21世紀を象徴する汚染物質は、ほとんど目に見えない。5ミリメートル未満の断片であるマイクロプラスチックは、海洋、飲料水、人間の血液、人間の肺から検出されているが、世界にはそれらを水から除去する安価でスケーラブルな方法がない。2024年、最も有望な解決策の一つは、国立研究所からではなく、テキサス郊外の二人の17歳から生まれた。
Justin Huangと研究パートナーのVictoria Ouは、ともにヒューストン近郊のザ・ウッドランズの学生であり、フィルターをまったく使わない濾過装置を設計した。それは音を使う。
彼らの発明は、人間の聴覚範囲を超える高周波音である超音波を流水に照射する。音響力が浮遊マイクロプラスチック粒子を物理的に水流の片側へ押しやることで、清浄な水は通過し、濃縮された汚染物質が捕捉される。目詰まりするメッシュも、交換する膜もない。
実験室での試験において、この装置は1回の通過で浮遊マイクロプラスチック粒子の84〜94パーセントを除去した。この数値は、サイエンスフェアのプロトタイプを本格的な環境工学の議論の場へと引き上げるものである。
2024年5月、HuangとOuはロサンゼルスで開催されたRegeneron International Science and Engineering Fairにおいて、『マイクロプラスチック濾過のための超音波活用』と題したプロジェクトを発表した。同フェアは世界最大の国際的大学進学前科学コンテストであり、数十カ国から約2,000人のファイナリストが900万ドル以上の賞金をかけて競う。
二人はフェア最高の栄誉であるGordon E. Moore Award for Positive Outcomes for Future Generationsを獲得した。Intelの共同創業者にちなんで命名されたこの賞は$50,000の賞金が授与される。また、Earth and Environmental Sciencesカテゴリーで$5,000の1位賞も獲得した。
Moore Awardは単なる巧妙さだけで与えられるわけではない。その基準は名称に表れている——未来世代にとって前向きな成果をもたらす研究である。審査員の評価は、二人の高校生が発明した音響式マイクロプラスチック濾過が、彼らの世代が受け継ぐ世界にとって最も重要な意味を持つプロジェクトであるというものだった。
その後、ヒューストンのテレビ局から環境メディアGristまで、全国的な報道が続いた。Gristは二人を異なる種類の若き活動家として描いた。生態系の危機に対して抗議の看板ではなく工学的解決策で応えた十代である。
HuangとOuは、システムのスケールアップに取り組んでいると述べている。実験室のチャネルで機能したものを、いつの日か水処理プラントの規模で機能するよう設計を洗練させ、音響アレイが蛇口や河口に到達する前にマイクロプラスチックを捕捉できるようにすることを目指している。
彼らが選んだ問題が、この研究に重みを与えている。従来の水処理は、これほど小さな粒子を捕捉するように設計されたことがなく、ほとんどのマイクロプラスチックは都市の処理システムをそのまま通過する。物理的フィルターを使わずに粒子を濃縮するアプローチ——運用コストが安く、目詰まりの心配がない——は、プロの技術者たちを悩ませてきたまさにその空白に対処するものである。
Huangの功績は、ISEFを踏み台として活用した受賞者たちの系譜に彼を位置づける。過去の受賞者たちは企業を設立し、画期的な研究を発表し、成人科学者としての栄誉を獲得してきた。特にGordon E. Moore Awardは、アイデアが展示ホールを超えて成長する十代を示す指標となっている。
彼は達成のすべてをOuと共有している——協力自体が物語の一部である。二人の学生、一つの問題、そして環境ツールへと転用された物理学の一片。それはサイエンスフェアが生み出すために存在するパートナーシップの典型である。
コンテストの規模が達成の意義を明確にする。ISEFは高校科学のオリンピックである。数十カ国にわたる数百の地域および国内フェアの優勝者たちが、専門科学者による審査を経たプロジェクトを携えて集結し、900万ドル以上の賞金を競う。単独の最高賞を獲得することは、その年において、世界最大の人材パイプラインにおける最も影響力のある若き科学的頭脳であると評価されることを意味する。
二人が活用した物理学——音響泳動、音響放射力による粒子の移動——は、専門研究の活発な分野であり、環境工学よりもマイクロ流体工学や医学実験室でより一般的に応用されている。彼らの洞察は翻訳の一形態であった。細胞を分類する実験室技術を取り上げ、それが給水から汚染物質を分類できるかどうかを問うたのである。分野を越えてツールを移植するこの本能こそが、発明的科学者を熟練した学生から区別するものである。
Huangのテキサスのルーツも物語の一部である。ザ・ウッドランズはヒューストンの周辺に位置する——その経済が石油化学産業、つまり世界のマイクロプラスチックの原料となる製品を生み出す産業によって築かれた地域である。その地域出身の二人の学生が水からプラスチックを浄化する機械を構築することは、物語に全国的な共鳴を与えた世代間の対称性の一種である。
超音波フィルターがインフラストラクチャーになるか、優れた概念実証に留まるかにかかわらず、Huangの17歳の年はすでに稀有な特徴を帯びている。彼は地球上で最も頑強な汚染問題の一つに目を向け、それを測定可能な形で解決へと動かした——高校を卒業する前に。
“高校生2人がマイクロプラスチック濾過システムで$50,000の賞を受賞。”— FOX 26 Houston、2024年5月
“異なる種類の若き活動家:マイクロプラスチック解決策を発明した高校生たちに会う。”— Grist、2024年
| 人物 | 国 | 節目 | 年齢 / 記録 |
|---|---|---|---|
| Justin Huang | 🇺🇸 アメリカ合衆国 | ISEF 2024最高賞 — 超音波マイクロプラスチック濾過 | 17歳 |
| Victoria Ou | 🇺🇸 アメリカ合衆国 | 共同発明者、同プロジェクト・同賞 | 17歳 |
| Grace Sun | 🇺🇸 アメリカ合衆国 | ISEF 2024 $75K個人最高賞受賞者 — 生体電子工学 | 16歳 |
| Adam Kovalčík | 🇸🇰 スロバキア | ISEF 2025 $100K受賞者 — 抗ウイルス合成 | 19歳 |
| Kaitlyn Wang | 🇺🇸 アメリカ合衆国 | ISEF 2023 $75K受賞者 — 太陽系外惑星研究 | 17歳 |
Justin Huangが重要なのは、専門工学が解決していない汚染問題——マイクロプラスチックは地球上のあらゆる場所で従来の水処理をすり抜ける——に取り組み、17歳で集束音波のみを用いてそれらの最大94パーセントを除去する実用装置を生み出したからである。Gordon E. Moore Awardは世界最大の若手科学コンテストの頂点であり、それは目詰まりするフィルターが不要で明確なスケールアップの道筋を持つ技術に贈られた。HuangとVictoria Ouは、プラスチックの世紀について問われたときに楽観主義者が示す答えを体現している:問題を受け継いだ世代は、すでにそこから抜け出す工学的手段を構築しつつあるのだ。
