Pentru a limita dezastrele ecologice marine, intervențiile clasice implică adesea arderea in situ, o metodă care sufocă atmosfera cu fum toxic. Acum, cercetătorii au demonstrat că generarea unor tornade de foc controlate poate curăța scurgerile de petrol de două ori mai rapid, arzând până la 95% din combustibil și reducând dramatic poluarea aerului.
Arderea petrolului — o tehnică denumită ardere in situ — poate împiedica extinderea petei. Procedeul produce însă nori groși de fum negru, eliberează funingine în atmosferă și lasă în urmă un strat de reziduuri nearse care plutesc la suprafața oceanului.
Un nou studiu propune o abordare remarcabilă, care ar putea face acest proces considerabil mai eficient. Într-o cercetare la scară largă, prima de acest gen, oamenii de știință au generat vârtejuri de foc gigantice — coloane de flăcări rotitoare care seamănă cu niște tornade de foc — și au constatat că acestea ard petrolul mai rapid și mai curat decât metodele convenționale.
Mișcarea de rotație atrage cantități mari de oxigen, dând naștere unei flăcări mai fierbinți și mai eficiente. Spre deosebire de arderea in situ obișnuită — unde flacăra plată suferă de o lipsă cronică de oxigen în centrul său, rezultând emisii uriașe de funingine — vortexul creat de o tornadă acționează ca un motor termic, pompând oxigen constant direct la baza combustiei. Drept urmare, vârtejul de foc a consumat petrolul mai repede, generând în același timp semnificativ mai puțină poluare. Acest salt tehnologic oferă echipelor de intervenție un instrument critic: timpul. Accelerarea arderii împiedică transformarea petrolului într-un strat de gudron rezidual, protejând direct habitatele marine și zonele de coastă vulnerabile.
Studiul, susținut de Biroul pentru Siguranță și Aplicarea Legislației de Mediu (BSEE), a fost coordonat de dr. Elaine Oran și dr. Qingsheng Wang, de la Universitatea Texas A&M, împreună cu dr. Michael Gollner, de la Universitatea din California, Berkeley.
„Este prima dată când cineva a conceput utilizarea vârtejurilor de foc pentru remedierea scurgerilor de petrol, și este de fapt doar începutul. Obiectivul nostru este să valorificăm natura haotică a vârtejurilor de foc ca instrument de restaurare puternic și precis, pentru a proteja zonele de coastă, ecosistemele marine și mediul în ansamblu.”, a declarat Oran, profesoară de inginerie aerospațială la Facultatea de Inginerie, citată de publicația Science Daily.
Ce este arderea in situ și de ce generează fum toxic?
Cercetarea introduce o strategie neconvențională pentru gestionarea uneia dintre cele mai devastatoare urgențe de mediu.
Dezastrul de la Deepwater Horizon, din 2010, rămâne o amintire puternică a impactului pe care îl pot avea scurgerile de petrol în larg. Accidentul, cea mai mare scurgere de petrol din larg din istoria SUA, a ucis 11 muncitori, a curmat viețile a mii de animale marine și a provocat daune pe scară largă ecosistemelor oceanice.
„Analizăm dezastrele de mediu, cum ar fi scurgerile de petrol, și identificăm modalități de remediere mai rapide, mai ecologice și mai durabile”, a spus Oran.
Unul dintre cele mai promițătoare avantaje ale vârtejurilor de foc este viteza. Potrivit cercetătorilor, acestea pot arde țițeiul aproape de două ori mai repede decât bazinele de foc tradiționale, realizate in situ. Îndepărtarea mai rapidă a petrolului ar putea oferi echipelor de intervenție un avantaj crucial, permițându-le să elimine scurgerile înainte ca acestea să se răspândească în habitate sensibile și regiuni costiere protejate.
„Vârtejurile de foc ard scurgerile de țiței aproape de două ori mai repede decât focurile in situ, oferind potențial echipelor de curățare timpi operaționali și de răspuns mai rapizi pentru a împiedica răspândirea petrolului”, a explicat Oran.
Tehnica ar putea reduce, de asemenea, unul dintre cele mai mari dezavantaje ale arderii petrolului: fumul.
„Una dintre cele mai mari provocări ale arderii scurgerilor de petrol este volumul imens de fum emis. Rezultatele noastre arată că vârtejurile de foc, în comparație cu focurile in situ, reduc dramatic emisiile totale.”, a spus Oran.
Acționând ca un incinerator gigantic, flăcările rotitoare distrug multe dintre particulele responsabile de coloanele dense de fum. Procesul vaporizează totodată cea mai mare parte a petrolului, înainte ca acesta să rămână pe apă sub formă de reziduuri toxice, asemănătoare gudronului.
Descoperirile ar putea avea aplicații dincolo de intervenția în cazul scurgerilor de petrol. O mai bună înțelegere a modului în care se formează și se comportă vârtejurile de foc i-ar putea ajuta pe ingineri să dezvolte sisteme de ardere mai eficiente și să îmbunătățească eforturile de prognoză și gestionare a incendiilor forestiere.
„Studiul nostru are aplicații universale. Prin înțelegerea legilor fizice care guvernează vârtejurile de foc, putem valorifica puterea lor dincolo de remedierea scurgerilor de petrol.”, a spus Oran.
Experimentul Texas A&M: cum controlezi un vârtej de foc de 5 metri?
Majoritatea studiilor anterioare privind vârtejurile de foc au fost realizate la o scară mult mai mică, în condiții de laborator. Pentru a explora dacă fenomenul ar putea fi util în curățarea reală a scurgerilor de petrol, echipa de cercetare a conceput un experiment suficient de amplu pentru a reproduce condiții mai apropiate de realitate.
„Scara experimentului nostru este unul dintre motivele pentru care investigația noastră este atât de unică și ceea ce o diferențiază ca fiind prima de acest gen”, a mai spus Oran.
Cercetătorii au construit o structură triunghiulară de 5 metri înălțime, cu trei pereți, care le-a permis să controleze cu atenție fluxul de aer. În centru, au plasat o baltă de țiței, lată de 1,5 metri, plutind pe apă. Odată aprinsă la Texas A&M Engineering Extension Service (TEEX) Brayton Fire Training Field, instalația a generat un vârtej de foc puternic, care a atins aproape 5 metri înălțime.
Rezultatele, publicate în revista Fuel, au arătat îmbunătățiri majore față de tehnicile convenționale de ardere a țițeiului.
„Vârtejurile de foc au ars petrolul cu aproximativ 40% mai repede, au redus emisiile de funingine cu 40% și au atins o eficiență a consumului de combustibil de până la 95% în comparație cu testele de incendiu in situ”, a spus Oran.
Găsirea zonei „Goldilocks” a vârtejului de foc
În ciuda performanțelor lor impresionante, vârtejurile de foc nu sunt ușor de controlat.
„Vârtejurile de foc sunt incredibil de puternice și pot fi incredibil de benefice”, a spus Oran. „Dar sunt și sensibile și ating o eficiență ridicată doar când condițiile sunt perfecte.”
Vânturile puternice pot destabiliza coloana rotitoare sau pot provoca prăbușirea ei completă. Un control insuficient al fluxului de aer poate împiedica formarea vârtejului, determinând focul să se comporte mai degrabă ca o ardere convențională. Cercetătorii au constatat, de asemenea, că grosimea stratului de petrol joacă un rol important: atunci când pata de petrol devenea prea adâncă, vârtejurile de foc se stingeau înainte de a consuma tot combustibilul.
Acest interval îngust de condiții ideale, descris de cercetători drept o zonă „Goldilocks”, evidențiază deopotrivă potențialul și provocarea punerii în practică a acestei tehnologii.
Viitorul intervențiilor ecologice: sisteme portabile pe ocean
Echipa își imaginează un viitor în care sisteme portabile ar putea fi amplasate direct deasupra scurgerilor de petrol în flăcări, pentru a genera în mod intenționat vârtejuri de foc, la cerere. Dacă vor avea succes, astfel de sisteme ar putea transforma răspunsul de urgență la scurgerile de petrol, convertind focurile obișnuite în instrumente de curățare extrem de eficiente.
„Acest studiu este mai mult decât un simplu experiment, este o privire asupra unui viitor în care focul nu este o forță de distrugere, ci un instrument de protejare a oceanelor și a planetei noastre”, a spus Oran.
Deocamdată, cercetarea reprezintă o demonstrație convingătoare a ceea ce se poate întâmpla atunci când oamenii de știință regândesc un fenomen natural familiar. Ea sugerează că până și una dintre cele mai intimidante forțe ale naturii poate fi redirecționată pentru a aborda unele dintre cele mai presante provocări de mediu ale lumii.
Dacă sistemele portabile aflate în dezvoltare vor confirma randamentul din laborator, combaterea viitoarelor deversări accidentale se va baza pe stăpânirea strictă a fizicii vortexurilor termice, transformând o forță distructivă a naturii într-un aliat ecologic vital.
Studiul a fost publicat în jurnalul științific Fuel.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Oamenii care par buni vânători-culegători sunt preferați ca prieteni, arată un studiu
O grăsime alimentară obișnuită poate favoriza diabetul de tip 2, în timp ce alta ajută la combaterea lui
De ce aceeași leziune a ADN-ului provoacă cancer doar la unele persoane — genele moștenite ar putea explica diferența
Un nou aliaj, de până la 10 ori mai rezistent decât oțelul, se îndoaie în loc să crape. Care este utilitatea sa
