Contesto storico: Da Chernobyl a Fukushima

L'applicazione della bioremediazione alla contaminazione radioattiva non ha avuto inizio con il disastro di Fukuichi. Dopo l'incidente di Chernobyl nel 1986, i ricercatori sovietici e in seguito europei hanno passato decenni a testare metodi biologici per mitigare il cesio-137 in terreni fortemente contaminati.

La scala del problema della contaminazione

L'esposizione del suolo è stata significativamente ridotta, ma l'esposizione del suolo è stata molto più diffusa in un'area di superficie.

La ristrutturazione convenzionale ha avuto come obiettivo la rimozione di un terreno contaminato, il trasferimento in contenitori di rinfuse intermedie flessibili e la stoccaggio in strutture di stoccaggio intermedie presso lo stabilimento.

Bioremediazione: una risposta biologica

La bioremediazione sfrutta le capacità metaboliche dei microrganismi, dei funghi, delle piante o dei loro enzimi per degradare, trasformare o immobilizzare gli inquinanti ambientali. Quando viene applicato alla contaminazione radioattiva, il termine spesso si sposta dal degrado, poiché i nuclei atomici non possono essere distrutti biologicamente, a biosequestrazione] e

In Fukushima i suoi terreni, due meccanismi principali sono stati presi di mira. Il primo è ] il biosorption, dove i suoi ioni pesanti e radionuclidi aderiscono alla superficie delle pareti cellulari microbiche o fungine attraverso lo scambio ionico, la carbossile e i gruppi di cesfato, o l'assorbimento passivo.

Oltre ai batteri, i funghi micorrizi e i funghi saprotrofici possono ridistribuire il cesio nella matrice del suolo. Alcuni funghi estraggono acidi organici a basso peso molecolare che parzialmente desorbiscono il cesio dall'argilla, mentre altri incapsulano l'ione in strutture cellulari melanizzate resistenti alla decomposizione.

Strategie di biorimediazione chiave per il suolo di Fukushima

Il portafoglio tecnologico di Fukushima si basa su decenni di ricerca a seguito dell’incidente di Chernobyl, adattato al clima monsonico temperato della regione e ai suoli vulcanicamente derivati. Non domina un metodo unico; invece, i praticanti selezionano da un menu di approcci in situ ed ex situ a seconda dell’uso del terreno, della densità di contaminazione e dei vincoli di tempo.

In Situ Biostimulation

In situ biostimulation coinvolge iniettare soluzioni nutrienti, accettazione elettroni, o fattori di crescita direttamente nel terreno contaminato per risvegliare la comunità microbica nativa.Per il cesio, la strategia spesso combina una fonte di carbonio come le melassa con i livelli di potassio-limitanti, perché il cesio compete con il potassio per i canali di trasporto, riducendo la concentrazione di potassio disponibile innesca i microrganismi di qualità per aumentare la loro

Filomediazione con iperaccumulatori

[LTT] utilizza piante che accumulano i radionuclidi dal suolo, dopo di che la biomassa contaminata può essere raccolta, ridotta in volume attraverso l'incenerimento, e smaltita di 5 % le speranze iniziali che i girasoli potrebbero pulire notevolmente i candidati Fukushima sono stati smorzati quando i test sul campo hanno mostrato che i coltivatori comuni accumulano solo quantità modeste di cesio

Bioaugmentazione con Microbi

I test di biosicurezza e di assorbimento dei residui di carbonio sono stati effettuati con i seguenti metodi:

La mia mediazione

[LT:0] I ricercatori distrettuali hanno usato i funghi di base per la loro attività di raccolta, con i funghi disinfettati di più, con i loro metodi di coltivazione, con i loro metodi di produzione, con i loro metodi di produzione, con i loro metodi di produzione, con i loro metodi di produzione.

Bioreattori per liquami ex situ

I sistemi di controllo dell’acqua sono stati utilizzati per la produzione di energia elettrica e per la produzione di energia elettrica.

Vantaggi e Suitability per Fukushima

Le tecnologie di biorimediazione si allineano bene con diverse realtà pratiche e politiche del recupero di Fukushima, evitando l'impronta di carbonio pesante associata allo scavo, al trasporto e all'incinerazione di milioni di tonnellate di suolo. Molte tecniche possono essere applicate da parte degli imprenditori locali utilizzando attrezzature agricole già disponibili nella regione, creando occupazione in città depopolate.

Il governo giapponese ha già speso oltre 3 miliardi di yen sulla decontaminazione; metodi biologici che costano il 10-30% in meno per ettaro rispetto alla rimozione del topsoil potrebbero produrre notevoli risparmi di bilancio se utilizzati su scala orizzontale. Inoltre, il graduale ritmo della biorimediazione consente una gestione adattativa: il suolo e la vegetazione possono essere monitorati annualmente, e i trattamenti regolati in base a dati permanenti in tempo reale da indagini sulle radiazioni.

La bioremediazione genera un flusso di rifiuti, biomassa vegetale contaminata o organismi di frutta fungina, che possono essere ulteriormente ridotti. L'incenerimento concentra il radiocesio in un piccolo volume di cenere, che può essere stabilizzato chimicamente mescolando con cemento o vetro. Il fattore di riduzione di massa dal suolo grezzo al prodotto vitrificato finale può superare i 1000:1, riducendo drasticamente l'impronta di strutture di stoccaggio permanenti.

Sfide e Frontiere di Ricerca

Nonostante i risultati promettenti di laboratorio e pilota, la biorimediazione di scala al terreno montagnoso, gli inverni freddi e i modelli di contaminazione eterogenea di Fukushima non è semplice.

1. La radiotossicità dei microrganismi [FLT: 1] I disturbi nei pressi della pianta contengono non solo 137]Cs ma anche strontium-90, tracce di plutonio e campi gamma esterni che possono indurre interruzioni del DNA a doppio strato nelle specie sensibili.

2. Forte sistema di cesio sulle argille. Il biotite vermiculito e climatizzato prevalente nei terreni di Fukushima hanno una straordinaria affinità per il cesio, efficacemente tirandolo fuori dalla soluzione del terreno e bloccandolo in interstrati collassati. La maggior parte dei microrganismi può accedere solo agli ioni disciolti nella soluzione del terreno, in modo una grande frazione di FF

[LTT:0]3. Le variazioni di temperatura stagionali ] La prefettura di Fukushima sperimenta le temperature di neve e sub-zerosul da dicembre a marzo, durante le quali l'attività biologica cessa quasi.

4. L’accettazione sociale e gli ostacoli normativi. Gli agricoltori e i residenti sono comprensibilmente cauti nell’introduzione di microbi non nativi o di organismi geneticamente modificati in campi che possono un giorno crescere di nuovo cibo. Anche l’applicazione di cambiamenti organici benigni come il letame o il compost possono affrontare la resistenza se il pubblico percepisce un rischio di mobilitazione contaminante.

Integrazione con la Rimediazione Fisica e Chimica

La maggior parte degli esperti concorda che la biorimediazione non sarà una soluzione standalone ma funzionerà come parte di un cesto di tecniche. Nei campi di paddy destinati al ritorno precoce alla coltivazione, un protocollo comune inizia con raschiamento meccanico dei primi 3-4 cm di terreno, seguito da profondi aratri al di sotto di diluire qualsiasi cesio residuo, e poi biostimolazione con fertilizzante di potassio per sopprimere l'ulteriore assorbimento.

Per le aree forestali, dove la rimozione del suolo è impraticabile, una sequenza proposta aggiunge biocar, una forma stabile di carbonio prodotta dalla pirolisi dei rifiuti di legno, al piano forestale. Il biocarro agisce come sorbente che immobilizza il cesio, mentre crea anche un habitat per la simulazione di cesio-accumulazione batterica.

I progressi nella fase di risanamento chimica dei sistemi di leaching-biosorption offrono un altro viale ibrido. Il terreno contaminato viene prima lavato con una soluzione diluita di acido oxalico o citrato di ammonio per desorbire la biomassa dall'argilla. Il liquido risultante viene quindi passato attraverso colonne imballate con biosorbenti microbicili come le cellule alginate-encaplo [[2

Trasferimento internazionale di collaborazione e conoscenza

I risultati della ricerca congiunta di CALT hanno beneficiato enormemente dell’esperienza di Chernobyl, in particolare di studi di lunga durata in Bielorussia e Ucraina, dove i tipi di rye, lupine e senape sono stati testati per la fitosazione di radiocesio nei terreni podzolici.

Prospettive future

Il Ministero della Strada dell’Ambiente per il Recupero della Prefettura di Fukushima prevede un graduale rilassamento delle restrizioni di accesso nelle zone di difficile ritorno entro la fine del 2020.

In laboratorio, la biologia sintetica sta aprendo nuove frontiere. Gli scienziati del RIKEN hanno progettato una varietà di Escherichia coli per visualizzare i peptidi leganti specifici del cesio sulla sua superficie, ottenendo capacità di legame che le resine di scambio commerciale di icharon-exploy.

I progetti come la "Fukushima Soil Health Station" gestito dall'Università di Tokyo impegnano gli studenti delle scuole superiori locali nella misura della respirazione del suolo, della biomassa microbica e dei livelli di radiazione nelle trame trattate. I dati che raccolgono i mangimi in un database pubblico che traccia la traiettoria di recupero, demistificando la scienza e dando ai residenti un senso tangibile di agenzia sul loro ambiente.

La bioremediazione non cancella l'eredità di Fukushima durante la notte, ma lavorando con la natura piuttosto che contro di essa, queste tecnologie promettono un percorso di restauro ecologico, economicamente difendibile, e infine più allineato con i valori di una società che cerca di coesistere con la sua terra.