynników. Jednym z nich jest technologia oczyszczania Å›cieków. PrzykÅ‚adowo, jeÅ›li do sterylizacji Å›cieków stosowane jest promieniowanie UV, przeżycie wirusa zależy od intensywnoÅ›ci tego promieniowania. JeÅ›li jego dawka zabije wirusa, to problem zniknie i jego transmisja staje siÄ™ niemożliwa. JeÅ›li jednak uda siÄ™ mu przetrwać, bo promieniowanie byÅ‚o zbyt maÅ‚o intensywne, Å›cieki mogÄ… być drogÄ… rozprzestrzeniania siÄ™ wirusa. To samo dotyczy też innych metod, takich jak chlorowanie. Przeżycie wirusa zależy od tego, jak dużo chloru dodamy do wody. JeÅ›li bÄ™dzie go zbyt maÅ‚o, istnieje ryzyko transmisji – mówi agencji Newseria Biznes Kiranmai Uppuluri, stypendystka programu Maria SkÅ‚odowska-Curie Actions i specjalistka inżynierii Å›rodowiska Grupy Badawczej Technologia LTCC i Elektronika Drukowana w Åukasiewicz – Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki.
Badania w ramach projektu Aquasense pokazaÅ‚y, że transmisji koronawirusa przez wodÄ™ sprzyja kombinacja temperatury (w niskiej wirus żyje dÅ‚użej) i niskich opadów – co oznacza mniejsze rozcieÅ„czenie Å›cieków przez deszcz. To pozwoliÅ‚o naukowcom wyliczyć szacowane stężenie wirusa w wodzie po wycieku Å›cieków i skorelować je z liczbÄ… zakażeÅ„. Innymi sÅ‚owy: na podstawie stężenia wirusa w wodzie badacze sÄ… w stanie oszacować rzeczywistÄ… liczbÄ™ chorych na COVID-19 na danym obszarze, co stanowi cennÄ… wskazówkÄ™ np. dla sÅ‚użb sanitarnych. WykorzystujÄ…c zdobytÄ… wiedzÄ™, naukowcy zaprojektowali też bezpÅ‚atny kalkulator JamieLab/CoV2-wastewater, który pomaga oszacować ryzyko transmisji SARS-CoV-2 po wycieku Å›cieków do wody. Wyniki badaÅ„ opublikowano w czasopiÅ›mie „​ACS ES&T Water”.
Transmisja koronawirusa w wodzie to tylko jeden z aspektów szeroko zakrojonego projektu Aquasense.
– Ten projekt Unii Europejskiej dotyczy monitorowania jakoÅ›ci wody i żywnoÅ›ci przy użyciu autonomicznych czujników oraz inteligentnego gromadzenia i analizy danych. JesteÅ›my zespoÅ‚em 16 naukowców z dziewiÄ™ciu europejskich krajów, w projekcie uczestniczy 12 uczelni partnerskich i dwóch partnerów przemysÅ‚owych – mówi Kiranmai Uppuluri.
WedÅ‚ug ONZ jednym z najwiÄ™kszych, globalnych problemów jest w tej chwili nie tylko zaostrzajÄ…cy siÄ™ niedobór wody (już 40 proc. Å›wiatowej populacji cierpi z powodu jej niedostatku i ten odsetek bÄ™dzie rósÅ‚), ale i jej jakość. Morza i oceany pokrywajÄ… 3/4 powierzchni Ziemi, pochÅ‚aniajÄ… ok. 30 proc. dwutlenku wÄ™gla, Å‚agodzÄ…c skutki globalnego ocieplenia, i zapewniajÄ… utrzymanie ponad 3 mld ludzi na caÅ‚ym Å›wiecie. Od poczÄ…tku rewolucji przemysÅ‚owej poziom kwasowoÅ›ci wód wzrósÅ‚ o 26 proc., a wody przybrzeżne ulegajÄ… stopniowemu zanieczyszczeniu i eutrofizacji, która polega na tym, że w wyniku wzrostu zawartoÅ›ci zwiÄ…zków azotu i fosforu (np. ze źródeÅ‚ rolniczych) w wodzie mnożą siÄ™ glony, tworzÄ…c ogromne biomasy. Przez to wzrasta w wodzie także ilość bakterii, np. sinic, które uniemożliwiajÄ… rekreacyjne wykorzystanie zbiorników, a także wyczerpujÄ… siÄ™ zasoby tlenu w warstwach przydennych, co wpÅ‚ywa na tarÅ‚o niektórych gatunków ryb. ONZ szacuje, że jeÅ›li zjawisko to bÄ™dzie postÄ™pować w tym tempie, do 2050 roku obejmie ok. 20 proc. dużych ekosystemów morskich.
Pogorszenie jakoÅ›ci wody – spowodowane dziaÅ‚alnoÅ›ciÄ… czÅ‚owieka, odpadami przemysÅ‚owymi, zmianami klimatu etc. – to narastajÄ…cy problem i wyzwanie dla naukowców, którzy nie dysponowali dotÄ…d dostatecznie dobrymi narzÄ™dziami pomiarowymi pozwalajÄ…cymi ocenić jego skalÄ™. Dlatego w 2018 roku ruszyÅ‚ projekt Aquasense, sfinansowany przez UniÄ™ EuropejskÄ… grantem w wysokoÅ›ci ponad 4 mln euro (Horyzont 2020). Koordynatorem projektu jest Uniwersytet w Glasgow, ale uczestniczy w nim Å‚Ä…cznie dziewięć krajów europejskich (Wielka Brytania, Niemcy, Irlandia, Serbia, Szwecja, WÅ‚ochy, Austria, Estonia oraz Polska).
– Badanie jakoÅ›ci wody to po prostu sprawdzanie, czy jest ona dla nas zdrowa. Musimy badać wodÄ™, aby mieć pewność, że jej wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci fizyczne, chemiczne i biologiczne sÄ… zgodne z normami oraz że nadaje siÄ™ ona do spożycia – wyjaÅ›nia stypendystka programu Maria SkÅ‚odowska-Curie Actions. – Moim zadaniem w Åukasiewicz – Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki jest opracowanie czujników do pomiaru pH, rozpuszczonego tlenu, temperatury i przewodnoÅ›ci. DziÅ› informacje o parametrach takich jak pH tradycyjnie uzyskuje siÄ™ za pomocÄ… szklanej elektrody. Problem w tym, że jest ona nieporÄ™czna, może ulec rozbiciu, a poza tym pomiÄ™dzy pomiarami musi być zanurzona w roztworze elektrolitu. Aby zniwelować te ograniczenia, staram siÄ™ opracować mniejsze czujniki, wykonane z tlenków metali i innych materiaÅ‚ów.
Celem naukowców z projektu Aquasense jest stworzenie samowystarczalnego i autonomicznego systemu monitorowania jakoÅ›ci wody, który bÄ™dzie dostarczać danych w czasie rzeczywistym. Badacze korzystajÄ… w tym celu z najnowszych technologii: od dronów i podwodnych robotów po zaawansowane czujniki i algorytmy sztucznej inteligencji.
– Mamy w zespole różnych naukowców. Część z nas opracowuje czujniki, inni zajmujÄ… siÄ™ ich testowaniem, a jeszcze inni tworzÄ… drony pobierajÄ…ce próbki. SÄ… też tacy, którzy zajmujÄ… siÄ™ technologiami sieciowymi. Jako zespóÅ‚ naukowców wspólnie staramy siÄ™ stworzyć nowy system monitorowania jakoÅ›ci wody – mówi ekspertka.
Jak podkreÅ›la, efekty miÄ™dzynarodowych badaÅ„, w których uczestniczy też Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki z polskiej Sieci Badawczej Åukasiewicz, pomogÄ… nie tylko w zapewnianiu dostÄ™pu do bezpiecznej, czystej wody pitnej, ale i przyczyniÄ… siÄ™ do ochrony ekosystemów wodnych.
– Gdy ktoÅ› zrzuci do jeziora groźne odpady, to ryby i ssaki wodne sÄ… zagrożone, bo nie zawsze sÄ… w stanie wyczuć niebezpieczeÅ„stwo. Dlatego to my odpowiadamy za zastosowanie odpowiednich czujników, które sprawdzÄ… jakość wody, żeby chronić te formy życia. Ich naturalne sensory nie potrafiÄ… wykryć zagrożenia, wiÄ™c to my musimy siÄ™ tym zająć. Za pomocÄ… naszych czujników możemy sprawdzić, czy woda jest bezpieczna i czy nadaje siÄ™ do picia – tÅ‚umaczy Kiranmai Uppuluri.
