Klimadetektive Projekte 2022-2023
Titel des Projekts: InNovarAction: Klimawandel, Luftqualität und die lokale Agrarwirtschaft
Mannschaft: InNovarAzione
ITI OMAR Novara Italien 7 Alter des Schülers: 14-15 Jahre alt, 16-17 Jahre alt
Ist es möglich, ein superabsorbierendes Material für die Landwirtschaft zu schaffen, um mit der Trockenheit fertig zu werden?
È possibile creare un materiale super-assorbente per l'agricoltura per fare frontale alla siccità?
Klima- und Umweltveränderungen haben besondere Auswirkungen auf das Wasser. Von den 7,7 Milliarden Menschen auf der Erde leben etwa 3 Milliarden in Trockengebieten. Letztere bedecken zusammengenommen 46,2% der Landfläche. Angesichts der anhaltenden Klimaveränderungen, der langen Dürreperioden und der Zunahme der Wüstengebiete ist es notwendig, neue Materialien für das Auffangen und Speichern von Wasser in der Luft zu untersuchen. Im Piemont wies der Sommer 2022 eine Durchschnittstemperatur von 20,7 °C auf, mit einer positiven Temperaturanomalie von 3,1 °C im Vergleich zum Durchschnitt der Jahre 1971-2000, und war nach dem Ausnahmesommer 2003 die zweitwärmste Sommersaison in der historischen Verteilung der letzten 65 Jahre. Die Verwendung von Satellitenbildern (NDMI-, NDVI-, OTCI-Indizes), die mit fortschrittlichen Techniken der künstlichen Intelligenz verarbeitet wurden, hat es uns ermöglicht festzustellen, dass in der Provinz Novara etwa 3.000 Hektar Reisfelder verloren gegangen sind, was 10% der gesamten Reisanbaufläche in der Region Novara entspricht. Unser Projekt zielte darauf ab, einen Prototyp zu bauen, der die Feuchtigkeit aus der Luft auffängt und in Wasser umwandelt. Das Hauptziel war die Realisierung eines superabsorbierenden Produkts, das kostengünstig, stabil und regenerierbar ist und vor allem aus umweltfreundlichen Rohstoffen hergestellt werden kann. Das Gel besteht hauptsächlich aus zwei billigen und weit verbreiteten Zutaten: Zellulose, die aus den Pflanzenwänden von Pflanzen stammt, und Konjakgummi, ein Verdickungsmittel, das in der Küche verwendet wird. Konjakgummi bindet aufgrund seiner porösen Struktur Feuchtigkeit aus der Luft, während Zellulose, wenn sie von der Sonne erhitzt wird, aufgrund ihrer wasserabweisenden Eigenschaften das aufgenommene Wasser wieder abgibt. Die Synthesezeiten sind kürzer, da das Gel, nachdem es in einer Form gefriergetrocknet wurde, abgezogen und sofort verwendet werden kann.
I cambiamenti climatici ed ambientali impattano in particolar modo sull'acqua. Sui 7,7 miliardi di abitanti del Pianeta, circa 3 miliardi vivono nelle zone aride. Queste ultime, messe insieme, coprono il 46,2% delle terre emerse. Angesichts der laufenden Klimaveränderungen, der langen Trockenperioden und der Vergrößerung der Wüstengebiete ist es notwendig, neue Materialien für die Bewässerung und die Vergrößerung des Wassers in der Luft zu erforschen. In Piemonte hat das Jahr 2022 eine mittlere Temperatur von 20,7°C, mit einer positiven Langzeitanomalie von 3,1°C im Vergleich zu den mittleren Temperaturen des Zeitraums 1971-2000, und ist somit die zweite kühlere Phase in der historischen Verteilung der letzten 65 Jahre nach dem extremen Jahr 2003. Durch die Verwendung von Satellitenbildern (Indikatoren NDMI, NDVI, OTCI), die mit modernsten Technologien der künstlichen Intelligenz ausgearbeitet wurden, konnte festgestellt werden, dass in der Provinz Novara ca. 3.000 Risken vorhanden sind, die 10% der gesamten Riskenfläche der Provinz Novara repräsentieren. Unser Projekt zielt auf die Realisierung eines Prototyps zur Abscheidung von Wasser aus der Luft und dessen Umwandlung in Wasser. L'obiettivo principale è stato la realizzazione di un produdotto super-assorbente a basso costo, stable, rigenerabile, ma soprattutto ottenibile da materie prime green. Das Gel besteht in erster Linie aus zwei kostengünstigen und einfachen Zutaten: Zellulose, die aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnen wird, und Konjakgummi, ein in der Küche verwendeter Zusatzstoff. Der Konjac-Saft, dank seiner porösen Struktur, dämpft die Feuchtigkeit des Wassers, während die Zellulose, wenn sie mit der Seezunge verbrüht wird, das Wasser dank ihrer abweisenden Eigenschaften aufspült. Die Einwirkzeiten sind kurz, denn das Gel kann nach dem Auftragen auf eine Briefmarke sofort verwendet werden.
Messung der Wasserdampfabsorption: Vor der Messung der Wasserdampfabsorption wurden alle Proben mindestens 2 Stunden lang in einem Ofen bei 90 °C getrocknet. Die getrockneten Proben des superhygroskopischen Polymers (SHPF) wurden in Fläschchen gelegt und dann in einem feuchtigkeitskontrollierten System (Trockner oder Mikrogewächshaus) versiegelt. Die relative Luftfeuchtigkeit in der Prüfkammer wurde mit einer übersättigten Lösung eines bestimmten Salzes auf den gewünschten Wert stabilisiert. Die relative Luftfeuchtigkeit von ~15% und ~30% wurde mit übersättigten Lösungen von LiCl bzw. CH3CO2K erreicht. Zur Überwachung der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur in der Kammer wurden ein Hygrometer und eine Thermometersonde verwendet. Mit einer Mikrowaage wurden dann die Gewichtsveränderungen während der Absorptions- und Desorptionsphasen beobachtet; für die kontrollierte Desorption wurde eine IR-Lampe verwendet. Aus den experimentellen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die optimalen Konzentrationen der Reagenzien folgende sind: KGM 4,6% Gewicht und HPC 1% Gewicht.
- Polymere können mehr als 10 Absorptions-Desorptions-Zyklen pro Tag durchführen.
- Das absorbierte Wasser kann bei einer solaren Erwärmungstemperatur von 30 °C schnell freigesetzt werden.
- Die Wasseraufnahme nimmt mit steigendem HPC-Gehalt ab
- Konjakgummi und Hydroxypropylcellulose sind erneuerbare und kostengünstige Biomassen
- Die geringste Polymerdicke absorbiert 0,64 g∙g -1 Wasser bei 15% nach H.R.
Misura dell'assorbimento del vapore acqueo: Vor der Messung der Wasseraufnahme werden alle Proben in einem Behälter bei 90 °C für ca. 2 Stunden aufgetragen. Die aufgetragenen Polymer-Super-Igroscopici (SHPF) werden in das Innere der Fläschchen eingeführt und anschließend in ein System zur Kontrolle der Wassermenge (Essiccatore oder Micro-Serra) eingespeist. Der relative Feuchtegehalt in der Prüfkamera wurde mit einer speziellen Lösung auf den gewünschten Wert stabilisiert. L'umidità relativa del ~15% e del ~30% sono state realizzate utilizzando rispettivamente soluzioni super-sature di LiCl e CH3CO2K. Zur Überwachung des relativen Wassergehalts und der Temperatur in der Kamera wurden ein Igrometer und eine Temperatursonde eingesetzt. Mit Hilfe einer Mikrobilanz wurden die Gewichtsveränderungen während der Aufnahme- und Abbauphasen beobachtet, für die Kontrolle der Abbauphase wurde eine IR-Lampe verwendet. Aus den erzielten Versuchsergebnissen lässt sich ableiten, dass die optimalen Konzentrationen der Reagenzien folgende sind: KGM 4,6% peso und HPC 1% peso.
- I polimeri possono fare più di 10 cicli di assorbimento-desorbimento al giorno.
- L'acqua assorbita può essere rilasciata in tempi brevi con temperature di riscaldamento solare di 30 °C.
- Die Wasseraufnahme verringert sich mit der Erhöhung des HPC-Gehalts.
- Der Konjakbaum und die Idrossipropilcellulose sind rinnovierbare Biomasse mit geringen Kosten
- Lo spessore più basso di polimero assorbe 0,64 g∙g -1 d'acqua al 15% di H.R.
Aus der Analyse von Satellitendaten, Erhebungen von Arpa Piemonte und Studien der Nationalen Agentur für Reis geht hervor, dass der Klimawandel, die Wasserknappheit und die zunehmende Luftverschmutzung sowohl die Produktion als auch die Qualität des Reises in der Region Novara beeinträchtigen. Unsere konkrete Aktion besteht in der Anlage eines ein Quadratmeter großen experimentellen Reisfeldes auf dem Rasen unserer Schule. Der Boden des Reisfeldes wird mit dem superabsorbierenden Gel aus Koniac-Gummi und Hydroxy-Propyl-Cellulose behandelt, wobei mit der Reissorte Prometheus 81 experimentiert wird, die ein viel stärker entwickeltes Wurzelsystem hat und daher tiefer wachsen kann. Auf diese Weise kann die Pflanze Bodenschichten erreichen, die von anderen Reissorten mit einem horizontalen Wurzelsystem normalerweise nicht erschlossen werden.
Die Analyse der Satellitendaten, der Rilievi Arpa Piemonte und der Studien, die von der Nationalen Risikokommission durchgeführt wurden, zeigt, dass die laufenden klimatischen Veränderungen, die Karenz und die Zunahme des Luftverschmutzungsgrades sowohl die Produktion als auch die Qualität des Risikos im Gebiet von Novarese beeinträchtigen. Unser konkretes Vorhaben sieht die Realisierung einer Versuchsstrecke von einem U-Bahn-Quadrat innerhalb des Schulgeländes der Schule vor. Der Boden der Risaia wird mit einem superabsorbierenden Gel auf der Basis von Koniac- und Idrossi-Propil-Zellulose behandelt, wobei die Risssorte Prometeo 81 erprobt wird, die eine sehr viel weiter entwickelte Radikalität besitzt und daher in größerer Tiefe wachsen kann, Die Pflanze kann auf diese Art und Weise Schichten des Wildes erreichen, die normalerweise nicht von anderen Risssorten mit einem radikalen System in Form eines Kreislaufs erforscht werden.
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Dieses Projekt wurde automatisch ins Englische übersetzt.
Die Projekte werden von den Teams erstellt und sie übernehmen die volle Verantwortung für die gemeinsamen Daten.
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