VNR Content
Pearl
Năm 1996, khi Ukraine trở thành một quốc gia phi vũ khí hạt nhân, hoa hướng dương đã được trồng tại một căn cứ tên lửa của đất nước để kỷ niệm dịp hoành tráng này. Kể từ đó, hoa hướng dương trở thành biểu tượng của một thế giới không có vũ khí hạt nhân. Nhưng đó không phải là tất cả. Việc trồng hoa hướng dương thực sự có tác dụng to lớn trong việc làm sạch các khu vực bị ô nhiễm phóng xạ.
Công nghệ thực vật xử lý môi trường tại Nhà máy điện Chernobyl
Sau thảm họa hạt nhân tại nhà máy điện Chernobyl ở Ukraine, nơi thải ra hơn 100 nguyên tố phóng xạ vào môi trường, hoa hướng dương đã được trồng rộng rãi để hút các đồng vị phóng xạ khỏi các địa điểm bị ảnh hưởng. Cách làm này dựa trên “Công nghệ thực vật xử lý môi trường” (Phytoremediatiation), tức là sử dụng thực vật để làm sạch môi trường.
Địa điểm bị bỏ hoang do ô nhiễm phóng xa gần nhà máy Chernobyl.
Dự án hoa hướng dương Chernobyl ra đời năm 1994 khi một công ty có trụ sở tại New Jersey trồng hoa hướng dương trên một chiếc bè nổi để hấp thụ đồng vị phóng xạ từ nước. Thử nghiệm được thực hiện tại một cái ao rộng 75 m2 nằm cách lò phản ứng Chernobyl một km.
Người ta quan sát thấy hướng dương hấp thụ chọn lọc radiocesium (137Cs) và radiostrontium (90Sr) từ nước. Kết quả là khoảng 95% hạt nhân phóng xạ đã bị loại bỏ trong khoảng thời gian 10 ngày. Trong khi phần lớn 137Cs vẫn ở trong rễ, hầu hết 90Sr đã di chuyển đến chồi. Hoa hướng dương không chuyển hóa các hạt nhân phóng xạ; chúng đã được đốt và chất thải phóng xạ còn lại đã được xử lý an toàn.
Hướng dương - loài hoa “siêu tích lũy”
Sự sống đã xuất hiện trên Trái đất từ xa xưa, khi mức độ bức xạ cao hơn nhiều so với ngày nay. Để thích nghi, thực vật đã tiến hóa theo những cách giúp chúng có thể tồn tại trong những điều kiện bất lợi. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi một số loài thực vật đã phát triển các hệ thống phức tạp cho phép hấp thụ và loại bỏ các chất độc hại, thậm chí cả chất phóng xạ.
Hoa hướng dương có khả năng hấp thụ một lượng cực lớn các nguyên tố độc hại như 137Cs và 90Sr – những chất được tìm thấy trong các khu vực bị ô nhiễm phóng xạ (đất và ao hồ) xung quanh nhà máy điện. Do khả năng hấp thụ kim loại cực tốt, hướng dương được gọi là thực vật “siêu tích lũy” (hyperaccumulators).
Các loài cây hyperaccumulator có thể được sử dụng để khử chất gây ô nhiễm.
Nguồn sinh khối khổng lồ từ hướng dương và khả năng phát triển nhanh chóng cho phép loài cây này cô lập các chất gây ô nhiễm và tiếp tục phát triển. Đây là điều mà không phải loài thực vật nào cũng làm được.
Một số đồng vị hạt nhân rất giống các chất dinh dưỡng mà hướng dương thường hấp thụ từ đất. Ví dụ, cesium rất giống kali – chất cần thiết cho quá trình quang hợp; stronti lại tương đồng với canxi, cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển cấu trúc của cây. Trong khi tìm kiếm các chất dinh dưỡng, hướng dương dễ dàng hấp thụ cesium và stronti.
Hoa hướng dương rất thành thạo trong việc chuyển vị các chất gây ô nhiễm từ rễ sang chồi, tức là chất ô nhiễm phóng xạ hấp thụ được tích tụ trong sinh khối của cây và được chuyển đổi thành các dạng có chứa carbon. Sinh khối của hoa hướng dương trưởng thành có thể được thu hoạch và xử lý thông qua nhiệt phân - quá trình đốt cháy cacbon hữu cơ trong cây và để lại chất thải phóng xạ. Chất thải phóng xạ có thể được chuyển thành thủy tinh để cất giữ an toàn dưới lòng đất.
Luôn có khả năng thực vật hyperaccumulator bị động vật hoặc chim ăn vào và ô nhiễm lây lan qua chuỗi thức ăn. Đây là lý do mà hoa hướng dương được trồng để hấp thụ chất phóng xạ thường sẽ được thu hoạch trước khi kết hạt. Khi bắt đầu ra hoa và tạo hạt, hướng dương sẽ không phát triển sinh dưỡng nhiều (rễ, thân và lá được coi là bộ phận sinh dưỡng của cây), tức là khả năng hấp thụ chất gây ô nhiễm sẽ thấp đi nhiều.
Hoa hướng dương ở Fukushima
Tại nhà máy điện Chernobyl, việc khử ô nhiễm nước bằng hoa hướng dương cho kết quả khả quan nhưng việc làm sạch đất lại không hiệu quả. Vài năm sau vụ nổ, các phương pháp xử lý mới bắt đầu được triển khai. Chất phóng xạ lúc này đã liên kết với các hạt đất, khiến việc thanh lọc đất trở nên khó khăn.
Hoa hướng dương cũng được trồng ở Fukushima (Nhật Bản) sau một trận động đất mạnh gây ra sóng thần dẫn đến thảm họa hạt nhân tại Nhà máy điện Fukushima Daiichi vào năm 2013. Tuy nhiên, những nỗ lực xử lý bằng hoa hướng dương ở đây không được coi là thành công và cho kết quả kém hơn hẳn so với Chernobyl. Có thể là do Fukushima đã sử dụng một giống hướng dương không có khả năng hấp thụ độc tố và cố định cesium trong đất.
Thất bại này cho thấy, việc lựa chọn cây trồng là vô cùng quan trọng trong chống ô nhiễm phóng xạ. Các loài thực vật được chọn phải chịu được nồng độ cao của chất gây ô nhiễm cung như tích lũy được một lượng đáng kể chất gây ô nhiễm mục tiêu. Cây phải có khả năng phát triển nhanh chóng và sản xuất sinh khối cao. Cải dầu, rau dền và cây mào gà là một số loại cây khác đã được sử dụng để xử lý ô nhiễm.
Vì bức xạ sau một vụ nổ hạt nhân thường nằm ở phần đất trên cùng nên để khử ô nhiễm đất, Nhật Bản đã thử nạo vét các lớp trên cùng của đất, nơi các chất ô nhiễm đã lắng đọng. Đất độc hại sẽ được đào lên, sau đó đóng gói vào túi ni lông và lưu lại để xử lý tại chỗ. Đây là một phương pháp không chỉ tốn kém mà còn rất nguy hiểm vì nó liên quan đến việc vận chuyển vật liệu bị ô nhiễm đến một địa điểm khác, làm tăng thêm rủi ro ô nhiễm thứ cấp.
Đất được lấy từ các khu vực bị ô nhiễm ở Fukushima.
Một lý do khác để chọn trồng hoa hướng dương là nguyên liệu thu hoạch được có thể sử dụng để sản xuất năng lượng. Xử lý ô nhiễm bằng thực vật là một quá trình tốn thời gian, tuy nhiên, có thể giảm chi phí bằng cách sử dụng sinh khối bị ô nhiễm của hoa hướng dương để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Bên cạnh những lợi thế, cũng có nhiều biến số ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý ô nhiễm phóng xạ của hoa hướng dương. Thứ nhất, hướng dương không bị hấp dẫn bởi tất cả các kim loại, có nghĩa là loài cây này không thể tự làm sạch hoàn toàn các vị trí bị ô nhiễm và phải được trồng với các loại cây hyperaccumulator khác ưa kim loại.
Ngoài ra, quá trình xử lý ô nhiễm bằng thực vật đạt được kết quả tốt nhất ở những vị trí có độ sâu ô nhiễm thấp. Các yếu tố khác như đặc tính của chất thải phóng xạ, nồng độ chất phóng xạ mục tiêu cũng ảnh hưởng đến quá trình.
Từ việc nâng cao tinh thần của con người đến loại bỏ độc tố từ đất và nước - hướng dương mang vẻ rực rỡ khiến người ta phải ngưỡng mộ. Với khả năng làm sạch môi trường, hướng dương không chỉ là một loài hoa đơn thuần: vô số khả năng liên quan đến sinh học của cây vẫn chưa được phát hiện. Các nỗ lực nghiên cứu là chìa khóa để nhận ra tiềm năng của hướng dương trong việc xử lý môi trường trong tương lai.
Theo Science ABC
Công nghệ thực vật xử lý môi trường tại Nhà máy điện Chernobyl
Sau thảm họa hạt nhân tại nhà máy điện Chernobyl ở Ukraine, nơi thải ra hơn 100 nguyên tố phóng xạ vào môi trường, hoa hướng dương đã được trồng rộng rãi để hút các đồng vị phóng xạ khỏi các địa điểm bị ảnh hưởng. Cách làm này dựa trên “Công nghệ thực vật xử lý môi trường” (Phytoremediatiation), tức là sử dụng thực vật để làm sạch môi trường.
Dự án hoa hướng dương Chernobyl ra đời năm 1994 khi một công ty có trụ sở tại New Jersey trồng hoa hướng dương trên một chiếc bè nổi để hấp thụ đồng vị phóng xạ từ nước. Thử nghiệm được thực hiện tại một cái ao rộng 75 m2 nằm cách lò phản ứng Chernobyl một km.
Người ta quan sát thấy hướng dương hấp thụ chọn lọc radiocesium (137Cs) và radiostrontium (90Sr) từ nước. Kết quả là khoảng 95% hạt nhân phóng xạ đã bị loại bỏ trong khoảng thời gian 10 ngày. Trong khi phần lớn 137Cs vẫn ở trong rễ, hầu hết 90Sr đã di chuyển đến chồi. Hoa hướng dương không chuyển hóa các hạt nhân phóng xạ; chúng đã được đốt và chất thải phóng xạ còn lại đã được xử lý an toàn.
Hướng dương - loài hoa “siêu tích lũy”
Sự sống đã xuất hiện trên Trái đất từ xa xưa, khi mức độ bức xạ cao hơn nhiều so với ngày nay. Để thích nghi, thực vật đã tiến hóa theo những cách giúp chúng có thể tồn tại trong những điều kiện bất lợi. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi một số loài thực vật đã phát triển các hệ thống phức tạp cho phép hấp thụ và loại bỏ các chất độc hại, thậm chí cả chất phóng xạ.
Hoa hướng dương có khả năng hấp thụ một lượng cực lớn các nguyên tố độc hại như 137Cs và 90Sr – những chất được tìm thấy trong các khu vực bị ô nhiễm phóng xạ (đất và ao hồ) xung quanh nhà máy điện. Do khả năng hấp thụ kim loại cực tốt, hướng dương được gọi là thực vật “siêu tích lũy” (hyperaccumulators).
Nguồn sinh khối khổng lồ từ hướng dương và khả năng phát triển nhanh chóng cho phép loài cây này cô lập các chất gây ô nhiễm và tiếp tục phát triển. Đây là điều mà không phải loài thực vật nào cũng làm được.
Một số đồng vị hạt nhân rất giống các chất dinh dưỡng mà hướng dương thường hấp thụ từ đất. Ví dụ, cesium rất giống kali – chất cần thiết cho quá trình quang hợp; stronti lại tương đồng với canxi, cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển cấu trúc của cây. Trong khi tìm kiếm các chất dinh dưỡng, hướng dương dễ dàng hấp thụ cesium và stronti.
Hoa hướng dương rất thành thạo trong việc chuyển vị các chất gây ô nhiễm từ rễ sang chồi, tức là chất ô nhiễm phóng xạ hấp thụ được tích tụ trong sinh khối của cây và được chuyển đổi thành các dạng có chứa carbon. Sinh khối của hoa hướng dương trưởng thành có thể được thu hoạch và xử lý thông qua nhiệt phân - quá trình đốt cháy cacbon hữu cơ trong cây và để lại chất thải phóng xạ. Chất thải phóng xạ có thể được chuyển thành thủy tinh để cất giữ an toàn dưới lòng đất.
Luôn có khả năng thực vật hyperaccumulator bị động vật hoặc chim ăn vào và ô nhiễm lây lan qua chuỗi thức ăn. Đây là lý do mà hoa hướng dương được trồng để hấp thụ chất phóng xạ thường sẽ được thu hoạch trước khi kết hạt. Khi bắt đầu ra hoa và tạo hạt, hướng dương sẽ không phát triển sinh dưỡng nhiều (rễ, thân và lá được coi là bộ phận sinh dưỡng của cây), tức là khả năng hấp thụ chất gây ô nhiễm sẽ thấp đi nhiều.
Hoa hướng dương ở Fukushima
Tại nhà máy điện Chernobyl, việc khử ô nhiễm nước bằng hoa hướng dương cho kết quả khả quan nhưng việc làm sạch đất lại không hiệu quả. Vài năm sau vụ nổ, các phương pháp xử lý mới bắt đầu được triển khai. Chất phóng xạ lúc này đã liên kết với các hạt đất, khiến việc thanh lọc đất trở nên khó khăn.
Hoa hướng dương cũng được trồng ở Fukushima (Nhật Bản) sau một trận động đất mạnh gây ra sóng thần dẫn đến thảm họa hạt nhân tại Nhà máy điện Fukushima Daiichi vào năm 2013. Tuy nhiên, những nỗ lực xử lý bằng hoa hướng dương ở đây không được coi là thành công và cho kết quả kém hơn hẳn so với Chernobyl. Có thể là do Fukushima đã sử dụng một giống hướng dương không có khả năng hấp thụ độc tố và cố định cesium trong đất.
Thất bại này cho thấy, việc lựa chọn cây trồng là vô cùng quan trọng trong chống ô nhiễm phóng xạ. Các loài thực vật được chọn phải chịu được nồng độ cao của chất gây ô nhiễm cung như tích lũy được một lượng đáng kể chất gây ô nhiễm mục tiêu. Cây phải có khả năng phát triển nhanh chóng và sản xuất sinh khối cao. Cải dầu, rau dền và cây mào gà là một số loại cây khác đã được sử dụng để xử lý ô nhiễm.
Vì bức xạ sau một vụ nổ hạt nhân thường nằm ở phần đất trên cùng nên để khử ô nhiễm đất, Nhật Bản đã thử nạo vét các lớp trên cùng của đất, nơi các chất ô nhiễm đã lắng đọng. Đất độc hại sẽ được đào lên, sau đó đóng gói vào túi ni lông và lưu lại để xử lý tại chỗ. Đây là một phương pháp không chỉ tốn kém mà còn rất nguy hiểm vì nó liên quan đến việc vận chuyển vật liệu bị ô nhiễm đến một địa điểm khác, làm tăng thêm rủi ro ô nhiễm thứ cấp.
Một lý do khác để chọn trồng hoa hướng dương là nguyên liệu thu hoạch được có thể sử dụng để sản xuất năng lượng. Xử lý ô nhiễm bằng thực vật là một quá trình tốn thời gian, tuy nhiên, có thể giảm chi phí bằng cách sử dụng sinh khối bị ô nhiễm của hoa hướng dương để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Bên cạnh những lợi thế, cũng có nhiều biến số ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý ô nhiễm phóng xạ của hoa hướng dương. Thứ nhất, hướng dương không bị hấp dẫn bởi tất cả các kim loại, có nghĩa là loài cây này không thể tự làm sạch hoàn toàn các vị trí bị ô nhiễm và phải được trồng với các loại cây hyperaccumulator khác ưa kim loại.
Ngoài ra, quá trình xử lý ô nhiễm bằng thực vật đạt được kết quả tốt nhất ở những vị trí có độ sâu ô nhiễm thấp. Các yếu tố khác như đặc tính của chất thải phóng xạ, nồng độ chất phóng xạ mục tiêu cũng ảnh hưởng đến quá trình.
Từ việc nâng cao tinh thần của con người đến loại bỏ độc tố từ đất và nước - hướng dương mang vẻ rực rỡ khiến người ta phải ngưỡng mộ. Với khả năng làm sạch môi trường, hướng dương không chỉ là một loài hoa đơn thuần: vô số khả năng liên quan đến sinh học của cây vẫn chưa được phát hiện. Các nỗ lực nghiên cứu là chìa khóa để nhận ra tiềm năng của hướng dương trong việc xử lý môi trường trong tương lai.
Theo Science ABC
