Sono passati 30 anni da quando un progetto pilota nella contea di Miami-Dade ha scoperto che l'esplosione di elettroni nelle acque reflue potrebbe ripulirla, rimuovere tutti i tipi di cose brutte, dai microrganismi alle sostanze chimiche aggressive.

Tutto ciò che serviva era che qualche intrepido scienziato o ingegnere trovasse un acceleratore che fosse conveniente, abbastanza compatto e facile da usare per pulire le acque reflue su scala industriale.

Il mondo lo sta ancora aspettando.

Molti paesi sono andati avanti nell'uso di acceleratori per il risanamento ambientale, rimuovendo coloranti tossici dalle acque reflue in una fabbrica tessile in Corea del Sud, ad esempio, o anidride solforosa e ossidi di azoto dai gas di combustione in una centrale elettrica in Polonia. Ma tali dispositivi sono ancora troppo grandi e inaffidabili. In questo paese, continuano gli studi e le dimostrazioni tecnologiche, ma stanno facendo progressi incrementali.

I fisici del Jefferson Laboratory stanno lavorando a due progetti che sperano possano cambiare le cose.

Fay Hannon sta sognando un basso consumo energetico, acceleratore portatile per la pulizia ambientale, mentre Gianluigi "Gigi" Ciovati sta cercando di capire come utilizzare un criorefrigeratore commerciale per stabilizzare un acceleratore più potente che sta progettando.

"Sono di una generazione in cui la protezione dell'ambiente pesa davvero sulla tua mente, " disse Hannon. "In questo caso, il trattamento delle acque reflue non è la mia specialità, ma fornire la risorsa che può farlo è."

Originario dell'Inghilterra, Hannon si considera un ingegnere elettrico diventato fisico. È stata al Jefferson Lab per 15 anni lavorando su una serie di progetti.

"Sono sempre stato interessato a che le cose funzionino bene e in modo ordinato ed essere in grado di prevederlo, " lei disse.

Ora sta cercando di disegnare un bel acceleratore pulito e prevedibile.

"È l'alimentazione della presa a muro, cosa stai tirando dalla rete per farlo funzionare, e quanta dose ne ottieni—questo è il vero passo avanti che stiamo cercando di fare, " ha detto Hannon.

Carlo Botto, direttore della tecnologia idrica e della ricerca presso l'Hampton Roads Sanitation District, ha preso atto. Un paio d'anni fa, Bott stava facendo una presentazione in laboratorio e ha appreso del lavoro di Hannon e Ciovati. Bott aveva familiarità con varie dimostrazioni e studi nel corso degli anni utilizzando fasci di elettroni per ripulire le acque reflue, ma i dispositivi erano sempre troppo grandi e costosi.

Quindi HRSD ha firmato per una consulenza sul progetto di Hannon, e Bott si dice entusiasta della partnership e "cautamente ottimista" riguardo al potenziale.

"Penso che sia importante notare che, secondo me, questo non sarà mai competitivo con le nostre tecnologie esistenti per il trattamento delle acque e delle acque reflue, " ha detto Bott. "Si tratta di andare dopo alcuni contaminanti molto specifici che sono difficili da affrontare per i nostri processi e tecnologie esistenti".

Un acceleratore molto probabilmente aumenterebbe, non sostituirebbe, i trattamenti attuali, che stringono insieme "vari fisici, processi di trattamento chimico e biologico in qualsiasi modo necessario per raggiungere una serie di obiettivi di trattamento al minor costo, " Egli ha detto.

I fasci di elettroni funzionano scomponendo le molecole d'acqua in particelle cariche più piccole che possono abbattere efficacemente la maggior parte dei contaminanti.

Un possibile obiettivo, Bott ha detto, sarebbe 1, 4-diossano, una sostanza chimica industriale presente nei deodoranti, shampoo, cosmetici, coloranti, grassi, antigelo e fluidi utilizzati per sbrinare gli aerei. Un altro sarebbe PFAS, o sostanze per- e polifluoroalchiliche, che si trova in beni di consumo comuni come pentole, imballaggi per alimenti e antimacchia, così come schiume antincendio.

L'acqua potabile può essere una fonte di PFAS, il che rende il trattamento dell'acqua efficace un imperativo ancora più grande:l'EPA afferma che i PFAS sono stati trovati nel sangue di quasi tutti coloro che sono stati testati per loro.

L'irradiazione a fascio di elettroni è già utilizzata nell'industria e nell'assistenza sanitaria - per pastorizzare cibo e cucinare cibo per cani, ad esempio, e per sterilizzare dispositivi medici e nella diagnostica. Hannon collabora anche con ScanTech Sciences, un'azienda di pastorizzazione alimentare con sede in Georgia, per vedere se il suo progetto poteva sterilizzare i materiali di consumo liquidi.

"Il nostro design è in realtà molto più efficiente di quello che è là fuori in questo momento, " ha detto Hannon.

Il suo acceleratore misurerebbe circa 2 metri di lunghezza e si adatterebbe all'interno di un container standard, molto più piccolo del massiccio acceleratore CEBAF di Jefferson Lab, che accelera e dirige gli elettroni intorno a una pista sotterranea lunga quasi un miglio, all'interno di un tunnel rivestito con l'infrastruttura di elio liquido necessaria per mantenerlo superraffreddato. Il suo funzionerebbe a temperatura ambiente a energie molto più basse, che lo renderebbe anche più sicuro da usare.

Immagina che l'acceleratore si dispieghi un giorno per trattare le acque grigie nelle installazioni militari mobili, per ripulire i fluidi di fratturazione idraulica e gli stagni di sterili nelle operazioni di estrazione di sabbie bituminose, spogliare il mercurio, ossidi di azoto e anidride solforosa dai gas di combustione, e per pulire le acque reflue a bordo delle navi da crociera.

Oppure potrebbe essere usato proprio qui da HRSD per ripulire le acque reflue prima che vengano iniettate nel sottosuolo per ricostituire la falda acquifera del Potomac.

L'anno prossimo Hannon cercherà di finanziare la costruzione di un prototipo.

Il dispositivo di Ciovati è più avanti nello sviluppo. Il suo è un più potente, acceleratore superconduttore che richiederebbe il raffreddamento, ma non dal costoso elio liquido. Anziché, userebbe un criorefrigeratore standard, molto più economico e già utilizzato in dispositivi come le macchine per la risonanza magnetica.

"Abbiamo visto la convergenza delle diverse tecnologie come un'opportunità per applicare la nostra tecnologia a un'esigenza sociale più diretta, "Ciovati ha detto. "Abbiamo appena visto questi pezzi del puzzle e abbiamo deciso che valeva la pena provare a metterli insieme".

Il suo acceleratore sarebbe relativamente compatto, lungo circa 6 metri, 2 metri di larghezza e 2 { metri di altezza. Poiché funzionerebbe a una potenza del raggio più elevata, potrebbe trattare materiali più densi come fanghi o rifiuti sanitari, e un maggiore flusso di sostanze inquinanti nei più grandi impianti di trattamento delle acque reflue o centrali elettriche, Egli ha detto.

C'è un vantaggio:gli elettroni innescano una reazione chimica che converte ossidi di azoto e anidride solforosa in nitrato di ammonio e solfato di ammonio, che sono usati per fare fertilizzante.

Originario dell'Italia, Ciovati è nel laboratorio da quasi 20 anni. Sta collaborando nel suo progetto di acceleratore con la General Atomics, una società di difesa e sviluppo tecnologico con sede in California.

In qualità di struttura di ricerca del Dipartimento dell'Energia, che finanzia questo lavoro, Jefferson Lab ricerca partner del settore che possono aiutare a testare e portare nuove tecnologie nel mainstream.

"Non vogliamo essere nel business della costruzione di acceleratori da soli, " ha detto Hannon. "Stiamo cercando di fornire il design e gli elementi costitutivi e i miglioramenti, e poi l'industria ne riprenderebbe la fabbricazione e l'uso”.

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