Ein Team von Forschern an der Northeastern University hat entwickelte eine Methode eine karzinogene Verunreinigung aus dem Boden mit dem Einsatz von Lasern zu entfernen, ohne die kostspielige Notwendigkeit, den kontaminierten Boden zu entfernen.
Das Forschungsteam untersuchte ihre Technik, indem sie Dichlordiphenyldichlorethylen (DDE) aus dem Boden entfernte. DDE ist ein Abbauprodukt des beliebten Pestizids Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT), das in der Landwirtschaft in der Mitte des X. Jahrhunderts weltweit zur Schädlingsbekämpfung eingesetzt wurde.
In 1972 verbot die EPA die Verwendung von DDT in den USA dAuswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit, aber einige Nationen benutzen es immer noch um Ausbrüche von Malaria zu kontrollieren.
Diese beiden Chemikalien wurden als „wahrscheinliche menschliche Karzinogene”Von der US Environmental Protection Agency.
Die Studie ist veröffentlicht in Zeitschrift für Angewandte Physik.
Die von den Forschern entwickelte Methode, angeführt von Ming Su, ein Associate Professor für Chemieingenieurwesen im Nordosten, hätte nicht zu einem besseren Zeitpunkt kommen können.
Zustand des Planetenbodens
Unser Planet ist dringend Hilfe nötig, wenn es um den Zustand unseres Bodens geht. Die Situation ist so schrecklich, dass die Vereinten Nationen für Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) 2015 das Internationale Jahr der Böden erklärt hat, um die Aufmerksamkeit auf das Problem zu lenken und Lösungen zu suchen. Zwei Jahre zuvor hatte die Generalversammlung der Vereinten Nationen den Dezember 5 als den Weltnottag erklärt, in der Hoffnung, das Bewusstsein für die globale Notlage zu bringen.
"Der Boden ist die Grundlage für die Produktion von Lebensmitteln, Futtermitteln, Brennstoffen und Fasern", sagte die stellvertretende Generaldirektorin der FAO, Maria Helena Semedo in einer Erklärung,.
Fünfundneunzig Prozent der Nahrung der Welt kommt aus dem Boden. Leider über 33 Prozent der globalen Bodenressourcen ist bereits durch Erosion und nicht nachhaltige Bodenbewirtschaftungspraktiken verloren gegangen. Mittlerweile wird das anhaltende Wachstum der Bevölkerung mehr Druck ausüben, um mehr Nahrung zu produzieren.
"Das Bevölkerungswachstum erfordert eine Steigerung der Lebensmittelproduktion um etwa 60 Prozent", sagte FAO-Generaldirektor José Graziano da Silva in einer Erklärung,.
Wenn wir den Weg fortsetzen, den wir gehen, warnt die FAO, dass die globale Menge an Acker- und produktivem Land pro Person in 2050 nur sein wird 25 Prozent von dem, was es in 1960 war.
Während erodiertes Land wieder hergestellt werden kann, kann es dauern 1,000 Jahre um drei Zentimeter Oberboden zu bilden. Wenn das Muster der Verschlechterung fortfährt, schätzt die FAO, dass die Welt aus dem nutzbaren Oberboden heraus laufen wird 60 Jahre.
"Ohne Böden können wir das Leben auf der Erde nicht aufrechterhalten, und wenn der Boden verloren geht, kann er nicht auf menschlicher Basis erneuert werden", sagte Semedo in einer Erklärung,.
"Die derzeit zunehmende Verschlechterung der Bodenqualität gefährdet die Fähigkeit künftiger Generationen, ihre Bedürfnisse zu befriedigen."
Die Bedrohung durch Bodenverschmutzung
Bodenverschmutzung ist eine ernste Bedrohung. Nach der FAO, Boden Verschmutzung betrifft so viel wie ein Fünftel aller Ackerland in einigen Ländern.
Die Bodenverschmutzung wird durch viele Faktoren verursacht, darunter Pestizide, chemische Düngemittel, Antibiotika in Tierdünger, unsachgemäße Abfallentsorgung, Öllecks und Verschüttungen sowie Leckagen aus Abwasserkanälen, unterirdischen Tanks und unterirdischen Rohrleitungen.
Die Anwesenheit von Verunreinigungen im Boden beeinträchtigt die Gesundheit und schadet der Umwelt.
Bodenverschmutzung hat auch schwerwiegende wirtschaftliche Folgen. In Teilen Chinas wird beispielsweise Getreide auf mit Schwermetallen belasteten Böden angebaut. Folglich, Jedes Jahr ist das Land gezwungen, eine geschätzte zu entsorgen 12 Millionen Tonnen von verschmutztem Getreide, wodurch die Landwirte verlieren bis zu 20 Milliarden Yuan, oder über $ 2.57 Milliarden US
Leider sind die derzeitigen Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Boden begrenzt.
Man könnte den verschmutzten Boden entfernen und ihn zur Dekontamination in eine Kläranlage transportieren, aber es wäre ein umständliches und teures Verfahren.
Ein anderer Weg wäre, um verschmutzten Boden in situ zu dekontaminieren, aber leider haben die bisher verwendeten Methoden Wasser und chemische Lösungsmittel, die die Toxine verdünnen können, aber nicht loswerden.
Nordöstliche Forscher finden eine Lösung für die Verschmutzung im Boden
Das Bild der Erde auf der Welt ist in der Tat düster, aber wir können die neue Methode, die Su und sein Team entwickelt haben, um Erde aufzuräumen, als Grundlage heranziehen.
Die neue Methode, bei der „verschmutzter Boden mit einem Infrarotlaser gestrahlt wird“, ist effektiv, kostengünstiger und arbeitsintensiv.
Su erklärte, dass die Der Laser „erwärmt den verschmutzten Boden lokal auf hohe Temperaturen (über tausend Grad), um Verunreinigungen thermisch zu zersetzen oder zu oxidieren.“
In der Studie haben die Forscher die Methode auf Boden untersucht mit DDE, die ideal für die Studie war, wie es leuchtet, wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt. Nach dem Sprengen des DDE-kontaminierten Bodens, scannen sie es mit ultraviolettem Licht und fanden keinen leuchtenden Rückstand. Sie hatten das Kontaminat erfolgreich vom Boden entfernt.
Su hat keinen laserbasierten Hintergrund, aber er kam auf die Idee, nach einem Besuch bei einem Laserhersteller den Boden mit einem Laser zu dekontaminieren.
"Ich habe in meiner Karriere nicht am Laser gearbeitet, bis ich eine Firma besuchte, die industrielle Laserschneidmaschinen herstellt, deren Leistung so hoch ist, dass sie in Sekundenschnelle zolldicke Bleche schmelzen können", sagte Su.
„Ich stellte mir vor, dass mit dem Hochleistungslaser Verunreinigungen im Boden erwärmt werden könnten. Das erste Hindernis, das ich überwinden musste, bestand darin, mich davon zu überzeugen, dass ein eng fokussierter Laserstrahl einen Hektar kontaminierten Landes innerhalb kurzer Zeit behandeln könnte. Ich habe herausgefunden, dass mit einem Laserpflug, der in die Erde gräbt und Laser aus seitlichen Auslässen emittiert, mehrere Strahlen gleichzeitig in den Boden abgegeben werden können. “
Su wurde von den Risiken der Bodenkontamination inspiriert.
"Die Kontamination des Bodens ist ein ernstes globales Problem, das die Ernteproduktivität senkt, den Menschen schadet und zur Verknappung von lebensfähigem Land führt", sagte er.
„Dieses Problem ist in Entwicklungsländern wie China, in dem ich geboren wurde, schwieriger. Ich möchte allen Menschen helfen, die unter diesem Problem leiden, und habe die Fortschritte in diesem Bereich über viele Jahre beobachtet. “
Die Forscher planen, die Methode auf andere Verunreinigungen anzuwenden, nach denen sie auf die Zusammenarbeit mit Branchenexperten und Wissenschaftlern für Feldversuche planen.
Su glaubt, dass die Methode angepasst werden könnte, um eine größere Fläche für die Dekontamination zu erreichen.
„Wenn Sie den Laserstrahl so erweitern, dass er nicht genau fokussiert ist, kann dies auch dazu beitragen, einen größeren Bereich abzudecken“, sagte er. "Die gesamte Lasereinheit kann auf einer Spur platziert werden, die sich über ein Land bewegt, um Verunreinigungen zu zersetzen."
Es gibt deutliche Vorteile bei der Verwendung der neuen Methode, so Su.
"In situ kann schnell und hocheffizient auf einfache Weise skaliert werden, ohne sekundäre Kontamination, allgemeine Anwendbarkeit und potenziell niedrige Kosten", sagte Su.
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