Un team di ricercatori della Northeastern University ha ha sviluppato un metodo rimuovere un contaminante cancerogeno dal suolo con l'uso di laser, senza la costosa necessità di rimuovere il terreno contaminato.
Il gruppo di ricerca ha studiato la loro tecnica rimuovendo il diclorodifenildicloroetilene (DDE) dal terreno. DDE è un sottoprodotto di un popolare pesticida diclorodifeniltricloroetano (DDT) che è stato utilizzato in tutto il mondo in agricoltura per il controllo dei parassiti durante la metà del 20 secolo.
In 1972, l'EPA ha vietato l'uso del DDT negli Stati Uniti dal suo impatto sull'ambiente e sulla salute umanama alcune nazioni lo usano ancora per controllare i focolai della malaria.
Entrambi questi prodotti chimici sono stati classificati come "probabili cancerogeni umani"Dalla US Environmental Protection Agency.
Lo studio è pubblicato in Journal of Applied Physics.
Il metodo sviluppato dai ricercatori, guidato da Ming Su, professore associato di ingegneria chimica alla Northeastern, non poteva venire in un momento migliore.
Stato del suolo del pianeta
Il nostro pianeta ha un disperato bisogno di aiuto quando si tratta dello stato del nostro suolo. La situazione è così grave che l'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO) ha dichiarato 2015 l'Anno internazionale dei suoli nel tentativo di attirare l'attenzione sul problema e cercare soluzioni. Due anni prima, l'Assemblea Generale delle Nazioni Unite aveva dichiarato il 5 di dicembre come la Giornata mondiale del suolo, nella speranza di far conoscere la situazione globale.
"Il suolo è la base per la produzione di alimenti, mangimi, combustibili e fibre", ha affermato Maria Helena Semedo, vicedirettore generale della FAO in una dichiarazione.
Novantacinque per cento del cibo del mondo proviene dal suolo. Sfortunatamente, circa 33 per cento delle risorse globali del suolo è già stato perso a causa dell'erosione e delle pratiche di gestione del suolo insostenibili. Nel frattempo, la continua crescita della popolazione eserciterà più pressione per produrre più cibo.
"La crescita della popolazione richiederà un aumento approssimativo dell'60 per cento nella produzione alimentare", ha dichiarato il direttore generale della FAO José Graziano da Silva in una dichiarazione.
Se continuiamo nel modo in cui stiamo andando, la FAO avverte che la quantità globale di terra arabile e produttiva per persona in 2050 sarà solo 25 per cento di quello che era in 1960.
Mentre la terra erosa può essere ripristinata, può richiedere 1,000 anni formare tre centimetri di terriccio. Se il modello di degradazione continua, la FAO stima che il mondo esaurirà il suolo inutilizzabile 60 anni.
"Senza suolo non possiamo sostenere la vita sulla terra e dove il suolo è perso non può essere rinnovato su una linea temporale umana", ha detto Semedo in una dichiarazione.
"L'attuale tasso crescente di degrado del suolo minaccia la capacità delle generazioni future di soddisfare i loro bisogni."
La minaccia rappresentata dall'inquinamento del suolo
L'inquinamento del suolo è una seria minaccia. Secondo la FAO, l'inquinamento del suolo colpisce tanto quanto un quinto di tutte le terre coltivate in alcuni paesi.
L'inquinamento del suolo è causato da molti fattori, tra cui pesticidi, fertilizzanti chimici, antibiotici nel letame animale, smaltimento improprio dei rifiuti, perdite e fuoriuscite di petrolio e perdite da fognature, serbatoi sotterranei e condotte sotterranee.
La presenza di contaminanti nel suolo influisce sulla salute e danneggia l'ambiente.
L'inquinamento del suolo ha anche gravi conseguenze economiche. In alcune parti della Cina, ad esempio, il grano viene coltivato su terreni contaminati da metalli pesanti. Di conseguenza, ogni anno, il paese è costretto a smaltire una stima 12 milioni di tonnellate di grano inquinato, causando la perdita degli agricoltori fino a 20 miliardi di yuan, o circa $ 2.57 miliardi di US
Sfortunatamente, le pratiche correnti per rimuovere i contaminanti dal suolo sono limitate.
Si potrebbe rimuovere il terreno inquinato e trasportarlo in un impianto di trattamento per la decontaminazione, ma sarebbe un processo ingombrante e costoso.
Un altro modo sarebbe decontaminare il terreno inquinato in situ, ma sfortunatamente i metodi utilizzati fino ad oggi coinvolgono acqua e solventi chimici, che possono diluire le tossine ma non eliminarle.
Ricercatori del nordest trovano soluzioni per l'inquinamento nel suolo
L'immagine del suolo del mondo è davvero cupa, ma possiamo prendere a cuore il nuovo metodo ideato da Su e dal suo team per ripulire il suolo.
Il nuovo metodo, che prevede la "sabbiatura del suolo [inquinato] con un laser a infrarossi" è efficace, meno costoso e ad alta intensità di manodopera.
Su ha spiegato che il laser "riscalda localmente il terreno inquinato ad alta temperatura (oltre mille gradi) per decomporre termicamente o ossidare i contaminanti".
Nello studio, i ricercatori hanno testato il metodo su terreno contaminato con DDE, che era ideale per lo studio in quanto si illumina quando esposto alla luce ultravioletta. Dopo aver fatto saltare il terreno contaminato dal DDE, lo hanno scansionato con luce ultravioletta e non hanno trovato residui luminosi. Avevano rimosso con successo la contaminazione dal terreno.
Lo sfondo di Su non è nel laser, ma gli è venuta l'idea vincente di usare un laser per decontaminare il suolo dopo aver visitato un produttore di laser.
"Non stavo lavorando al laser nella mia carriera fino a quando non ho visitato un'azienda che produceva macchine per il taglio laser industriale, la cui potenza è così elevata che può sciogliere una lamina di metallo spessa in pochi secondi", ha detto Su.
"Ho immaginato che il laser ad alta potenza potesse essere utilizzato per riscaldare i contaminanti nel suolo. Il primo ostacolo che ho dovuto superare è quello di convincermi che un raggio laser ben focalizzato potrebbe trattare un acro di terra contaminata in breve tempo. Ho capito che più fasci potevano essere simultaneamente inviati nel suolo usando l'aratro laser, che scava nella terra ed emette laser dalle prese laterali. "
Su è stato ispirato dai rischi associati alla contaminazione del suolo.
"La contaminazione del suolo è un grave problema globale, che riduce la produttività delle colture, danneggia le persone e causa carenza di terreni vivibili", ha affermato.
"Questo problema è più impegnativo nei paesi in via di sviluppo come la Cina, dove sono nato. Voglio aiutare tutte le persone che soffrono di questo problema e ho osservato i progressi in questo campo per molti anni ".
I ricercatori stanno progettando di applicare il metodo ad altri contaminanti, dopo di che pianificano di collaborare con esperti del settore e scienziati per test sul campo.
Su ritiene che il metodo potrebbe essere adattato per colpire un'area più ampia per la decontaminazione.
"L'espansione del raggio laser in modo che non sia focalizzato in modo preciso può anche aiutare a coprire un'area più ampia", ha affermato. "L'intera unità laser può essere posizionata su una pista che si sposta attraverso una terra per decomporre i contaminanti".
Ci sono diversi vantaggi nell'usare il nuovo metodo, secondo Su.
"In situ, rapido, altamente efficiente, può essere facilmente ridimensionato, senza contaminazioni secondarie, applicabilità generale, nonché potenzialmente a basso costo", ha affermato Su.
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