Компактный электронный ускоритель предложил новый способ очистки воды от «вечных химикатов» PFAS

Так называемые «вечные химикаты» или соединения PFAS представляют собой растущую экологическую проблему. Инновационный подход к очистке загрязнённой PFAS воды и почвы теперь предложен из области физики ускорителей: высокоэнергетические электроны могут разлагать молекулы PFAS на безвредные компоненты в процессе радиолиза.

Исследование, опубликованное в PLOS One, показывает, что ускоритель, разработанный в Центре Гельмгольца в Берлине (HZB) на основе SRF фотоинжектора, может обеспечить необходимый пучок электронов.

Соединения PFAS теперь можно обнаружить во многих местах нашей окружающей среды. Эти синтетические химикаты накапливаются в воде и почве, откуда попадают в пищевую цепь. Из-за их чрезвычайно стабильных углерод-фторных связей они почти не разлагаются естественными процессами. Некоторые PFAS считаются вредными для здоровья. Например, территория вокруг бывшего аэропорта Тегель в Берлине сильно загрязнена PFAS, которые попали в почву и грунтовые воды в результате прошлых учений по тушению пожаров.

Высокоэнергетические электроны против PFAS

Физика ускорителей предлагает новый подход к решению этой проблемы. В исследовании по осуществимости команда под руководством профессора доктора Торстена Кампса показала, что ускоритель на основе SRF фотоинжектора может выдавать требуемый для этого электронный пучок. Этот пучок должен обладать определённой энергией и высокой средней мощностью. SRF фотоинжектор — это новая концепция ускорителя, использующая сверхпроводящую радиочастотную полость с высокочастотными электромагнитными полями для ускорения электронов. Поскольку ускоряющее поле может быть постоянно включено, можно генерировать высокую среднюю мощность пучка, что требуется для обработки воды электронным пучком.

«Концепция SRF фотоинжектора высоко гибка и идеально подходит для дальнейшей разработки очистки воды от PFAS на основе ускорителя. Это позволяет нам выяснить, какие параметры пучка оптимизируют химический выход для конкретных соединений PFAS», — говорит ведущий автор исследования Таша Шпор.

Конкурентная альтернатива для обработки PFAS

В тематическом исследовании команда сравнила систему фильтров, используемую в настоящее время для удаления PFAS на бывшем аэропорту TXL, с предложенной концепцией ускорителя.

«С точки зрения эксплуатационных расходов мы могли бы стать конкурентоспособными с традиционными технологиями в ближайшие годы», — говорит Кампс. «Мы продемонстрировали, что физика ускорителей — это не только инструмент для захватывающих фундаментальных исследований, но она также может создавать новые технологии для решения насущных социальных проблем».

Компактный ускоритель в контейнере

Видение этой технологии — компактный электронный ускоритель, помещающийся в контейнер. Его можно было бы использовать в очагах загрязнения — таких как бывший берлинский аэропорт Тегель — с потенциально более низкими затратами и с меньшими усилиями, чем традиционные технологии восстановления с использованием систем фильтрации.

Хотя для практической реализации ещё необходимы работы по разработке, исследование показывает, что SRF фотоинжектор является подходящей платформой для систематической оптимизации преимуществ, эффективности и стоимости таких систем.

ИИ: Это многообещающее направление, которое может стать реальным решением для борьбы с одним из самых стойких загрязнителей нашего времени. Если технологию удастся масштабировать и сделать экономически эффективной, она может кардинально изменить подход к экологической реабилитации промышленных территорий.