Elon University / Heute bei Elon / Lumen-Stipendiatin Anna Altmann '23 nimmt sich einer schmutzigen Aufgabe für Wissenschaft und Umwelt an

Von Michael Abernethy, Mitarbeiter

28. März 2023

Altmanns Forschungsprojekt umfasste das Sammeln und Testen von 2,5 Pfund Zigarettenkippen und die Entwicklung eines Zigarettenrauchgeräts, um herauszufinden, welche Metalle durch weggeworfene Zigarettenkippen freigesetzt werden.

Es ist Mittwoch, 15:30 Uhr, und in einem Chemielabor des McMichael Science Center raucht Anna Altmann, 23, ihre zweite Zigarette innerhalb einer halben Stunde.

Mit behandschuhten Händen steckt sie die Zigarette in eine Düse an einem Erlenmeyerkolben, zündet sie an und saugt mit einer Plastikspritze Luft durch den Kolben und ein paar Meter Schlauch. Altmann lehnt sich von der Abzugshaube weg, während ein schwacher Geruch von Tabakrauch das Labor erfüllt.

„Es stinkt sehr, aber bei ein paar Zigaretten wird es nicht so schlimm werden“, sagt sie.

„Aber wenn man längere Zeit hier bleibt und viel davon macht, muss man danach eine Dusche einplanen“, sagt ihr Mentor, außerordentlicher Professor für Chemie Justin Clar. Altmann nickt und lächelt müde zustimmend.

Wissenschaftliche Forschung kann ein chaotischer Prozess sein. Manchmal ist es geradezu dreckig.

Um besser zu verstehen, wie viele und welche Arten von Metallen aus weggeworfenen Zigarettenstummeln austreten und von diesen adsorbiert werden, weiß Altmann das nur zu gut. Die Goldwater-Stipendiatin, Lumen-Preisträgerin und Honors Fellow hat die letzten zwei Jahre damit verbracht, Zigarettenkippen zu sammeln und zu untersuchen und mit ihrem improvisierten Rauchapparat neue Zigaretten herzustellen.

Zigarettenkippen sind mehr als nur Müll. Sie sind ein globales Problem. Jedes Jahr werden schätzungsweise 4,95 Billionen Zigarettenkippen weggeworfen, landen im Abwasser, verschmutzen die Ozeane oder bleiben im Dreck liegen. Sobald sie weggeworfen werden, verweilen sie nicht nur. Alle diese Zigarettenkippen geben aktiv Spurenmetalle ab und absorbieren sie, was den globalen Kreislauf dieser Elemente beeinflusst.

Altmann studierte Chemie und Informatik und interessierte sich bereits vor dem College für Umweltchemie. Sie stammt ursprünglich aus Burlington, North Carolina und absolvierte bereits während ihrer High-School-Zeit ihr allgemeines Chemiestudium bei Clar. Als Student, der nach Themen für Abschlussarbeiten im Zusammenhang mit Chemie und Umwelt suchte, erinnerte sich Clar – ein Experte für die Erforschung von Metallen und Nanopartikeln in Umweltsystemen – an Fragen, die er seit seiner Postdoktorandentätigkeit bei der EPA im Jahr 2000 über weggeworfene Zigarettenkippen gestellt hatte Cincinnati.

Altmann untersuchte bestehende Forschungsergebnisse und entdeckte Lücken in den Untersuchungen zur Freisetzung von Metallen aus Zigarettenstummeln, nämlich dass Zigaretten in Laboren getestet, aber nicht aus dem Müll gesammelt wurden. Ein Licht ging an und Altmann hatte den Kern ihrer Forschungsfrage: Was und wie viel geben all diese Müllkippen an die Umwelt ab oder absorbieren sie?

„Sie hat sich diesen Vergleich selbst ausgedacht. Seitdem hat sie alles ausgewählt, was wir mit Lösungen, Lösungsmitteln, Zeiträumen und Sammlungen gemacht haben, alles“, sagte Clar.

Altmanns Auseinandersetzung mit diesem Thema wurde landesweit und bei Elon ausgezeichnet.

In ihrem zweiten Studienjahr erhielt sie das prestigeträchtige Goldwater-Stipendium, eine der selektivsten Auszeichnungen des Landes, die an Studenten verliehen wird, die eine Forschungskarriere im MINT-Bereich anstreben. Sie war erst die zweite Goldwater-Stipendiatin von Elon, die den Preis im zweiten Jahr gewann. Im selben Jahr wurde ihr der Lumen-Preis verliehen, Elons höchster Forschungspreis, der jährlich 15 aufstrebende Juniorstudenten mit 20.000 US-Dollar für die Weiterentwicklung ihrer Bachelor-Forschungsprojekte ausstattet.

Neben der Finanzierung notwendiger Materialien in einer Zeit pandemiebedingt steigender Kosten stärkten diese Preise Altmanns Vertrauen in ihre Forschung und eröffneten Möglichkeiten, die sie sonst vielleicht nicht gehabt hätte. Sie nahm an der Konferenz der Society of Environmental Toxicology and Chemistry teil, nahm zweimal an Konferenzen der American Chemical Society teil – wo sie später in diesem Monat ihre Forschung vorstellen wird – und reiste zur Rice University, um einen eingeladenen Vortrag zu halten.

„Mit diesem Geld konnte sie sich mit vielen Menschen vernetzen, was ihr Türen in der Graduiertenschule öffnen wird“, sagte Clar. Altmann wurde bereits in eine Reihe von Doktorandenprogrammen im Umweltingenieurwesen aufgenommen, darunter in Yale, Duke, Clemson und Carnegie Mellon.

Wie die improvisierte Röhrchen-Flaschen-Methode zur Herstellung frischer Proben im Labor zeigt, unternahm Altmann große Anstrengungen, um genügend Proben zu sammeln, um solide Daten zu erhalten. Dazu gehörte auch das Sammeln von Freiwilligen am Homecoming-Wochenende, um Kippen rund um und in der Nähe des Campus einzusammeln.

„Elon ist ein Nichtrauchercampus, daher waren wir nicht sicher, ob wir genug finden würden. Deshalb haben wir uns am Tag eines großen Fußballspiels versammelt, als wir dachten, die Leute könnten dicht auf dicht sein. Wir waren überrascht, wie viele wir fanden“, sagte Altmann.

An diesem Tag sammelten sie vier Gallonen große Säcke mit Filtern – ein paar tausend Kippen mit einem Gewicht von fast 2,5 Pfund – in verschiedenen Verfallszuständen. Altmann verbrachte die nächsten Wochen damit, sie nach ihrem Zustand zu sortieren, vom frischesten bis zum am stärksten verschlechterten. Sie analysierte sie auf ihren Metallgehalt und legte andere in chemische Lösungen, um sie auf Auslaugung zu testen.

Eine vorläufige Analyse zeigt, dass Zigarettenkippen sowohl Metalle auslaugen als auch adsorbieren. Natrium, Magnesium, Kalium, Kalzium und Aluminium wurden in den höchsten Konzentrationen ausgelaugt. Je stärker der Abbau insgesamt ist, desto geringer ist die Konzentration der Auslaugung. Chemische Lösungen spielten keine wesentliche Rolle dabei, wie viel oder welche Metalle ausgelaugt wurden.

„Derzeit deuten die Daten darauf hin, dass Zigarettenkippen aus der Umwelt je nach Grad des Abbaus zwischen 11 und 16 Metalle enthalten, wobei die am stärksten abgebauten Zigarettenkippen Metalle enthalten, die in künstlich geräucherten oder weniger abgebauten Proben nicht vorkommen“, sagte Altmann. „Dies deutet darauf hin, dass die Tonnen Metalle aus der Umwelt aufnehmen, was aufgrund des Gleichgewichts der natürlich vorkommenden Metalle im Boden potenziell problematisch ist.“ Chrom, Nickel und Blei befanden sich in den am stärksten degradierten Kolben, aber nirgendwo sonst, und Aluminium, Eisen und Zink waren in den stärker degradierten Kolben höher als in den weniger degradierten Kolben.“

Einige der ausgelaugten Metalle wie Aluminium und Zink können gesundheitliche Probleme verursachen.

„Wir machen uns am meisten Sorgen um Arsen, Quecksilber und Blei und schicken Proben zur externen Analyse dieser Metalle an ein anderes Labor. Wenn wir sie finden, würde uns das gesundheitlich mehr beunruhigen“, sagte Altmann.

Sie hofft, dass ihre zukünftige Forschung die Umweltsanierung umfassen wird.

„Ich interessiere mich wirklich dafür, wie man Metalle aus Wasser entfernt. In diesem Projekt habe ich untersucht, wie Metalle aus einer neuen Quelle ins Wasser gelangen, aber ich interessiere mich mehr für Aspekte der Sanierung“, fügte sie hinzu.

Altmann empfand den Forschungsprozess zunächst als einschüchternd, er entwickelte sich jedoch zum lohnendsten Teil ihrer College-Karriere.

„Nur weil etwas für Sie neu ist, heißt das nicht, dass Sie es nicht tun können“, sagte Altmann. „Ich hatte Angst, dass ich bei der Forschung scheitern würde und dass es schwierig sein würde, einen Mentor zu finden und an einem langen Projekt zu arbeiten. Ich bin so froh, dass ich diese Angst überwunden habe.“

Das Verlassen ihrer Komfortzone entwickelte sowohl Selbstvertrauen als auch Forschungsfähigkeiten.

„Sie hat viel Verantwortung für das Projekt übernommen und ich stelle einfach sicher, dass das, was wir tun, mit den Gesamtzielen übereinstimmt“, sagte Clar. „Es kam dazu, dass sie zu mir kam und sagte: ‚Ich werde das tun‘, was ein Zeichen dafür ist, dass ich ihr nicht sage, was sie tun soll, sondern dass sie die Richtung vorgibt und ich nur dafür sorge, dass wir bleiben.“ auf den Gleisen.

„Um Anna muss ich mir keine Sorgen machen. Sie tuckert einfach mit und erledigt die Arbeit.“

Was das Rauchen angeht, hat Altmann nicht vor, damit anzufangen, und ist froh, dass die Zeit, in der sie sich im Labor Zigaretten angezündet hat, hinter ihr liegt.

„Wenn mich dieses Projekt eines gelehrt hat, dann ist es, dass ich sicherer denn je bin, dass ich nicht rauchen werde“, sagte Altmann. „Es war widerlich, diese Zigaretten stundenlang rauchen zu müssen und den Dreck zu sehen, der sich in den Tuben befand. Obwohl mir meine Forschung Spaß gemacht hat, bin ich froh, nicht mehr zu rauchen.“

Gepostet in: Akademiker und Forschung Auszeichnungen und Anerkennungen Studentenerfahrung

Verschlagwortet mit: Chemie Elon College, Lumen-Preis des College of Arts & Sciences, STEM-Bachelorforschung

Personen in diesem Artikel:

Justin Clar

Außerordentlicher Professor für Chemie