Ambiente: da ENEA nuova applicazione per depurare l’acqua dai PFAS

L’azione chimico-fisica del fascio di elettroni permetterebbe di degradare questi inquinanti, altamente persistenti nell’ambiente, in sostanze più facili da rimuovere e di trattare, allo stesso tempo, grandi volumi di acqua in tempi molto brevi.

“In pratica, il fascio di elettroni spezza il legame carbonio-fluoro dei PFAS, che è uno tra i più forti nella chimica organica. Il risultato è la formazione di fluoruri, che sono comunque inquinanti ma decisamente più facili da trattare e da abbattere. Tecnologie analoghe sono già in uso, in varie parti del mondo, per il trattamento di acque reflue con svariati tipi di inquinanti[2] e permettono di abbattere sensibilmente i costi di gestione degli impianti. Nel caso dei PFAS, questa tecnica potrebbe essere l’unica realmente efficace per ottenere risultati soddisfacenti”, spiega Antonietta Rizzo, responsabile del Laboratorio ENEA “Metodi e Tecniche nucleari per la sicurezza, il monitoraggio e la tracciabilità”, che fa parte della rete dell’Alta Tecnologia dell’Emilia-Romagna

I PFAS sono molto diffusi: vengono utilizzati, ad esempio, negli indumenti impermeabili e anti-macchia, nelle schiume antincendio e nei tessuti ignifughi, nei rivestimenti antiaderenti di pentole e padelle, in imballaggi come le buste di popcorn da microonde e in numerosi incarti di cibi da fast-food, nei cosmetici, nei tessuti d’arredamento, nelle vernici, nelle cromature, nelle pellicole che rivestono i pannelli solari ma anche nei materiali edili come i rivestimenti per metalli e le piastrelle. Nella banca dati dell’OCSE sono elencati oltre 4.700 tipi di molecole PFAS e tutti hanno in comune una persistenza estremamente elevata.

“Queste sostanze chimiche sono altamente solubili in acqua e non si degradano nell’ambiente a causa della loro stabilità chimica, andando a contaminare acqua potabile, alimenti e i mangimi, dovunque vengano utilizzati. Anche se smettessimo subito di produrli, rimarrebbero in circolazione per generazioni, considerando che nessun’altra sostanza chimica artificiale permane nell’ambiente tanto a lungo quanto i PFAS, con un impatto importante sugli acquiferi superficiali e profondi”, aggiunge la ricercatrice dello stesso laboratorio ENEA, Chiara Telloli.

Finora non si sono rivelate efficaci le metodologie di depurazione tradizionali basate su resine a scambio ionico oppure su carboni attivi. Oltre ad essere costose, producono spesso scarti che sono essi stessi rifiuti speciali, da trattare in seguito in impianti idonei con ulteriore aggravio di costi e un inevitabile impatto ambientale. “Da qui la necessità di studiare tecnologie alternative da trasferire all’industria nazionale. Una ditta italiana specializzata in depurazione delle acque, la Tintess di Thiene (Vicenza), ha già mostrato interesse per questa innovazione e sta valutando eventuali sviluppi nella fattibilità tecnologica e nella sostenibilità del processo”, sottolinea il ricercatore dello stesso laboratorio ENEA, Alberto Ubaldini.

Nel dettaglio, il team ENEA intende trattare le acque contaminate da PFAS con plasma elettronici, una tecnologia che - utilizzando solo elettricità - converte l’acqua in una miscela di specie chimiche[3] altamente reattive, che svolgono una rapida azione di degradazione di molteplici inquinanti, tra cui gli stessi PFAS. Non solo, permettono di trattare un grande volume di liquidi in un tempo limitato o eventualmente perfino in continuo.

“I vantaggi non finiscono qui. Queste specie chimiche prodotte a partire dal fascio degli elettroni sono molto ‘aggressive’ ma di breve vita, dell’ordine di pochi millisecondi, e non introducono alcuna possibilità di contaminazione poiché, alla fine del processo, non possono sopravvivere nell’impianto. Questo significa che nessuna radiazione residua rimane nell’acqua irraggiata dopo il trattamento. L’unica vera limitazione pratica è la penetrazione limitata degli elettroni in acqua che è di pochi centimetri. Ma su questo aspetto è in corso uno studio per valutare l’efficienza di penetrazione e lo spessore di acqua trattabile[4]”, spiega Antonietta Rizzo.

La generazione di un fascio di elettroni con alta tensione (o electron beam) è molto vantaggiosa e converte la potenza in ingresso in potenza del fascio con efficienze fino al 95% (rispetto al 30% ottenuto nelle lampade UV). In questo modo si potrebbero abbattere fortemente i costi di esercizio degli impianti di depurazione e i residui chimici, presenti ancora dopo il processo, potrebbero essere facilmente eliminati mediante tecnologie ben consolidate, come la precipitazione o coagulazione che utilizzano reattivi chimici semplici aggiunti al termine del processo. “Il Laboratorio ha recentemente seguito una tesi di laurea in ingegneria energetica, in cui sono state fatte valutazioni teoriche di costi di investimento, pari a circa 14 milioni di euro, ed è stato rilevato che esiste un’importante economia di scala per questo tipo di impianti”, conclude Rizzo.

Antonietta Rizzo, ENEA - Laboratorio ENEA Metodi e Tecniche Nucleari per la Sicurezza, il Monitoraggio e la Tracciabilità,

Chiara Telloli, ENEA - Laboratorio ENEA Metodi e Tecniche Nucleari per la Sicurezza, il Monitoraggio e la Tracciabilità,

Alberto Ubaldini, ENEA - Laboratorio ENEA Metodi e Tecniche Nucleari per la Sicurezza, il Monitoraggio e la Tracciabilità,

[1] I PFOS e i PFOA sono considerati i contaminanti più rappresentativi tra i PFAS (o sostanze perfluoroalchiliche), poiché sono i prodotti di degradazione finale della maggior parte dei composti fluorurati e sono stati identificati come sostanze PBT (Persistenti Bioaccumulabili e Tossiche).

[2] Gli ossidi di zolfo e di azoto, le sostanze organiche volatili (VOC), gli idrocarburi policiclici (IPA) e le diossine.

[3] ioni attivi, radicali idrossilici liberi, atomi di idrogeno liberi ed elettroni solvati tra cui OH- , O--, H+, HO2, O2 - , H2, O2, H2O2

[4] Le simulazioni numeriche, con codici Montecarlo, sono condotte dal ricercatore Sergio Lo Meo del Laboratorio ENEA Metodi e Tecniche Nucleari per la Sicurezza, il Monitoraggio e la Tracciabilità.