Acceleratore di elettroni compatto per il trattamento delle acque contaminate da PFAS
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I cosiddetti composti chimici per sempre o PFAS sono un problema ambientale crescente. Un approccio innovativo al trattamento dell'acqua e del suolo contaminati da PFAS viene ora dalla fisica degli acceleratori: gli elettroni ad alta energia possono scomporre le molecole di PFAS in componenti innocui attraverso un processo chiamato radiolisi. Un recente studio pubblicato su PLOS One dimostra che un acceleratore sviluppato all'HZB, basato su un fotoiniettore SRF, può fornire il fascio di elettroni necessario.
I composti PFAS possono essere rilevati in molti luoghi del nostro ambiente. Queste sostanze chimiche sintetiche si accumulano nell'acqua e nel suolo, da dove entrano nella catena alimentare. Grazie ai loro legami carbonio-fluoro estremamente stabili, sono difficilmente degradabili dai processi naturali. Alcuni PFAS sono considerati dannosi per la salute. Ad esempio, l'area intorno all'ex aeroporto di Tegel è fortemente contaminata da PFAS, penetrati nel suolo e nelle acque sotterranee in seguito a precedenti esercitazioni antincendio.
Elettroni ad alta energia contro i PFAS
La fisica degli acceleratori offre ora un nuovo approccio per affrontare questo problema: gli elettroni ad alta energia possono scomporre le molecole di PFAS in componenti innocui attraverso un processo chiamato radiolisi. In uno studio di fattibilità, un team guidato dal Prof. Dr. Thorsten Kamps ha dimostrato che un acceleratore sviluppato presso l'HZB e basato su un fotoiniettore SRF può fornire il fascio di elettroni necessario a questo scopo. Questo fascio di elettroni deve avere un'energia specifica e un'elevata potenza media. Un fotoiniettore SRF è un nuovo concetto di acceleratore che utilizza una cavità a radiofrequenza superconduttrice con campi elettromagnetici ad alta frequenza per accelerare gli elettroni. Poiché il campo di accelerazione può essere sempre attivo, è possibile generare un'elevata potenza media del fascio, come richiesto dal trattamento delle acque con fascio di elettroni.
Il concetto di fotoiniettore SHF è altamente flessibile e perfettamente adatto all'ulteriore sviluppo del trattamento delle acque PFAS basato su acceleratori. Questo ci permette di scoprire quali parametri del fascio ottimizzano la resa chimica per specifici composti PFAS", afferma Tasha Spohr, autore principale dello studio.
Un'alternativa competitiva per il trattamento dei PFAS
Nel caso di studio, il team ha confrontato il sistema di filtraggio attualmente utilizzato per la rimozione dei PFAS presso l'ex aeroporto TXL con il concetto di acceleratore proposto. In termini di costi operativi, potremmo essere competitivi con la tecnologia convenzionale entro i prossimi anni", afferma Kamps. Abbiamo dimostrato che la fisica degli acceleratori non è solo uno strumento per un'entusiasmante ricerca di base, ma può anche fornire nuove tecnologie per affrontare problemi sociali urgenti".
Un acceleratore compatto in una scatola
La visione di questa tecnologia è un acceleratore di elettroni compatto che si inserisce in un contenitore. Potrebbe essere utilizzato nei punti caldi della contaminazione, come l'ex aeroporto di Berlino Tegel, a costi potenzialmente inferiori e con un impegno minore rispetto alle tecnologie di bonifica convenzionali che utilizzano sistemi di filtraggio. Sebbene sia necessario un lavoro di sviluppo prima dell'implementazione pratica, lo studio dimostra che il fotoiniettore SRF è una piattaforma adatta per ottimizzare sistematicamente i benefici, l'efficienza e i costi di tali sistemi.
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