CLEAR, il progetto Seed4Innovation contro i microinquinanti

Farmaci, pesticidi, PFAS: i microinquinanti organici rappresentano una delle sfide emergenti per la tutela delle risorse idriche. Eppure, gli impianti di depurazione tradizionali non riescono ancora a rimuoverli in modo efficace. Da questa esigenza nasce CLEAR (Clean Light Activated and Purification for Accessible Remediation), progetto sviluppato all’Università degli Studi di Milano e vincitore della quinta edizione di Seed4Innovation, il programma di scouting dell’ateneo per sostenere il trasferimento tecnologico dalla ricerca accademica allo sviluppo di soluzioni innovative. Un percorso che accompagna le migliori idee nate in laboratorio verso applicazioni che possano avere un impatto reale sulla società.

CLEAR punta su dispositivi fotocatalitici capaci di degradare gli inquinanti sfruttando esclusivamente la luce del sole, senza ricorrere a energia esterna o reagenti chimici. Ne abbiamo parlato con Vincenzo Fabbrizio, dottorando in Chimica Industriale all’ateneo di Milano e tra i titolari del progetto.

Fabbrizio, l’inquinamento delle acque da microinquinanti organici persistenti è un tema sempre più rilevante ma ancora poco conosciuto dal grande pubblico. Quanto è esteso oggi questo problema e perché le tecnologie attualmente disponibili non sono sufficienti?

«L’inquinamento da microinquinanti organici è sempre esistito, ma negli ultimi anni è cresciuta la consapevolezza del problema, sia da parte delle aziende sia dei gestori dei sistemi di depurazione. Il motivo è semplice: gli impianti convenzionali non sono stati progettati per intercettare queste sostanze e, di conseguenza, non riescono a rimuoverle in modo efficace.

Parliamo di composti molto persistenti, che tendono ad accumularsi nell’ambiente e possono produrre effetti nel lungo periodo. Un esempio emblematico è quello degli antibiotici: quando finiscono nelle acque reflue e non vengono eliminati durante la depurazione, contribuiscono alla diffusione dell’antibiotico-resistenza negli organismi esposti.

Tra le principali categorie di composti che possono essere degradati dal nostro sistema, come dicevo, rientrano farmaci, antibiotici, antinfiammatori, pesticidi, erbicidi e, sempre più spesso, i Pfas (sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche), i cosiddetti “forever chemicals”. Oggi nessuna tecnologia è ancora in grado di distruggerli completamente.

Il limite degli impianti tradizionali è legato alla loro progettazione: sono stati sviluppati per eliminare contaminanti di dimensioni maggiori, spesso presenti come particelle sospese. I microinquinanti, invece, sono completamente disciolti nell’acqua e risultano difficili da intercettare. Inoltre possono essere dannosi anche quando presenti in concentrazioni estremamente basse, proprio quelle che i trattamenti convenzionali non riescono a rimuovere».

CLEAR propone un sistema fotocatalitico che opera senza energia esterna né additivi chimici. Come funziona concretamente questa tecnologia e quali sono gli elementi che la rendono realmente innovativa rispetto alle soluzioni oggi sul mercato?

«CLEAR, acronimo di Clean Light Activated and Purification for Accessible Remediation, utilizza materiali fotocatalitici attivati dalla luce solare per favorire la degradazione di contaminanti organici presenti nelle acque. La ricerca è orientata allo sviluppo di soluzioni che consentano di sfruttare questi processi in modo efficace anche in ambiente aperto, con particolare attenzione alla semplicità di impiego, alla sostenibilità operativa e alla possibilità di utilizzo in contesti decentralizzati.

Sebbene la fotocatalisi sia una tecnologia ampiamente studiata in ambito scientifico, molte delle soluzioni oggi disponibili incontrano ancora difficoltà legate all’applicazione in condizioni reali, alla gestione del materiale attivo, alla durabilità nel tempo e alla scalabilità dei sistemi.

L’attività di ricerca in corso è finalizzata proprio ad affrontare alcuni di questi aspetti, sviluppando approcci che possano favorire il trasferimento della tecnologia dal laboratorio ad applicazioni concrete per il trattamento delle acque superficiali contaminate da micropollutanti.

Gli elementi di innovazione riguardano quindi, non tanto il principio fotocatalitico in sé, già noto in letteratura, quanto il modo in cui esso viene integrato in una soluzione applicativa pensata per un utilizzo sostenibile e facilmente implementabile in contesti reali.

In questa fase, considerato che alcuni risultati sono oggetto di valutazione ai fini della tutela della proprietà intellettuale, non è possibile entrare nel dettaglio delle specifiche soluzioni tecniche sviluppate. Tuttavia, l’obiettivo è quello di contribuire a superare alcune delle principali limitazioni che ancora ostacolano l’adozione diffusa delle tecnologie fotocatalitiche per la bonifica delle acque».

Uno degli aspetti più interessanti del progetto è la possibilità di intervenire direttamente nei corpi idrici, anche in aree remote o prive di infrastrutture. Quali scenari applicativi immaginate e quali soggetti potrebbero essere i primi utilizzatori della tecnologia?

«Vediamo due principali ambiti di applicazione. Il primo riguarda gli acquedotti e i gestori del servizio idrico integrato. La normativa europea sta introducendo nuovi obblighi sulla rimozione dei microinquinanti e questo renderà necessario aggiungere nuovi stadi di trattamento. CLEAR potrebbe rappresentare una risposta concreta a questa esigenza.

Il secondo scenario è quello delle aree remote, dove l’impatto sociale della tecnologia potrebbe essere ancora maggiore. Pensiamo ad alcune regioni dell’Africa subsahariana o dell’Amazzonia: l’acqua è disponibile, ma spesso non può essere trattata per l’assenza di infrastrutture o di risorse economiche.

In questi contesti una tecnologia che funziona direttamente nel corpo idrico, senza impianti complessi né alimentazione energetica esterna, potrebbe fare la differenza».

Molte tecnologie ambientali dimostrano la loro efficacia in laboratorio ma incontrano difficoltà nello scale-up industriale. Quali sono oggi le principali sfide che CLEAR dovrà affrontare per arrivare a un’applicazione su larga scala?

«La sfida principale consiste nel trasferire i risultati ottenuti in laboratorio alle condizioni reali.

Finora abbiamo lavorato su acque contenenti un singolo contaminante. Nei corpi idrici reali, invece, troviamo miscele molto più complesse. Per questo dobbiamo ottimizzare il sistema affinché sia efficace nei confronti di diverse classi di inquinanti.

Un altro aspetto riguarda la formazione di biofilm e colonie batteriche sulla superficie del materiale. Questi fenomeni potrebbero ridurne l’efficienza, motivo per cui stiamo studiando nuove soluzioni capaci di mantenere elevate le prestazioni anche nelle condizioni operative reali».

Il progetto è tra i vincitori della quinta edizione di Seed4Innovation. In che modo il grant e il percorso di accelerazione possono contribuire ad accelerarne lo sviluppo tecnologico e imprenditoriale?

«Per un ricercatore rappresentano un’opportunità fondamentale. Il percorso di accelerazione permette di acquisire competenze imprenditoriali che normalmente non fanno parte della formazione accademica e aiuta a comprendere come trasformare un risultato scientifico in un progetto industriale.

Il grant, invece, ci ha consentito di fare un salto di qualità nella sperimentazione. Grazie a Seed4Innovation abbiamo iniziato a validare CLEAR in condizioni molto più vicine a quelle reali, anche attraverso la collaborazione con BrianzAcque, con cui abbiamo sottoscritto una lettera d’intenti.

Poter testare la tecnologia su matrici acquose reali è un passaggio decisivo per dimostrarne l’efficacia e prepararne il trasferimento verso applicazioni industriali».

Guardando ai prossimi cinque-dieci anni, quale impatto potrebbe avere CLEAR sulla gestione sostenibile delle risorse idriche e quale traguardo vi piacerebbe aver raggiunto?

«L’obiettivo è vedere CLEAR impiegato negli acquedotti come tecnologia capace di contribuire alla rimozione dei microinquinanti prevista dalla normativa europea.

Allo stesso tempo ci piacerebbe che il progetto trovasse applicazione anche nelle aree del mondo che oggi non dispongono di sistemi efficaci per la decontaminazione delle acque.

Se tra cinque anni potessimo dire di aver contribuito, anche solo in parte, a rendere l’acqua più sicura sia nei sistemi idrici europei sia nelle comunità più vulnerabili, avremmo raggiunto il risultato che ci siamo prefissati».