Het kernongeval in Fukushima staat bij veel mensen in het geheugen gegrift. Het was een catastrofe waarbij enorme hoeveelheden radioactief besmet water vrijkwamen, die de exploitanten van de kerncentrale vervolgens moesten opruimen. Een van de methoden die ze gebruikten was omgekeerde osmose, maar het was niet bijzonder effectief. Hoewel het op deze manier mogelijk is om tot 70 procent van het verontreinigde water te zuiveren, radioactieve elementen hopen zich op in de resterende 30 procent. Sommige van deze elementen zijn zeer radioactief en blijven dat duizenden jaren. Stand van zaken, de Japanse regering is van plan dit water - in totaal meer dan een miljoen liter - in 2022 in de Stille Oceaan te lozen.

"Als ze ons filter gebruikten, dat zouden ze niet nodig hebben, " zegt Raffaele Mezzenga, Hoogleraar Food &Soft Materials aan de ETH Zürich. Vier jaar geleden onthulden hij en zijn senior wetenschapper Sreenath Bolisetty hun uitvinding van een filtermembraan dat voornamelijk is gemaakt van gedenatureerd wei-eiwit en actieve kool.

In een publicatie destijds toonden de onderzoekers aan hoe efficiënt hun product zware metalen verwijdert, sommige radioactieve elementen zoals uranium, en edele metalen zoals goud of platina uit water.

Filter ook geschikt voor radioactieve isotopen

Nutsvoorzieningen, Mezzenga en Bolisetty hebben hun membraan gebruikt om ziekenhuisafvalwater te zuiveren dat besmet is met radioactieve elementen. In de loop van hun onderzoek, de twee onderzoekers ontdekten dat hun filter ook deze stoffen efficiënt verwijdert. Hun studie is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Milieuwetenschappen:wateronderzoek en -technologie .

Laboratoriumtests tonen aan dat het membraan in staat is om radionucliden te verwijderen die in de medische sector worden gebruikt - technetium-99m, jodium-123 en gallium-68 - uit water met een efficiëntie van meer dan 99,8% in slechts één filtratiestap.

De onderzoekers testten hun filtermembraan ook met een monster van echt afvalwater van een Zwitsers ziekenhuis, die radioactief jodium-131 ​​en lutetium-177 bevatte. Het verwijderde beide elementen bijna volledig uit het water.

Opslag van radioactief materiaal vereist ruimte

Medische professionals gebruiken radionucliden om kanker te behandelen, bijvoorbeeld, of als contrastmiddel bij beeldvormingsprocedures. In de meeste gevallen, deze materialen zijn slechts licht radioactief en hebben een korte halfwaardetijd van slechts enkele uren of dagen.

Hoe dan ook, lozing in de riolering is niet toegestaan ​​voor ziekenhuisafvalwater dat deze stoffen bevat of voor menselijk afval van patiënten die ermee worden behandeld. Ziekenhuizen moeten de effluenten daarom veilig opslaan in speciale containers totdat de radioactiviteit tot een ongevaarlijk niveau is gedaald. Dit zorgt voor problemen met de ruimte. Maar dat is niet het enige probleem. Het is ook noodzakelijk om ervoor te zorgen dat personeel en de omgeving worden beschermd tegen straling.

Membraan vermindert de hoeveelheid afval enorm

"Dankzij ons membraan, het is mogelijk om de hoeveelheid afval enorm te verminderen en de stralingselementen zo compact op te slaan, droge vaste stoffen, ", zegt Mezzenga. Zodra het membraan zijn volledige absorptiecapaciteit heeft bereikt, het kan worden vervangen en opgeslagen op een manier die niet veel ruimte in beslag neemt, hij legt uit. De gefilterde vloeistoffen kunnen vervolgens veilig geloosd worden op het riool.

De co-auteur van het onderzoek, Bolisetty, was vier jaar geleden mede-oprichter van BluAct Technologies GmbH. Nu bereidt zijn bedrijf een proefproject voor met een groot Zwitsers ziekenhuis dat graag de filtratie van radioactief afvalwater wil testen. Hij heeft er alle vertrouwen in dat het project snel van de grond komt. Er wordt momenteel onderhandeld om een ​​veilige manier te vinden om de filters te implementeren.

Bolisetty voert ook onderhandelingen met een Japans bedrijf dat betrokken is bij de schoonmaakoperatie in Fukushima over het gebruik van het filtermembraan om een ​​monster van het verontreinigde water te behandelen. Zijn doel is om erachter te komen of het de meeste radioactieve elementen op betrouwbare wijze verwijdert en of het geschikt is voor de behandeling van grote volumes.

Filtermembraan effectief op grote schaal

Op basis van de resultaten van hun huidige onderzoek, ETH-professor Mezzenga gelooft dat het product heeft wat nodig is. "Het filtermembraan elimineert op grote schaal radioactieve isotopen, "zegt hij. In principe, alle radioactieve isotopen in het periodiek systeem die tussen de geteste uitersten liggen, dat wil zeggen technetium en uranium, binden aan het membraan. Deze omvatten radioactief cesium, jodium, zilver en kobalt, die allemaal aanwezig zijn in het water dat uit Fukushima is gelekt. Er zijn ook grote hoeveelheden tritium aanwezig; dit is het enige element dat waarschijnlijk niet aan het membraan zal binden omdat het te klein is.

"Als onze veronderstelling juist is, het filtermembraan zou de hoeveelheid afvalwater in Fukushima enorm kunnen verminderen, wat betekent dat er geen radioactief water in de Stille Oceaan hoeft te worden gedumpt, " zegt Bolisetty. Hij legt uit dat de filters die verzadigd zijn met de hoogradioactieve elementen kunnen worden opgeslagen als vaste stoffen, bijvoorbeeld op dezelfde plaats als gebruikte splijtstofstaven van kerncentrales.

Het is niet bijzonder moeilijk om het filtermembraan te vervaardigen. Het gebruikte wei-eiwit is een afvalproduct van de zuivelindustrie, goedkoop en overal verkrijgbaar. De actieve koolcomponent is ook gemakkelijk verkrijgbaar. "Ik ben er zeker van dat Japan het filtermembraan nu zou kunnen gaan gebruiken en, daarbij, een ernstig milieuprobleem oplossen, ' zegt Bolisetty.