Искусственное растение очищает радиоактивную почву с помощью солнечного света

Экспериментальная установка для масштабированных долгосрочных экспериментов по восстановлению. Автор: Environmental Science & Technology (2025). DOI: 10.1021/acs.est.5c03657

Исследователи успешно разработали устройство в виде искусственного растения, работающее на солнечной энергии, которое быстро очищает почву, загрязненную радиоактивным цезием. Устройство, имитирующее транспирацию растений, собирает цезий в «листьях» и очищает его, используя только солнечный свет, без электричества или дополнительной воды. Технология высокоприменима на месте, так как, в отличие от традиционных методов, не требуется выкапывать и очищать почву.

Результаты работы опубликованы в журнале Environmental Science & Technology. Исследованием руководил профессор Сонгкюн Ким из Департамента физики и химии Научно-технологического института Тэгу Кёнбук (DGIST).

Радиоактивный цезий (Cs⁺) имеет длительный период полураспада и долго сохраняется в окружающей среде. Он хорошо растворим в воде и легко распространяется. Попадая в организм, цезий может накапливаться в мышцах и костях, вызывая рак или повреждение органов.

После аварии на АЭС «Фукусима» в Японии в 2011 году импорт японских овощей и морепродуктов, где содержание цезия превышало норму, был остановлен или уничтожен. В то время как загрязненную воду можно очистить с помощью адсорбента, очистка почвы остается глобальной проблемой, поскольку альтернативы выкапыванию и переработке грунта до сих пор не было.

Технология очистки загрязненной почвы с использованием природных растений изучается давно. Она основана на принципе, когда растения всасывают загрязнители корнями и накапливают их в листьях или стеблях. Однако этот метод требует много времени, имеет низкую эффективность и сильно зависит от погодных условий.

Главный недостаток — медленный рост растений не позволяет быстро устранить радиоактивный материал для обеспечения безопасности. Кроме того, сами загрязненные растения становятся радиоактивными отходами и требуют дополнительной утилизации.

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

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

Эксперименты с почвой, загрязненной цезием в различных концентрациях, показали, что новая технология снижает концентрацию цезия в почве более чем на 95% за 20 дней. Это значительно ускоряет процесс очистки, который обычно занимает месяцы. Технология может быть использована для восстановления сельскохозяйственных земель или территорий аварий, сильно загрязненных радиоактивным цезием. Она работает исключительно на солнечной энергии и не требует электричества или дополнительной воды, что делает ее высокоприменимой на месте.

«Загрязнение радиоактивным цезием вызывает гораздо более серьезную проблему в почве, чем в воде, но до сих пор не существовало адекватного метода 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.

Больше информации: Soobeen Kim et al, A Water-Efficient Artificial Phytoextraction Technology for the Remediation of Cesium-Contaminated Soil Inspired by Plant Transpiration and the Hydrologic Cycle, Environmental Science & Technology (2025). DOI: 10.1021/acs.est.5c03657