Filtrazione di elementi radioattivi dall'acqua
Qualche tempo fa, i ricercatori del Fare all'ETH hanno sviluppato una membrana filtrante fatta di proteine del siero di latte e carbone attivo. Ora, in un nuovo studio, hanno dimostrato che questa membrana filtra anche gli elementi radioattivi dall'acqua contaminata in modo molto efficiente.
La fusione di Fukushima è rimasta impressa nella nostra memoria collettiva. Durante questo disastro sono fuoriuscite grandi quantità di acqua contaminata radioattivamente, che gli operatori della centrale nucleare hanno dovuto purificare. Uno dei metodi utilizzati è stato l'osmosi inversa. Tuttavia, questo metodo non è molto efficace. Sebbene sia in grado di pulire fino al 70% dell'acqua contaminata da radioattività, il restante 30% accumula elementi radioattivi, alcuni dei quali sono stati fortemente irradiati per migliaia di anni. Il governo giapponese prevede di smaltire quest'acqua - Chi siamo, per un totale di un milione di litri - nel Pacifico nel 2022.
"Se avessero usato il nostro filtro, non sarebbe stato necessario", afferma Raffaele Mezzenga, professore di alimenti e materiali morbidi all'ETH di Zurigo. Quattro anni fa, insieme al suo assistente in capo Sreenath Bolisetty, ha presentato una membrana filtrante composta essenzialmente da proteine del siero di latte denaturate e carbone attivo.
In una pubblicazione dell'epoca, i ricercatori hanno dimostrato che questa membrana filtrante pulisce l'acqua dai metalli pesanti, da alcuni elementi radioattivi come l'uranio e da metalli preziosi come l'oro o il platino in modo molto efficiente. (cfr. Notizie dell'ETH 09.06.2017)
Anche gli isotopi radioattivi vengono filtrati
Mezzenga e Bolisetty hanno ora utilizzato la membrana per depurare le acque reflue ospedaliere contaminate da elementi radioattivi. Nella loro indagine, i due ricercatori hanno scoperto che il loro filtro è efficiente anche con queste sostanze. Lo studio è stato appena pubblicato sulla rivista "pagina esternaScienze ambientali: ricerca e tecnologia dell'acqua" pubblicato.
Nei test di laboratorio, la membrana è in grado di rimuovere dall'acqua i radionuclidi tecnezio-99m, iodio-123 e gallio-68 utilizzati in medicina con un'efficienza di oltre il 99,8% in una sola fase di filtrazione.
I ricercatori hanno anche testato la loro membrana filtrante con un campione reale di acque reflue provenienti da un ospedale svizzero. Questo campione conteneva iodio-131 e lutezio-177 radioattivi, entrambi quasi completamente rimossi dall'acqua.
Lo stoccaggio di materiale radioattivo ha bisogno di spazio
I medici utilizzano i radionuclidi per il trattamento del cancro o come agente di contrasto nelle procedure di imaging. Queste sostanze sono generalmente solo debolmente radioattive e hanno un'emivita breve, di poche ore o giorni.
Tuttavia, le acque reflue o gli escrementi dei pazienti trattati con queste sostanze non devono essere smaltiti nel sistema fognario. Finché la radioattività non è scesa a livelli innocui, gli ospedali devono stoccare le acque reflue in modo sicuro in contenitori speciali. Questo comporta problemi di spazio, ma non solo. Anche il personale e l'ambiente devono essere protetti dalle radiazioni.
La membrana riduce massicciamente il volume dei rifiuti
"La nostra membrana consente di ridurre in modo massiccio il volume dei rifiuti e di immagazzinare gli elementi radioattivi come solidi in forma compatta e asciutta", spiega Mezzenga. Non appena la capacità di assorbimento della membrana è esaurita, può essere sostituita e immagazzinata in modo da risparmiare spazio. I liquidi filtrati, invece, possono essere scaricati nel sistema fognario.
Il co-autore dello studio, Sreenath Bolisetty, sta ora pianificando un progetto pilota con un grande ospedale svizzero, tramite la sua società Bluact Technologies GmbH, per testare il filtraggio delle acque reflue radioattive. ? fiducioso di poter iniziare presto. Sono attualmente in corso trattative su come il sistema di filtraggio possa essere implementato in modo sicuro. Bluact è stata fondata quattro anni fa.
Bolisetty ha anche avviato trattative con un'azienda giapponese coinvolta nella bonifica di Fukushima. Il suo obiettivo è quello di trattare un campione di acque reflue contaminate con la membrana filtrante per scoprire se può rimuovere in modo affidabile la maggior parte degli elementi radioattivi e trattare anche grandi volumi.
La membrana filtrante ha un effetto a banda larga
Il professor Mezzenga dell'ETH ne è convinto sulla base dei risultati dello studio attuale: "La membrana filtrante elimina gli isotopi radioattivi su una base ampia". In principio, tutti gli isotopi radioattivi che si trovano tra gli estremi testati del tecnezio e dell'uranio nella tavola periodica si legano alla membrana. Questo include anche il cesio, lo iodio, l'argento e il cobalto radioattivi, che sono presenti nelle acque reflue di Fukushima. Solo il trizio, presente in grandi quantità, probabilmente non si lega alla membrana perché troppo piccolo.
"Se la nostra ipotesi sarà confermata, la membrana filtrante potrebbe essere utilizzata per ridurre massicciamente il volume delle acque reflue di Fukushima, in modo da non dover scaricare acqua radioattiva nel Pacifico", sottolinea Bolisetty. I filtri saturi di elementi altamente radioattivi potrebbero essere stoccati come solidi dove, ad esempio, vengono conservate le barre di combustibile esaurito delle centrali nucleari.
La produzione della membrana filtrante non è particolarmente difficile. La proteina del siero di latte utilizzata è un prodotto di scarto dell'industria lattiero-casearia, economico e disponibile ovunque. Anche il componente di carbone attivo è facilmente reperibile. "Sono già convinto che il Giappone potrebbe utilizzare immediatamente la membrana filtrante, risolvendo così un grave problema ambientale", afferma Bolisetty.
Letteratura di riferimento
Bolisetty S, Coray NM, Pailka A, Prenosil GA, Mezzenga R. Membrane ibride amiloidi per la rimozione di acque reflue radioattive cliniche e nucleari. Environ. Sci: Water Res. Technol., 2020, Advance Article, DOI: pagina esterna10.1039/D0EW00693A