Measurement of transfer factor – TF of radioactive elements in the fast-growing plant culture Helianthus tuberosus L (sunchoke)

Immaginate la Terra come una cucina enorme e frenetica dove le piante sono gli chef. Questi chef non cucinano solo con le spezie; tirano fuori gli ingredienti direttamente dalla dispensa del suolo. A volte, la dispensa contiene le solite cose sane come vitamine e minerali, ma occasionalmente può ospitare anche ospiti invisibili ed energetici chiamati "radionuclidi". Questi sono minuscoli atomi instabili che brillano di radiazioni, come il K-40 (un cugino naturale del potassio), il Cs-137 (un residuo delle attività nucleari umane) e altri come il Ra-226 e il Th-232.

Gli scienziati sono molto interessati a come questi chef gestiscono questi ospiti radioattivi. Usano uno strumento chiamato "Fattore di Trasferimento" (TF), che è essenzialmente un punteggio. Ci dice quanto un ingrediente radioattivo specifico viene prelevato da una pianta dal terreno e quanto la pianta decide di tenere nelle sue foglie, nei suoi steli o nelle sue radici. Perché questo è importante? Perché stiamo cercando di trasformare le piante a crescita rapida in combustibile per i nostri bisogni energetici. Se trasformiamo queste piante in gas per alimentare le nostre città, dobbiamo sapere: stiamo accidentalmente concentrando polvere radioattiva nel nostro combustibile, o la stiamo lasciando in sicurezza dietro di sé nel terreno? È un gioco di equilibrio tra energia verde e la sicurezza del nostro cibo e dell'aria.

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L'Esperimento del Topinambur: Una Ricetta Radioattiva

In questo studio, un team di ricercatori dell'Università di Novi Sad ha deciso di investigare su una pianta molto affamata chiamata Helianthus tuberosus L., o più comunemente, il topinambur. Pensate al topinambur come a uno super-chef che cresce incredibilmente velocemente, producendo una massa enorme di biomassa — fino a 150 tonnellate per ettaro ogni anno! Poiché cresce così velocemente e così tanto, è un candidato perfetto per la produzione di biogas (un combustibile rinnovabile). Ma ecco il problema: mentre sorseggia acqua e nutrienti per crescere, potrebbe anche sorseggiare quegli ospiti radioattivi invisibili dal suolo.

I ricercatori volevano vedere esattamente come il topinambur gestisce questi ospiti. Sono andati in due campi diversi in Serbia (uno a Pivnice e uno a Omoljica) e hanno raccolto piante di topinambur di diverse età, che andavano dai 3 ai 6 anni. Non si sono limitati a guardare l'intera pianta; hanno agito come un ispettore di cucina molto preciso, separando le piante in quattro parti distinte: i tuberi (le radici edibili, come le patate), gli steli, le foglie e i fiori. Hanno anche prelevato campioni del suolo proprio accanto alle piante.

Per misurare la radiazione invisibile, hanno usato un "super-occhio" ad alta tecnologia chiamato rilevatore HPGe. Questa macchina è così sensibile che può contare i minuscoli impulsi di energia (raggi gamma) provenienti dagli atomi radioattivi, dicendo agli scienziati esattamente quanto di ogni elemento era presente in ogni singola parte della pianta e nel suolo.

Cosa Hanno Scoperto: La Festa del Potassio e lo Straccione di Cesio

I risultati hanno dipinto un quadro chiaro di come il topinambur seleziona i suoi ingredienti radioattivi.

Per prima cosa, c'era il K-40 (Potassio-40). Questo è un elemento naturale che le piante amano assolutamente perché hanno bisogno di potassio per sopravvivere e crescere, proprio come gli esseri umani hanno bisogno di sale. Il topinambur non si è limitato a prendere il K-40; ha organizzato una festa per lui. I ricercatori hanno scoperto che la pianta ha effettivamente concentrato il K-40, il che significa che i livelli nella pianta erano più alti rispetto a quelli nel suolo.

• Nei tuberi, la pianta ne ha trattenuto circa 1,3 - 2,1 volte più K-40 rispetto al suolo.
• Nelle foglie e nei fiori, la concentrazione era ancora più alta, raggiungendo fino a 2,6 volte i livelli del suolo.
• Lo studio suggerisce che man mano che la pianta cresce, non necessariamente accumula più radiazioni; la concentrazione rimane relativamente costante. È come se la pianta avesse una capacità fissa per il potassio, e la riempie indipendentemente dal fatto che abbia 3 o 6 anni.

Poi c'era il Cs-137 (Cesio-137). Questa è una storia diversa. Il Cs-137 è un elemento creato dall'uomo che non ha un compito nella biologia della pianta. Tuttavia, poiché è chimicamente simile al potassio, la pianta a volte lo scambia per quello vero e lo lascia entrare. Ma il topinambur è schizzinoso.

• La pianta ha appena lasciato entrare il Cs-137 nei suoi tuberi (solo circa 0,07 - 0,17 volte il livello del suolo).
• Negli steli, era leggermente più alto ma comunque basso (intorno a 0,49 volte il livello del suolo).
• Fondamentalmente, in molti campioni, il Cs-137 era così basso nelle foglie e nei fiori che il rilevatore non riusciva nemmeno a vederlo sopra il rumore di fondo.

I ricercatori hanno anche esaminato il Ra-226 e il Th-232. Questi elementi si sono comportati diversamente, con alcune parti della pianta che ne trattenevano più di altre, ma in generale la pianta non li ha concentrati in modo così aggressivo come ha fatto con il potassio.

Il Quadro Generale: Cosa Significa per l'Energia Verde

La conclusione più importante di questo articolo è che il topinambur è un "riconcentratore" di potassio. Se usiamo questa pianta per produrre biogas, il potassio (e il suo gemello radioattivo, K-40) finisce nel fertilizzante liquido e nei residui solidi rimasti dopo la produzione del gas. Poiché questo residuo viene spesso rimesso nel terreno per aiutare il raccolto successivo, il potassio radioattivo viene riciclato direttamente nel terreno.

Gli autori hanno calcolato che per un impianto di biogas standard da 1 megawatt, sarebbero necessarie circa 7.100 tonnellate di biomassa di topinambur all'anno. In base alle loro misurazioni, la lavorazione di questa quantità restituirebbe circa 3,6 miliardi di Becquerel (Bq) di elementi radioattivi al suolo, con la stragrande maggioranza derivante dal K-40.

Tuttove, lo studio offre anche un lato positivo. Poiché la pianta non sembra accumulare il pericoloso Cs-137 creato dall'uomo nelle foglie e negli steli (le parti solitamente raccolte per il combustibile), il rischio di diffondere questo specifico tipo di inquinamento attraverso il ciclo del combustibile sembra inferiore. La pianta sembra mantenere le cose "brutte" principalmente nelle radici o nelle foglie che non trasporta con la stessa efficienza.

In breve, il topinambur è una macchina energetica efficiente che ama così tanto il potassio da estrarlo direttamente dal terreno, ma non è così desideroso di afferrare i residui radioattivi degli incidenti nucleari. Questo aiuta gli scienziati a capire come utilizzare in sicurezza queste piante a crescita rapida per l'energia senza creare accidentalmente un ciclo radioattivo nel nostro suolo.