С проект, подкрепен от ЕС, учените разбиват замърсителите, отделяни от корабните двигатели, и ги правят безопасни за околната среда

СНИМКИ: ВАСИЛ ПЕТКОВ

Само преди дни ЦЕРН отпразнува 50 години от първия сблъсък на лъчи в адронния ускорител, което промени завинаги историята и физиката на частиците с висока енергия. Днес, половин век по-късно, в света има 5 адронни колайдера – 3 в ЦЕРН и два в САЩ, които всяка година обогатяват знанията ни, но също така допринасят за много полезни иновации.

В този и в следващи броеве на „Космос“ ще покажем как с помощта на европрограми като Horizon 2020 Европейската организация за ядрени изследвания – ЦЕРН, използва физиката на частиците, за да направи Синята планета по-чиста, а медицината многократно по-ефективна. Причината е, че много скоро ще сме свидетели на революционни пробиви и терапии в борбата с рака и сърдечносъдовите заболявания, които са родени в ЦЕРН, но благодарение на финансирането и усъвършенстването на технологиите те ще стигнат до всяка болница. И това съвсем не е всичко. От десетилетия в организацията създават нов тип по-ефективни и безопасни реактори, които да осигурят изобилна и чиста енергия. Те могат да се прилагат в селското стопанство, в търсенето на нови материали, което е от ключово значение, за да може индустрията да покорява

нови върхове

в технологиите. Тук изобщо не говорим за ползата от самата фундаментална наука, която ден след ден ни приближава към нови знания как се е родила Вселената, къде е изчезнала антиматерията, какво всъщност представляват черните дупки, тъмната материя, гравитацията – всички те крачка след крачка водят човечеството към Новата физика, която ще обясни Вселената и несъответствията в сегашния модел. Благодарение на тях, разбира се, ще се родят нови технологии, но заедно с това хиляди млади хора от страните членки на ЦЕРН ще получат шанс да работят и да провеждат изследвания с топспециалистите в Меката на физиката и да бъдат запалени за фундаменталната наука завинаги.

Срещите в ЦЕРН отвеждат екипа ни при Маурицио Вретенар, който е координатор на проекта ARIES (Accelerator Research and Innovation for European Science and Society).

Целта му е да развие инфраструктурата на европейските ускорители на частици, за да могат ползите от тях и изобщо от тази технология да се използват още по-пълноценно от обществото.

Самите ускорители са фундаментални машини и уникални инструменти, създадени, за да разкриват тайните на Вселената. В същото време те са ключова технология в различни науки. Особено полезни са при прецизното заснемане в медицината,

в лечението на различни заболявания,

в енергетиката.

„Целта е да се тласнат напред границите на високоенергийната физика, като се намали размерът на ускорителите и се понижат разходите и потреблението на енергия – казва Вретенар. – Проектът ще развие нови концепции, технологии, за да подобри сегашните и бъдещите поколения ускорители.“

С тях ще се развият нови технологии, а сътрудничеството с индустрията ще е и в областта на високотемпературните свръхпроводими кабели, нови графитни материали, покрития и съвременна електроника.

За да открият още повече ползи и да развият тази технология, така че да е достъпна за индустрията и обществото, в проекта обединяват усилия 41 партньори – главно от академичните среди, представители на индустрията и ЦЕРН – целта е с този интелектуален потенциал акселераторите да достигнат до всяко кътче на Европа. 

„Искаме да направим ускорителите все по-малки, още по-мощни, да консумират все по-малко енергия, да са по-евтини и по-сигурни и по-безопасни за употреба, за да ги предоставим на болниците и на индустрията – това е голямото предизвикателство – казва Маурицио Вретенар. – Така те ще могат да се използват от научни организации, от болниците най-вече – за лечение на ракови заболявания, за производство на изотопи, което е една многообещаваща насока, за следващо поколение петскенери. Обмислят се нов тип машини, за да се създават изотопи във всяка болница. Но също така ускорителите ще имат приложение и в областта на околната среда и особено при пречистването на водите.“

Именно затова целта на Европа с проекта ARIES е ускорителите да станат по-достъпни за обществото и то не някога в бъдещето, а скоро.

Трудно е да се повярва, но създаването на фокусирани лъчи от електрони и сблъсъците им при много високи енергии могат да вършат чудеса.

В Германия ползите от ускорителите вече се усещат съвсем осезаемо в земеделието – с тях се почиства зърното.

„Когато се събира реколтата,

част от зърното е замърсено

– независимо дали става дума за пестициди или за обичайните замърсители от околната среда – казва пред „Космос“ Светломир Ставрев, ръководител на Секцията за управление и оперативна поддръжка на проекти на ЕС. – Ако реколтата отиде във фабриката за преработка на зърното в брашно, тогава замърсителите ще попаднат в организма ни. Но благодарение на ускорителите това може да бъде избегнато. В Германия един от проектите – част от ARIES, е миниатюрни акселератори да се поставят в камиони – в тях се ускоряват електроните и те почистват замърсителите, за да може зърното да отиде в завода чисто.“

В ЦЕРН се реализира още един интересен проект, свързан с околната среда. Известно е, че морският трафик е сред най-големите виновници за парниковите газове. Както и че един круизен кораб предизвиква замърсяване в околната среда, равносилно на един милион автомобили. Затова се проучват няколко технологии за намаляване на изгорелите газове от корабните дизелови двигатели.

Решението предвижда миниакселератор, в който да се пусне лъч от електрони с напрежение от няколкостотин волта. Той разгражда праховите частици, но заедно с това унищожава молекулите на серните и азотните оксиди, след което те безопасно могат да се отмият с вода и щетите за природата да са минимални. Именно това е една от задачите на проекта, финансиран от Horizon 2020 и координиран от CERN – да се проведе реален тест на тази технология.

Първото изпитание е извършено на ръждясалия латвийски влекач от съветската епоха - Orkans („Буря“), акостирал в корабостроителницата в Рига на Балтийско море. Плавателният съд е собственост на Техническия университет и е предизвикал интереса на учените със своя стар, но мощен двигател, който може да бъде полезен при тестовете.

Дълга тръба, оборудвана с няколко детектора, свързва влекача с ускорител на частици, поставен на камион, недалеч от „Буря“. Именно там изгорелите газове се обработват в специално изградена камера – в нея електроните от ускорителя предизвикват молекулярно възбуждане, йонизация и разграждане на молекулите на замърсителите – целта е да се разбият NOx и SOx молекулите. Когато „обработката“ приключи, унищожените молекули на замърсяващите вещества се измиват с вода в специално съоръжение, проектирано и създадено в Института по ядрена химия и технологии (INCT) във Варшава. Едва след този процес, когато частиците вече са безопасни за околната среда, могат да бъдат изхвърлени.

„Измерванията потвърждават намаляването на замърсителите“, казва Вретенар.

Една от целите на проекта е да се монтира

специален ускорител в комина на корабите.

„Дизеловите двигатели на корабите замърсяват въздуха, а линейният ускорител в комина ще унищожава вредните йони и газове в комбинация с други технологии“, обяснява Ставрев.

Според Вретенар данните, събрани от този експеримент, ще бъдат използвани за финализиране на предложението за следващата стъпка в напредъка на тази технология.

А тя е важна, защото само през тази година пазарът на дизелови корабни двигатели е за близо 16 млрд. долара. Всяка година търсенето расте с 0,5 до 1 млрд. долара, а заедно с това в аритметична прогресия се увеличават парниковите емисии, както и замърсяването на океаните и моретата. Отработените газове, отделяни от корабните дизелови двигатели, включват азот (N2), кислород (O2), въглероден диоксид (CO2) и водна пара (H2O), замърсители като азотни оксиди (NOx), серни оксиди (SOx), въглероден оксид (CO), въглеводороди (HC) и прахови частици (PM).

Последните данни за дела на корабите в замърсяването на околната среда са от 2012 г. – тогава е установено, че той е 2%, но е отбелязано, че до няколко години ще се увеличи с 50 до 250%.

Причината е, че всяка година расте с по 4 на сто превозът на товарите като тонаж заедно с изминатите километри, а това се дължи на данъчните облекчения за морския транспорт и на факта, че индустрията сякаш никога не попада във фокуса на вниманието на Парижкото споразумение за климата.

В момента се смята, че в моретата и океаните плават над 100 000 кораба, като 6 хил. от тях са големи за контейнерни товари.

В същото време е доказано, че от общите глобални емисии във въздуха корабоплаването е отговорно за 18 до 30% от азотния оксид и за 9 на сто от серните оксиди.

Известно е и, че „приносът“ на морския транспорт в изменението на климата е между 3,5 и 4%, което се дължи главно на

отделяния въглероден диоксид.

И ако човечеството има някаква приблизителна представа как този транспорт замърсява атмосферата, данните за убиването на живота под водата са повече от оскъдни.

Именно затова индустрията реши да намали отделяните емисии до 2050 г. наполовина, като създаде фонд от 5 млрд. долара. С него ще бъдат подкрепени технологии, с които нивата на замърсяване да се понижат.

„Идеята ни е добра“, казва Маурицио Вретенар. На въпрос на „Космос“ дали тя може да се приложи по-широко, той каза, че се правят необходимите икономически и финансови анализи. „Нашата технология трябва да се трансформира за кораби и това няма да е много скъпо“, допълни ученият.

Според него тази разработка може да получи приложение и в енергетиката. Особено при въглищните централи, през чиито комини също като при корабите се отделят огромни количества замърсители.

Именно затова другият европроект, в който участва ЦЕРН, има за задача да развие ускорителите в две посоки. От една страна, те да стават все по-големи и по-мощни, за да се откриват нови приложения и все по-напреднали технологии и методи. Друга част обаче трябва да стават все по-малки, по-компактни, достъпни, безопасни и ефективни, за да навлязат масово в индустрията и в болничните заведения.

Как точно те ще спасяват животи там, четете в следващ брой.