Kärnkraftsolyckan i Fukushima finns kvar i många människors minnen. Det var en katastrof som gjorde att enorma mängder radioaktivt förorenat vatten släpptes ut, som operatörerna av kärnkraftverket sedan fick sanera. En av metoderna de använde var omvänd osmos men den var inte särskilt effektiv. Även om det är möjligt att rena upp till 70 procent av det förorenade vattnet på detta sätt, radioaktiva grundämnen ansamlas i de återstående 30 procenten. Vissa av dessa grundämnen är mycket radioaktiva och förblir så i tusentals år. Som det ser ut, den japanska regeringen planerar att dumpa detta vatten – över en miljon liter totalt – i Stilla havet till 2022.

"Om de använde vårt filter, de skulle inte behöva, " säger Raffaele Mezzenga, Professor i mat och mjuka material vid ETH Zürich. Det var för fyra år sedan som han och hans seniorforskare Sreenath Bolisetty avslöjade sin uppfinning av ett filtermembran gjorda främst av denaturerat vassleprotein och aktivt kol.

I en dåvarande publikation, forskarna visade hur effektivt deras produkt tar bort tungmetaller, vissa radioaktiva grundämnen som uran, och ädla metaller som guld eller platina från vatten.

Filter även lämpligt för radioaktiva isotoper

Nu, Mezzenga och Bolisetty har använt sitt membran för att rena sjukhusavlopp som är förorenade med radioaktiva ämnen. Under loppet av deras utredning, de två forskarna upptäckte att deras filter också är effektivt för att ta bort dessa ämnen. Deras studie publicerades nyligen i tidskriften Miljövetenskap:Vattenforskning &-teknik .

Laboratorietester visar att membranet kan ta bort radionuklider som används inom det medicinska området - teknetium-99m, jod-123 och gallium-68 - från vatten med en effektivitet på över 99,8 % i bara ett filtreringssteg.

Forskarna testade också sitt filtermembran med ett prov av verkliga avloppsvatten från ett schweiziskt sjukhus, som innehöll radioaktivt jod-131 och lutetium-177. Det tog bort båda elementen nästan helt från vattnet.

Lagring av radioaktivt material kräver utrymme

Läkare använder radionuklider för att behandla cancer, till exempel, eller som kontrastmedel vid bildbehandlingsförfaranden. I de flesta fallen, dessa material är endast ringa radioaktiva och har en kort halveringstid på bara några timmar eller dagar.

Ändå, Deponering i avloppssystemet är inte tillåten vare sig för sjukhusavlopp som innehåller dessa ämnen eller för mänskligt avfall från patienter som behandlats med dem. Sjukhus måste därför förvara avloppsvattnet tryggt och säkert i speciella behållare tills radioaktiviteten har sjunkit till en ofarlig nivå. Detta skapar problem med utrymmet. Men det är inte det enda problemet. Det är också nödvändigt att säkerställa att personal och miljö skyddas mot strålning.

Membran minskar avfallsvolymerna avsevärt

"Tack vare vårt membran, det är möjligt att enormt minska mängden avfall och att lagra de strålande elementen som kompakta, torra fasta ämnen, " säger Mezzenga. När membranet har nått sin fulla absorptionskapacitet, den kan bytas ut och förvaras på ett sätt som inte tar mycket plats, han förklarar. De filtrerade vätskorna kan sedan släppas ut på ett säkert sätt i avloppssystemet.

Studiens medförfattare Bolisetty var med och grundade BluAct Technologies GmbH för fyra år sedan. Nu förbereder hans företag ett pilotprojekt med ett stort schweiziskt sjukhus som vill testa filtreringen av radioaktiva avloppsvatten. Han är övertygad om att projektet snart är igång. Förhandlingar pågår för närvarande för att etablera ett säkert sätt att implementera filtren.

Bolisetty för också förhandlingar med ett japanskt företag som är involverat i saneringsoperationen i Fukushima om att använda filtermembranet för att behandla ett prov av det förorenade vattnet. Hans syfte är att ta reda på om det på ett tillförlitligt sätt tar bort de flesta radioaktiva grundämnen och om det är lämpligt för behandling av stora volymer.

Filtermembran effektivt i bred skala

Baserat på resultaten av deras nuvarande studie, ETH Professor Mezzenga tror att produkten har vad som krävs. "Filtermembranet eliminerar radioaktiva isotoper i stor skala, " säger han. I princip alla radioaktiva isotoper i det periodiska systemet som ligger mellan de testade ytterligheterna, dvs teknetium och uran, binder till membranet. Dessa inkluderar radioaktivt cesium, jod, silver och kobolt, som alla finns i vattnet som läckt ut från Fukushima. Stora mängder tritium är också närvarande; detta är det enda elementet som sannolikt inte kommer att binda till membranet eftersom det är för litet.

"Om vårt antagande är korrekt, filtermembranet kan kraftigt minska mängden avloppsvatten i Fukushima, vilket innebär att inget radioaktivt vatten skulle behöva dumpas i Stilla havet, " säger Bolisetty. Han förklarar att filtren mättade med de mycket radioaktiva elementen kan lagras som fasta ämnen, till exempel på samma plats som använda bränslestavar från kärnkraftverk.

Det är inte speciellt svårt att tillverka filtermembranet. Vassleproteinet som används är en restprodukt från mejeriindustrin, billigt och tillgängligt överallt. Den aktiva kolkomponenten är också lättillgänglig. "Jag är säker på att Japan kunde börja använda filtermembranet just nu och, genom att göra så, lösa ett allvarligt miljöproblem, " säger Bolisetty.