Han pasado 30 años desde que un proyecto piloto en el condado de Miami-Dade descubrió que la explosión de las aguas residuales con electrones podría limpiarlas, eliminar todo tipo de cosas desagradables, desde microorganismos hasta productos químicos agresivos.

Todo lo que se necesitaba era algún científico o ingeniero intrépido para idear un acelerador que fuera rentable, lo suficientemente compacto y fácil de usar para limpiar aguas residuales a escala industrial.

El mundo todavía lo está esperando.

Muchos países han avanzado poco a poco en el uso de aceleradores para la remediación ambiental, eliminando los tintes tóxicos de las aguas residuales en una fábrica textil en Corea del Sur. por ejemplo, o dióxidos de azufre y óxidos de nitrógeno de los gases de combustión en una planta de energía en Polonia. Pero estos dispositivos siguen siendo demasiado grandes y poco fiables. En este país, continúan los estudios y demostraciones de tecnología, pero están progresando gradualmente.

Los físicos del Laboratorio Jefferson están trabajando en dos diseños que esperan que puedan cambiar eso.

Fay Hannon está soñando con una energía baja, acelerador portátil para limpieza ambiental, mientras que Gianluigi "Gigi" Ciovati está descubriendo cómo usar un enfriador criogénico comercial para estabilizar un acelerador más potente que está diseñando.

"Soy de una generación en la que la protección del medio ambiente realmente pesa en tu mente, "dijo Hannon." En este caso, el tratamiento de aguas residuales no es mi especialidad, pero proporcionar el recurso que puede hacer eso es ".

Originario de Inglaterra, Hannon se considera una ingeniera eléctrica convertida en física. Ha estado en Jefferson Lab durante 15 años trabajando en una variedad de proyectos.

"Siempre me ha interesado que las cosas funcionen bien y de forma ordenada y poder predecirlas, " ella dijo.

Ahora intenta diseñar un bonito Acelerador ordenado y predecible.

"Es la alimentación del enchufe de pared, lo que está sacando de la red para operar esto, y cuánta dosis obtiene de eso, ese es el verdadero paso adelante que estamos tratando de dar, "Dijo Hannon.

Charles Bott, director de tecnología e investigación del agua en el distrito de saneamiento de Hampton Roads, ha tomado nota. Un par de años atras, Bott estaba dando una presentación en el laboratorio y se enteró del trabajo de Hannon y Ciovati. Bott estaba familiarizado con varias demostraciones y estudios a lo largo de los años utilizando haces de electrones para limpiar las aguas residuales, pero los dispositivos siempre eran demasiado grandes y costosos.

Así que HRSD firmó para consultar sobre el proyecto de Hannon, y Bott dice que está entusiasmado con la asociación y "cautelosamente optimista" sobre el potencial.

"Creo que es importante tener en cuenta que en mi opinión, esto nunca va a ser competitivo con nuestras tecnologías existentes para el tratamiento de agua y aguas residuales, ", dijo Bott." Se trata de buscar algunos contaminantes muy específicos que son difíciles de manejar para nuestros procesos y tecnologías existentes ".

Un acelerador probablemente aumentaría, no reemplazaría, los tratamientos actuales, que encadenan "varios físicos, Procesos de tratamiento químico y biológico de la forma que sea necesaria para cumplir con un conjunto de objetivos de tratamiento al menor costo. " él dijo.

Los haces de electrones funcionan al descomponer las moléculas de agua en partículas cargadas más pequeñas que pueden descomponer de manera efectiva la mayoría de los contaminantes.

Un posible objetivo, Bott dijo:sería 1, 4-dioxano, un químico industrial que se encuentra en los desodorantes, champús productos cosméticos, tintes grasas anticongelante y líquidos utilizados para descongelar aviones. Otro sería PFAS, o sustancias perfluoroalquilo y polifluorado, que se encuentran en bienes de consumo comunes como utensilios de cocina, envases de alimentos y repelentes de manchas, así como espumas contra incendios.

El agua potable puede ser una fuente de PFAS, lo que hace que el tratamiento eficaz del agua sea un imperativo aún mayor:la EPA dice que los PFAS se encontraron en la sangre de casi todas las personas a las que se les hizo la prueba.

La irradiación con haz de electrones ya se utiliza en la industria y en el cuidado de la salud:para pasteurizar alimentos y cocinar alimentos para perros, por ejemplo, y para esterilizar dispositivos médicos y en diagnósticos. Hannon también se está asociando con ScanTech Sciences, una empresa de pasteurización de alimentos con sede en Georgia, para ver si su diseño podía esterilizar consumibles líquidos.

"Nuestro diseño es en realidad mucho más eficiente que lo que existe ahora, "Dijo Hannon.

Su acelerador mediría unos 2 metros de largo y cabría dentro de un contenedor de envío estándar, mucho más pequeño que el enorme acelerador CEBAF de Jefferson Lab. que acelera y dirige los electrones alrededor de una pista de carreras subterránea de casi una milla de largo, dentro de un túnel revestido con la infraestructura de helio líquido necesaria para mantenerlo sobreenfriado. El suyo funcionaría a temperatura ambiente a energías mucho más bajas, lo que también lo haría más seguro de usar.

Ella prevé que el acelerador se desplegará un día para tratar las aguas grises en instalaciones militares móviles, para limpiar fluidos de fracturación hidráulica y estanques de relaves en operaciones mineras de arenas petrolíferas, para quitar el mercurio, óxidos de nitrógeno y dióxidos de azufre de los gases de combustión, y limpiar las aguas residuales a bordo de los cruceros.

O podría ser utilizado aquí mismo por HRSD para limpiar las aguas residuales antes de inyectarlas bajo tierra para reponer el Acuífero Potomac.

Hannon buscará financiación el próximo año para construir un prototipo.

El dispositivo de Ciovati está más avanzado en desarrollo. El suyo es un poder superior, acelerador superconductor que requeriría enfriamiento, pero no por el costoso helio líquido. En lugar de, usaría un enfriador criogénico estándar, mucho más barato y ya se utiliza en dispositivos como las máquinas de resonancia magnética.

"Vimos la convergencia de las diferentes tecnologías como una oportunidad para aplicar nuestra tecnología a una necesidad social más directa, ", Dijo Ciovati." Acabamos de ver estas piezas del rompecabezas y decidimos que valía la pena intentar unirlas ".

Su acelerador sería relativamente compacto, de unos 6 metros de largo, 2 metros de ancho y 2 {metros de alto. Debido a que funcionaría con una potencia de haz más alta, podría tratar materiales más densos como lodos o desechos médicos, y un mayor flujo de contaminantes en plantas de tratamiento de aguas residuales o plantas de energía más grandes, él dijo.

Hay una ventaja:los electrones desencadenan una reacción química que convierte los óxidos de nitrógeno y los dióxidos de azufre en nitrato de amonio y sulfato de amonio. que se utilizan para hacer fertilizantes.

Originario de Italia, Ciovati ha estado en el laboratorio durante casi 20 años. Se está asociando en el diseño de su acelerador con General Atomics, una empresa de desarrollo de tecnología y defensa con sede en California.

Como centro de investigación dependiente del Departamento de Energía, que está financiando este trabajo, Jefferson Lab busca socios de la industria que puedan ayudar a probar e implementar nuevas tecnologías en la corriente principal.

"No queremos estar en el negocio de construir aceleradores nosotros mismos, ", dijo Hannon." Estamos tratando de proporcionar el diseño y los componentes básicos y las mejoras, y luego la industria se haría cargo de la fabricación y el uso de eso ".

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