Sei anni dopo il suo inizio, la selce, Michigan, la crisi idrica rimane tra le emergenze di più alto profilo negli Stati Uniti.

Vasta corrosione del ferro e del piombo del sistema di distribuzione dell'acqua a Flint, accoppiato con rilascio di piombo, ha creato lamentele "acqua rossa", rapida perdita di disinfettante a base di cloro e un focolaio di malattia del legionario che ha ucciso 12 persone. Finora le agenzie statali e federali hanno erogato aiuti per 450 milioni di dollari. In agosto, lo stato del Michigan ha raggiunto un accordo mediato in una causa civile e dovrebbe pagare circa $ 600 milioni alle vittime, molti dei quali sono bambini.

"La storia di Flint è un ammonimento sulla scarsa anticipazione dei rischi, azioni che erano troppo poco troppo tardi, reazionario e non guidato da dati scientifici, "John R. Scully, Professore presieduto di scienza e ingegneria dei materiali dell'Università della Virginia Charles Henderson, disse. Scully è anche caporedattore tecnico del CORROSION Journal.

In un articolo pubblicato l'8 settembre nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Scully e Raymond J. Santucci, che ha conseguito il dottorato di ricerca dal Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'UVA nel 2019, affrontare questioni scientifiche irrisolte che possono aiutare a prevenire futuri disastri da avvelenamento da piombo. L'avvelenamento da piombo causato dalla degradazione dei tubi di piombo è una minaccia pervasiva, e sono probabili incidenti futuri.

"Ciò richiede una nuova prospettiva, per evitare di guardare solo nello specchietto retrovisore e concentrarsi invece su ciò che si trova dietro la curva davanti a sé, " Disse Scully.

Le strategie comunemente proposte offrono un falso comfort basato su test dell'acqua sparsa, regole empiriche, e strategie di mitigazione tradizionali piuttosto che da solidi principi scientifici rigorosamente contestati, secondo gli autori dell'articolo.

"Dobbiamo comprendere meglio i fattori scientifici che regolano il rilascio di piombo, e questo inizia con una migliore strategia di test e la comprensione di alcune verità fondamentali, " Disse Scully.

Scully e Santucci sostengono che le persone che gestiscono e regolano i sistemi idrici pubblici dovrebbero utilizzare dati scientifici per prevedere i rischi del rilascio di piombo. Le valutazioni del rischio basate su dati scientifici dovrebbero sostituire l'attuale affidamento al campionamento dell'acqua, che è impreciso e spesso troppo tardi per prevenire un disastro.

Un quadro predittivo per la corrosione del piombo consentirebbe alle autorità di regolamentazione e ai gestori delle infrastrutture di anticipare i problemi e gestire il rischio di condizioni dell'acqua associate a un rilascio inaccettabile di piombo.

Santucci e Scully raccomandano calcoli e modelli termodinamici e cinetici migliori in grado di prevedere il rilascio e l'accumulo di piombo. I modelli proposti potrebbero generare valutazioni del rischio basate su dati dinamici come la chimica dell'acqua, velocità di reazione, formazione di incrostazioni e meccanismi di inibizione della corrosione, così come il ristagno e il flusso dell'acqua.

Gli scienziati cittadini possono aiutare a vincere la sfida della raccolta dei dati. "Test rapidi e accurati, magari tramite kit di test per cellulari, potrebbe fornire più dati in tempo reale. a mano, la tecnologia mobile che consente ai cittadini di monitorare la propria acqua potabile dovrebbe già essere avanzata, " Disse Scully.

Santucci e Scully illustrano come la termodinamica chimica può prevedere la formazione di composti a base di piombo termodinamicamente stabili sulle superfici dei tubi di piombo. Alcuni composti formano film vantaggiosi che potrebbero agire come barriere cinetiche per ostacolare la corrosione e funzionare per sequestrare piombo altrimenti solubile.

"Lo sviluppo stabile del film dipende da un certo equilibrio chimico, con conseguenze per il trattamento con fosfati, " ha detto Santucci. "Aggiungi più fosfato e puoi rimuovere più piombo solubile per formare un film protettivo di fosfato di piombo. Rimuovere completamente il fosfato, e poi ti affidi sperando che altri composti di piombo (piombo-carbonato, -solfato, -ossido, ecc.) possono rimuovere i livelli di piombo necessari, ", cosa che di solito non avviene.

In acqua trattata con fosfati, si formerà un film di piombo-fosfato. "Dai nostri dati, è termodinamicamente impossibile rimanere all'interno dell'intervallo accettabile della regola del piombo e del rame dell'EPA senza un inibitore come il fosfato. Ma ci vuole tempo perché la scala si formi. Dobbiamo esplorare nuovi prodotti chimici inibitori e agenti che alterano la superficie che ottimizzino la copertura protettiva delle incrostazioni su una parete del tubo, " ha detto Santucci.

Gli autori suggeriscono anche idee completamente nuove da anticipare, monitorare e prevenire future crisi idriche. L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico potrebbero aiutare a identificare le relazioni tra le condizioni dell'acqua e dei tubi e i livelli di piombo nell'acqua potabile. Santucci e Scully propongono anche una strategia promettente di utilizzare l'analisi degli isotopi per rintracciare le fonti di piombo. "Questa strategia migliorerebbe la nostra comprensione di come il piombo viene rilasciato dai tubi di piombo e da altre fonti non così ovvie, che è molto carente, " afferma il loro documento.

I funzionari pubblici possono sostenere che l'investimento nella ricerca scientifica e nella modellazione non è necessario perché i tubi a base di piombo vengono sostituiti, anche se a spese dei proprietari. Scully e Santucci non sono d'accordo con questa prospettiva. "La sostituzione totale delle linee di servizio principali è un obiettivo meraviglioso, ma trovare tutte le fonti di piombo può essere difficile, " Disse Scully.

Sostituire il piombo negli impianti idrici pubblici non significa semplicemente sostituire i tubi di piombo. Additional sources include lead-based solder used to join pipes together and commercial brass that commonly contains small amounts of lead, and lead ions that soak into the corrosion film of steel pipes over time. Partial replacement of lead pipes with other pipes such as steel or copper can actually increase lead release due to galvanic corrosion, a process where contact between two dissimilar metals causes protection of one and accelerated degradation of the other.

Santucci and Scully argue for holistic, kinetic models that incorporate the rate of lead release from all possible sources, under many real-world operating conditions.

"The root cause of the Flint water crisis can be found at the intersection of materials science, surface science, water chemistry and electrochemistry, " Scully said. "A better-informed society can prevent such disasters from happening in the future through improved risk assessment, anticipation and management of factors affecting lead release. We all have a part to play in averting future lead poisoning disasters."