Декабрь в синхротронном свете
В нашей новой подборке – синнхротронные истории о том, как яркие лучи фотонов встают на защиту окружающей среды
«Увидеть» работу удобрений
Минеральные удобрения существенно облегчают жизнь сельхозпроизводителей, в то же время их использование влечет за собой серьезные экологические последствия - деградацию почв и эвторификацию пресноводных систем.
Выходом из этой сложной ситуации могла бы стать внекорневая подкормка – если бы питательные вещества доставлялись растению не через корневую систему, а непосредственно через листья. Однако механизмы перемещения таких частиц в живой растительной ткани изучены недостаточно, в основном из-за отсутствия подходящих неразрушающих аналитических инструментов.
Исследование [1], проведенное на источнике синхротронного излучения ESRF, позволило отследить движение наночастиц удобрений прямо в живых растениях. Наночастицы удобрений размером менее 100 нм наносились на листья ячменя и листья томата. Трехмерная визуализация позволила проследить за их распределением в тканях растений.
Эти данные позволят оптимизировать методики внекорневой подкормки и в перспективе сократить влияние удобрений на окружающую среду.
Ликвидировать последствия катастрофы
В марте 2011 года в результате землетрясения и цунами в Тохоку произошла одна из самых серьезных в истории ядерная авария на АЭС Фукусима-Дайичи. В поврежденных реакторах до сих пор сосредоточено около 880 тонн радиоактивного расплавленного топлива. Чтобы его извлечь, необходимо найти способ безопасного вывода АЭС из эксплуатации.
Частицы, образовавшиеся в результате расплавления ядерного топлива, долгие годы невозможно было исследовать из-за чрезвычайно сложного доступа к высокорадиоактивным зонам реакторов. Только в ноябре 2024 года из второго энергоблока удалось извлечь первую пробу топливных обломков. Частицы были исследованы на специализированной станции для углубленного анализа ядерных материалов источника синхротронного излучения SPring-8.
Исследование [2] позволяет провести ретроспективу химических и термических условий, которым подвергалось топливо, что дает критически важное представление о безопасности и стабильности обломков.
Было показано, что радиоактивные элементы – уран и плутоний равномерно распределены в оксидных матрицах и преимущественно находятся в степени окисления +4 все время с момента образования, что предполагает долговременную химическую стабильность. Эти данные имеют решающее значение для разработки безопасных стратегий вывода АЭС из эксплуатации, утилизации отходов и прогнозирования воздействия на окружающую среду.
Превратить биомассу в пластмассу
По мнению экспертов, химические производства вносят существенный вклад в глобальное потепление и связанные с ним проблемы изменения климата. В связи с этим изучается возможность, как преобразовывать возобновляемое сырье, в первую очередь биомассу, в ценные химические вещества. Биомасса на 80–90 % состоит из гемицеллюлозы и целлюлозы, при гидролизе которых образуются сахара, которые можно легко преобразовать в различные химические вещества с помощью био химических реакций.
Перспективной для синтеза товарных химических веществ является молекула 5-гидроксиметилфурфурол (HMF) – органическое соединение, образующееся в сахоросодержащих продуктах. Его, в свою очередь, можно преобразовать в 2,5-фурандикарбоновую кислоту (FDCA) - соединение, которое уже используется в качестве сырья в производстве пластиков.
Для решения этой задачи был разработан плазмонный фотокатализатор, состоящий из нанокубов нитрида титана и биметаллических наночастиц рутения-платины, который обеспечивает полную конверсию HMF в FDCA со стопроцентной селективностью при облучении в ближнем ИК-диапазоне. Для эффективной работы фотокатализатора важно соседство атомов платины и рутения, что было подтверждено методом рентгеновской спектроскопии поглощения на синхротронном источнике SSRF в Шанхае [3].
