Unterstützung der Umweltresilienz

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Haruko Wainwright, Professorin für Karriereentwicklung bei Norman C. Rasmussen für Nuklearwissenschaft und -technik (NSE) und Assistenzprofessorin für Bau- und Umweltingenieurwesen am MIT, wuchs im ländlichen Japan auf, wo sich viele Nuklearanlagen befinden. Sie erinnert sich, dass sie sich als Kind Sorgen um die Einrichtungen gemacht hatte. Wainwright war zum Zeitpunkt des Unfalls von Tschernobyl im Jahr 1986 erst sechs Jahre alt, erinnert sich aber noch lebhaft daran.

Diese frühen Erinnerungen haben zu Wainwrights Entschlossenheit beigetragen, zu erforschen, wie Technologien die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umwelt beeinflussen können – die Fähigkeit, die Folgen von Unfällen zu mildern und sich von einer Kontamination zu erholen.

Wainwright glaubt, dass Umweltüberwachung dazu beitragen kann, die Widerstandsfähigkeit zu verbessern. Sie ist Co-Leiterin des Projekts „Advanced Long-term Environmental Monitoring Systems“ (ALTEMIS) des US-Energieministeriums (DOE), das Technologien wie In-situ-Sensoren, Geophysik, Fernerkundung, Simulationen und künstliche Intelligenz integriert, um neue Paradigmen dafür zu etablieren Überwachung. Das Projekt konzentriert sich auf die Boden- und Grundwasserverschmutzung an mehr als 100 US-Standorten, die für die Atomwaffenproduktion genutzt wurden.

Im Rahmen dieser Forschung, die letztes Jahr im Environmental Science & Technology Journal vorgestellt wurde, arbeitet Wainwright an einem Framework für maschinelles Lernen zur Verbesserung von Umweltüberwachungsstrategien. Sie hofft, dass das ALTEMIS-Projekt die schnelle Erkennung von Anomalien ermöglichen und gleichzeitig die Stabilität von Restkontaminations- und Abfallentsorgungsanlagen gewährleisten wird.

Kindheit im ländlichen Japan

Schon als Kind interessierte sich Wainwright für Physik, Geschichte und eine Vielzahl anderer Fächer.

Aber das Aufwachsen in einer ländlichen Gegend war für jemanden, der sich für MINT interessierte, nicht ideal. In der Gemeinde gab es keine Ingenieure oder Wissenschaftler und auch keine Wissenschaftsmuseen. „Es war nicht so cool, sich für Wissenschaft zu interessieren, und ich habe mit niemandem über mein Interesse gesprochen“, erinnert sich Wainwright.

Fernsehen und Bücher waren die einzige Tür zur Welt der Wissenschaft. „Ich habe erst in der Mittelschule Englisch gelernt und war bis zum College noch nie im Flugzeug. Manchmal kommt es mir wie ein Wunder vor, dass ich jetzt in den USA arbeite und am MIT unterrichte“, sagt sie.

Als sie etwas älter wurde, hörte Wainwright viele Diskussionen über Atomanlagen in der Region und viele Geschichten über Hiroshima und Nagasaki.

Gleichzeitig inspirierten Giganten wie Marie Curie sie dazu, sich der Wissenschaft zu widmen. Besonders faszinierend war die Kernphysik. „Irgendwann während der High School begann ich mich zu fragen: ‚Was sind Strahlung, was ist Radioaktivität, was ist Licht‘“, erinnert sie sich. Die Lektüre der Bücher von Richard Feynman und der Versuch, die Quantenmechanik zu verstehen, weckten in ihr den Wunsch, an der Universität Physik zu studieren.

Ich forsche in den Vereinigten Staaten

Wainwright absolvierte einen Bachelor-Abschluss in technischer Physik an der Universität Kyoto. Nach zwei Forschungspraktika in den USA war Wainwright beeindruckt von der dynamischen und schnelllebigen Forschungsumgebung im Land.

Und im Vergleich zu Japan gab es „mehr Frauen in Naturwissenschaften und Technik“, sagt Wainwright. Sie schrieb sich 2005 an der University of California in Berkeley ein, wo sie ihren Doktortitel in Nukleartechnik mit den Nebenfächern Statistik sowie Bau- und Umweltingenieurwesen abschloss.

Bevor er 2022 zum MIT NSE wechselte, war Wainwright wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Erde und Umwelt am Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL). Sie arbeitete an einer Vielzahl von Themen, darunter radioaktive Kontamination, Klimawissenschaft, CO2-Sequestrierung, Präzisionslandwirtschaft und Wassereinzugsgebietswissenschaft. Ihre Zeit am LBNL half Wainwright beim Aufbau einer soliden Grundlage für eine Vielzahl von Umweltsensoren sowie Überwachungs- und Simulationsmethoden in verschiedenen geowissenschaftlichen Disziplinen.

Stärkung der Gemeinschaften durch Überwachung

Eine der überzeugendsten Erkenntnisse aus Wainwrights frühen Forschungen: Menschen vertrauen tatsächlichen Messungen und Daten als Fakten, auch wenn sie Modellen und Vorhersagen skeptisch gegenüberstehen. „Ich habe mit vielen Menschen gesprochen, die in der Präfektur Fukushima leben. Viele von ihnen verfügen über Dosimeter und messen die Strahlungswerte selbst. Sie vertrauen der Regierung vielleicht nicht, aber sie vertrauen ihren eigenen Daten und sind dann davon überzeugt, dass es sicher ist, dort zu leben und lokale Lebensmittel zu essen“, sagt Wainwright.

Sie war beeindruckt, dass die Bürger der Region durch diese Bemühungen umfangreiche Erkenntnisse über Strahlung und Radioaktivität gewonnen haben. „Aber sie sind oft frustriert darüber, dass Menschen, die weit weg leben, in Städten wie Tokio, landwirtschaftliche Produkte aus Fukushima immer noch meiden“, sagt Wainwright.

Wainwright glaubt, dass Daten aus der Umweltüberwachung – durch geeignete Visualisierung und Kommunikation – Missverständnisse und Fake News beseitigen können, die Menschen in der Nähe kontaminierter Standorte oft schaden.

Wainwright interessiert sich nun dafür, wie diese Technologien – getestet mit realen Daten an kontaminierten Standorten – proaktiv für bestehende und zukünftige Nuklearanlagen eingesetzt werden können, „bevor es zu einer Kontamination kommt“, wie sie für Nuclear News untersuchte. „Ich glaube nicht, dass es eine gute Idee ist, die Bedenken von jemandem einfach als irrational abzutun. Die Angabe glaubwürdiger Daten ist viel effektiver, um Sicherheit zu bieten. Oder ein geeignetes Überwachungsnetzwerk würde es uns ermöglichen, die Kontamination zu minimieren oder Notfallmaßnahmen bei Unfällen zu unterstützen“, sagt sie.

Bildung von Gemeinschaften und Studenten

Ein Teil der Stärkung von Gemeinschaften besteht darin, ihre Fähigkeit zu verbessern, wissenschaftlich fundierte Informationen zu verarbeiten. „Potenziell gefährliche Anlagen landen immer in ländlichen Regionen; Die Anliegen von Minderheiten werden oft ignoriert. Das Problem besteht darin, dass diese Regionen nicht so viele Wissenschaftler oder politische Entscheidungsträger hervorbringen; Sie haben keine Stimme“, sagt Wainwright. „Ich bin entschlossen, meine Zeit der Verbesserung der MINT-Ausbildung in ländlichen Regionen zu widmen und die Stimme in diesen Regionen zu stärken.“

In einem vom DOE finanzierten Projekt arbeitet sie mit dem Forscherteam der University of Alaska – dem Alaska Center for Energy and Power and Teaching Through Technology-Programm – zusammen, um die MINT-Ausbildung für ländliche und indigene Gemeinschaften zu verbessern. „Alaska ist ein wichtiger Ort für Energiewende und Umweltgerechtigkeit“, sagt Wainwright. Mikrokernreaktoren können möglicherweise das Leben ländlicher Gemeinden verbessern, die die Hauptlast der hohen Brennstoff- und Transportkosten tragen. Es besteht jedoch ein Misstrauen gegenüber Nukleartechnologien, das auf frühere Atomwaffentests zurückzuführen ist. Gleichzeitig verfügt Alaska über umfangreiche Metallabbauressourcen für erneuerbare Energien und Batterien. Und es gibt Bedenken hinsichtlich der Umweltverschmutzung durch Bergbau und verschiedene Quellen. Die Vision der Teams sei viel umfassender, betont sie. „Der Schwerpunkt liegt auf umfassenderen Umweltüberwachungstechnologien und relevanter MINT-Ausbildung, die sich mit allgemeinen Wasser- und Luftqualitäten befassen“, sagt Wainwright.

Die Themen fließen auch in die Kurse ein, die Wainwright am MIT unterrichtet. „Ich denke, dass es für Ingenieurstudenten wichtig ist, sich der Umweltgerechtigkeit im Zusammenhang mit Energieverschwendung und Bergbau sowie vergangenen Kontaminationsereignissen und deren Wiederherstellung bewusst zu sein“, sagt sie. „Es ist nicht in Ordnung, Abfälle einfach in ländliche Regionen zu schicken oder dort Minen zu errichten, die für manche Menschen ein besonderer Ort sein könnten. Wir müssen sicherstellen, dass diese Entwicklungen der Umwelt und der Gesundheit der lokalen Gemeinschaften keinen Schaden zufügen.“ Wainwright hofft auch, dass dieses Wissen die Studierenden letztendlich dazu anregen wird, kreativ über technische Konstruktionen nachzudenken, die Abfall minimieren oder Material recyceln.

Die letzte Frage des Abschlussquiz eines ihrer letzten Kurse lautete: Gehen Sie davon aus, dass Sie hochradioaktiven Abfall in Ihrem „Hinterhof“ lagern. Welche technischen Strategien würden Ihnen und Ihrer Familie ein sicheres Gefühl geben? „Alle Studenten haben ernsthaft über diese Frage nachgedacht und viele haben hervorragende Punkte vorgeschlagen, darunter auch solche, die sich mit der Umweltüberwachung befassen“, sagt Wainwright, „das hat mich für die Zukunft hoffnungsvoll gemacht.“

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