Искусственное растение очищает радиоактивную почву с помощью солнечного света

Исследователи разработали искусственное растение, работающее на солнечной энергии, которое быстро очищает почву, загрязненную радиоактивным цезием. Устройство имитирует транспирацию растений, собирает цезий в «листьях» и очищает почву, используя только солнечный свет, без электричества и дополнительной воды. Его можно применять на месте, не выкапывая и не перемещая почву, в отличие от традиционных методов.

Результаты опубликованы в журнале Environmental Science & Technology. Работой руководил профессор Сонгкюн Ким из Департамента физики и химии Института науки и технологий Тэгу Кёнбук.

Радиоактивный цезий (Cs⁺) имеет длительный период полураспада, хорошо растворяется в воде и легко распространяется в окружающей среде. Попадая в организм, он накапливается в мышцах и костях, вызывая рак или повреждение органов.

После аварии на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году импорт японских овощей и морепродуктов с превышением порога по цезию был остановлен или уничтожен. Загрязненную воду можно очистить с помощью адсорбента, но очистка почвы остается глобальной проблемой, так как обычно требует ее выемки.

Технологии очистки почвы с использованием живых растений (фиторемедиация) изучаются давно. Они основаны на принципе поглощения загрязнителей корнями и накопления их в листьях или стеблях. Однако этот метод занимает много времени, имеет низкую эффективность удаления и сильно зависит от погодных и климатических условий.

Главная проблема — радиоактивные материалы необходимо удалять быстро для безопасности, а растения растут медленно. Еще один недостаток — сами загрязненные растения становятся радиоактивными отходами и требуют дополнительной обработки.

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда профессора Кима разработала искусственное растение, имитирующее транспирацию. Устройство использует солнечную энергию для быстрого всасывания загрязненной воды из почвы. Оно селективно захватывает радиоактивный цезий и накапливает его в своих «листьях». Чистая вода испаряется, а затем конденсируется и возвращается в почву через систему рекуперации. Таким образом, нет необходимости пополнять запасы воды.

Поскольку поглощенный цезий остается в листьях, устройство можно использовать многократно, заменяя листья после очистки. Кроме того, использованные листья можно промыть кислотой для извлечения цезия, а адсорбент — использовать повторно, что снижает затраты и нагрузку на окружающую среду.

Эксперименты с почвой, загрязненной цезием в различных концентрациях, показали, что технология снижает концентрацию цезия в почве более чем на 95% в течение 20 дней. Это значительно ускоряет процесс очистки, который обычно занимает месяцы.

Технология может использоваться для восстановления сельскохозяйственных земель или мест аварий, сильно загрязненных радиоактивным цезием. Она работает исключительно на солнечной энергии и не требует электричества или дополнительной воды, что делает ее высокоприменимой на месте.

«Хотя загрязнение радиоактивным цезием вызывает гораздо более серьезную проблему в почве, чем в воде, до сих пор не было подходящего метода для его очистки, — сказал профессор Сонгкюн Ким. — Это исследование имеет большое значение, поскольку демонстрирует возможность очистки загрязненной почвы на основе солнечной энергии путем имитации природных растений и простой установки устройства без какого-либо дополнительного оборудования».

Первым автором исследования выступила аспирант Департамента физики и химии DGIST Субин Ким.