Filtrering af radioaktive grundstoffer fra vand

Atomulykken i Fukushima forbliver indgraveret i mange menneskers minder. Det var en katastrofe, der fik enorme mængder af radioaktivt forurenet vand til at blive frigivet, som operatørerne af atomkraftværket efterfølgende skulle rydde op i. En af de metoder, de brugte, var omvendt osmose, men den var ikke særlig effektiv. Selvom det er muligt at rense op til 70 procent af det forurenede vand på denne måde, radioaktive grundstoffer ophobes i de resterende 30 pct. Nogle af disse grundstoffer er meget radioaktive og forbliver det i tusinder af år. Som tingene står, den japanske regering planlægger at dumpe dette vand – over en million liter i alt – i Stillehavet i 2022.

"Hvis de brugte vores filter, det behøvede de ikke, " siger Raffaele Mezzenga, Professor i fødevarer og bløde materialer ved ETH Zürich. Det var fire år siden, at han og hans seniorforsker Sreenath Bolisetty afslørede deres opfindelse af en filtermembran, der primært er lavet af denatureret valleprotein og aktivt kul.

I en daværende publikation, forskerne viste, hvor effektivt deres produkt fjerner tungmetaller, nogle radioaktive grundstoffer såsom uran, og ædle metaller såsom guld eller platin fra vand.

Filter også velegnet til radioaktive isotoper

Nu, Mezzenga og Bolisetty har brugt deres membran til at rense hospitalsspildevand forurenet med radioaktive elementer. I løbet af deres undersøgelse, de to forskere opdagede, at deres filter også er effektivt til at fjerne disse stoffer. Deres undersøgelse blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Miljøvidenskab:Vandforskning og -teknologi .

Laboratorieundersøgelser viser, at membranen er i stand til at fjerne radionuklider, der bruges inden for det medicinske område - technetium-99m, jod-123 og gallium-68 - fra vand med effektiviteter på over 99,8 % i kun ét filtreringstrin.

Forskerne testede også deres filtermembran med en prøve af ægte spildevand fra et schweizisk hospital, som indeholdt radioaktivt jod-131 og lutetium-177. Det fjernede begge elementer næsten fuldstændigt fra vandet.

Opbevaring af radioaktivt materiale kræver plads

Medicinske fagfolk bruger radionuklider til at behandle kræft, for eksempel, eller som kontrastmiddel i billeddiagnostiske procedurer. I de fleste tilfælde, disse materialer er kun lidt radioaktive og har en kort halveringstid på blot et par timer eller dage.

Alligevel, bortskaffelse i kloaksystemet er hverken tilladt for hospitalsspildevand, der indeholder disse stoffer, eller for menneskeligt affald fra patienter behandlet med dem. Sygehusene skal derfor opbevare spildevandet sikkert og sikkert i særlige beholdere, indtil radioaktiviteten er faldet til et uskadeligt niveau. Dette skaber problemer med pladsen. Men det er ikke det eneste problem. Det er også nødvendigt at sikre, at personale og miljø er beskyttet mod stråling.

Membran reducerer mængden af ​​affald massivt

"Takket være vores membran, det er muligt at reducere mængden af ​​affald enormt og at opbevare de udstrålende elementer som kompakte, tørre faste stoffer, " siger Mezzenga. Når membranen har nået sin fulde absorptionskapacitet, den kan udskiftes og opbevares på en måde, der ikke fylder meget, forklarer han. De filtrerede væsker kan derefter udledes sikkert i kloaksystemet.

Studiets medforfatter Bolisetty var med til at stifte BluAct Technologies GmbH for fire år siden. Nu er hans virksomhed ved at forberede et pilotprojekt med et stort schweizisk hospital, der er opsat på at teste filtreringen af ​​radioaktivt spildevand. Han er overbevist om, at projektet snart er oppe at køre. Der er i øjeblikket forhandlinger i gang for at etablere en sikker måde at implementere filtrene på.

Bolisetty fører også forhandlinger med et japansk firma involveret i Fukushima-oprydningsoperationen om at bruge filtermembranen til at behandle en prøve af det forurenede vand. Hans mål er at finde ud af, om det pålideligt fjerner de fleste af de radioaktive grundstoffer, og om det er egnet til at behandle store mængder.

Filtermembran effektiv i bred skala

Baseret på resultaterne af deres nuværende undersøgelse, ETH Professor Mezzenga mener, at produktet har det, der skal til. "Filtermembranen eliminerer radioaktive isotoper i bred skala, " siger han. I princippet alle radioaktive isotoper i det periodiske system, der ligger mellem de testede yderpunkter, dvs. technetium og uran, bindes til membranen. Disse omfatter radioaktivt cæsium, jod, sølv og kobolt, som alle er til stede i vandet lækket fra Fukushima. Store mængder tritium er også til stede; dette er det eneste element, der sandsynligvis ikke vil binde til membranen, fordi den er for lille.

"Hvis vores antagelse er korrekt, filtermembranen kunne massivt reducere mængden af ​​spildevand i Fukushima, hvilket betyder, at intet radioaktivt vand skulle dumpes i Stillehavet, " siger Bolisetty. Han forklarer, at filtrene, der er mættet med de højradioaktive grundstoffer, kan opbevares som faste stoffer, fx samme sted som brugte brændselsstave fra atomkraftværker.

Det er ikke specielt svært at fremstille filtermembranen. Det anvendte valleprotein er et affaldsprodukt fra mejeriindustrien, billig og tilgængelig overalt. Den aktive kulkomponent er også let tilgængelig. "Jeg er sikker på, at Japan kunne begynde at bruge filtermembranen lige nu, og derved, løse et alvorligt miljøproblem, " siger Bolisetty.