Naukowcy testują "ogniste tornada". By szybciej spalać plamy ropy na morzu

Amerykańscy naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley oraz wydziału inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Texas A&M testowali 5-metrowe wiry ognia, które miały spalać wycieki ropy. Ich badania wskazują jasno: sztuczne "ogniste tornada" szybciej usuwają kłopotliwe wycieki niż tradycyjne metody, redukując sadzę o 40 proc. i niemal całkowicie spalając paliwo. Technika ta daje nadzieję na szybką reakcję na wycieki o niższej emisji. Ich analiza ukazała się w recenzowanym naukowym magazynie "Fuel".

W krytycznych godzinach po wycieku ropy na morzu zespoły reagowania muszą podjąć trudną decyzję: pozwolić plamie się rozprzestrzenić czy ją podpalić. Klasyczne spalanie na miejscu ogranicza rozlew, ale generuje gęsty dym i toksyczne resztki na powierzchni wody. W pierwszym w swoim rodzaju eksperymencie na dużą skalę naukowcy przetestowali inną strategię: ogromne, wirujące wiry ognia, które wznoszą się pionowo jak tornado, zamiast rozprzestrzeniać się po wodzie.

"To pierwszy raz, kiedy ktokolwiek wpadł na pomysł wykorzystania wirów ognia do usuwania wycieków ropy i to naprawdę dopiero początek" - powiedziała dr Elaine S. Oran, profesor inżynierii lotniczej i kosmicznej na College of Engineering Texas A&M University, współautorka badania. "Naszym celem jest wykorzystanie chaotycznej natury wirów ogniowych jako potężnego i precyzyjnego narzędzia do odbudowy, chroniącego linie brzegowe, ekosystemy morskie i środowisko jako całość".

Jak opisują naukowcy, wir działa jak turbosprężarka dla płomienia. Zasysa dodatkowy tlen, podnosi temperaturę i poprawia efektywność spalania. W porównaniu z konwencjonalnym paleniskiem na wodzie badacze odnotowali ok. 40 proc. mniej sadzy oraz nawet do 95 proc. zużytego paliwa. To oznacza mniej cząstek w spalinach i mniej lepkich pozostałości na tafli morza.

Aby zbliżyć się do realnych warunków, zbudowano trójkątną konstrukcję o wys. ok. 5 m, która precyzyjnie kierowała przepływem powietrza. W centrum umieszczono basen z ropą unoszącą się na wodzie o średnicy ok. 1,5 m. Po zapłonie na specjalnie wydzielonym i przygotowanym terenie uczelni Texas A&M TEEX powstał wir płomieni wznoszący się na blisko 5 m. Testy w terenie potwierdziły silniejsze spalanie, czystsze spaliny i prawie pełne wykorzystanie paliwa.

"Wiry ognia trawią wycieki ropy naftowej niemal dwa razy szybciej, co potencjalnie pozwala ekipom sprzątającym na szybsze działanie i reakcję w celu zapobieżenia rozprzestrzenianiu się ropy" - przekazała dr Oran w rozmowie z portalem SciTechDaily.

Szybsze tempo spalania może dać ekipom przewagę czasową, zanim plama dotrze do wrażliwych stref przybrzeżnych. Jednocześnie zespół wskazuje na poprawę warunków emisji w stosunku do klasycznych pożarów powierzchniowych; wirujące płomienie rozbijają cząstki odpowiedzialne za gęste chmury dymu. Badacze podkreślają, że w przeciwieństwie do tradycyjnego spalania wycieków ropy, które generuje ogromne ilości dymu, wiry ognia spalają paliwo efektywniej i znacząco ograniczają emisję sadzy.

Metoda nie jest wolna od wyzwań. Skuteczność wiru zależy od dobrze kontrolowanego przepływu powietrza i umiarkowanego wiatru - zbyt silne podmuchy destabilizują kolumnę, a nieoptymalna grubość warstwy ropy może skracać czas trwania zjawiska. Dr Oran zwraca uwagę, że choć wiry ognia mają ogromny potencjał i mogą działać bardzo skutecznie, są jednocześnie wrażliwe na otoczenie i osiągają najwyższą efektywność tylko przy ściśle kontrolowanych, sprzyjających warunkach.

Badacze widzą potencjał przeniesienia wniosków także poza morze: lepsze zrozumienie fizyki wirów ognia może przełożyć się na wydajniejsze układy spalania i strategie zarządzania pożarami lądowymi. Ich zdaniem, z czasem mogłyby powstać przenośne instalacje, które nad istniejącym płomieniem generowałyby stabilny wir, poprawiając czystość i tempo spalania podczas akcji ratunkowych.

"Nasze badanie ma uniwersalne zastosowanie. Dzięki zrozumieniu praw fizyki rządzących wirami ognistymi możemy wykorzystać ich moc wykraczającą poza remediację po wyciekach ropy naftowej. To badanie to coś więcej niż tylko eksperyment, to spojrzenie w przyszłość, w której ogień nie będzie siłą niszczącą, ale narzędziem do ochrony naszych oceanów i planety" - przyznała dr Elaine S. Oran.