כאשר שפיכת נפט בים מתלקחת באש, החשיבות היא באופי הבעירה שלה
כאשר מתגלה שפיכת נפט בחוף הים או באוקיינוס פתוח, צוותי החירום ניצבים בפני החלטה קשה without אפשרויות נקיות. הם יכולים לאפשר להניח את הנפט להתפשט — מאיימת על קווי החוף, בתי הגידול הימיים ויעלים ים over מאות ריבועי קילומטרים — או שהם יכולים להבעיר אותו. הבעירה של הנפט, טכניקה המכונה בעירה במקומה, השתמשו בה במשך עשרות שנים כדי למנוע מהריקולים להמשיך להתפשט. זה פועל — אך במחיר סביבתי כבד: עשן שחור סמיך, פיח רעיל שנכנס לאטמוספירה ושכבת שאריות בלתי ה combustion שפויות העליונה על פני המים. אסון מנוע הדריפטו דאון בשנת 2010, שמכונה שפיכת הנפט הימי הגדולה ביותר בהיסטוריה של ארה"ב, הדגים גם את היעילות וגם את המגבלות של שיטה זו בהיקף קוטלי.
כעת, ניסוי ראשון מסוגו בהיקף נרחב שמנוהל על ידי חוקרים מאוניברסיטת טקסס A&M ואוניברסיטת קליפורניה בבקלי, הראה תוצאות שעלולות לשנות באופן בסיסי את שיטות הטיפול בשפיכות נפט ימי. הצוות בנה ובחן סופה לוע אש בגובה 17 רגל — עמוד של להבות מסובבות ושליטה, בדומה לסופה טורנדו, מעל נפט גולמי שנמצא על פני המים, והשווה את הביצועים שלו לפדיון אש רגיל במקומה. התוצאות, שפורסמו בכתב העת Fuel, היו דרמטיות: סופת האש שרפה את הנפט כ-40% מהר יותר, צרכה עד 95% מהדלק ויצרה 40% פחות פיח בהשוואה לבעירה רגילה במקומה.
הפיזיקה של סופת אש — ומדוע הסיבוב משנה הכל
המפתח לביצועי סופת האש המוצלחת יותר טמון במכניקת הזורמים. בעירה במקורה רגיל מתרחשת בציור הפוכה — הלהבה מתפשטת על פני שכבת הנפט תוך כדי תהליך חימום ואידוי מוגבל חמצן. תהליך זה מייצר חימום חלקי, ולכן משאיר שארית של פיח שכבתית ועבות. לעומת זאת, סופה של אש מסובבת בתוך עמוד וורטי היוצר שאיבה של אוויר מכל עבר לאורך כל גובה הלהבה — התנהגות שמדמה, למעשה, אספקת חמצן רציפה ומתמדת. זה מעלה את טמפרטורת הבעירה, מגביר את קצב אידוי הדלק ומאפשר חימום מלא יותר של מולקולות ההידרו קרבון.
המבנה השׁלישתי בגובה 16 רגל, שתוכנן ליצירת זרימה סיבובית אחידה מסביב לעמוד של נפט גולמי בוער על פני המים, שכיוון את הלהבות ליצירת סופת אש יציבה באורך של 17 רגל. הפיזיקה של הוורטקס — משמשת גם ליצירת טורנדו אש חזק ומזיק בעולם האמיתי — הותאמה כאן ככלי כימיקלי מתוכנן בקפדנות. ד"ר איליין אורן, פרופסור להנדסה אווירונאוטית באוניברסיטת טקסס A&M והשותפה למחקר, מציינת:
למראה מעניין, ההשראה למחקר הגיעה מאירוע אמיתי: בשנת 2003, ברק שפרץ על מחסן של בורבון jim beam בקנטקי, שלח כמעט מיליון גלונים של אלכוהול דליק לבריכה תפעולית סמוכה, בה תנאי האטמוספירה גרמו ליצירת טורנדו אש גבוה. ד"ר מייקל גולנר מאוניברסיטת קליפורניה בבקלי, אחד מהמובילים בחקר, ציין שצפייה בווידאו הוויראלי ההוא הציטה אותו לשאלת העניין, האם ניתן להנדס סופות אש באופן מכוון לשימוש מועיל?
אתגרים בעולם האמיתי ומה שהמחקר עדיין לא הוכיח
התוצאות של סופת האש מרשימות, אך החוקרים מוצאים את זה כנות באתגרים שמבדילים בין הצלחה במעבדה לבין טכנולוגיה שניתן להנגיש לשימוש ממשי. סופות אש, במילים של ד"ר אורן, דורשות זרימת אוויר מבוקרת בדיוק, כדי להיווצר ולתחזק. רוח חזקה מדי תקרוס את הוורטקס; שליטה פחות טובה לזרימת אוויר תגרום לבעירה לחזור לבעירה במקור — בריכת נפט מסורתית. בתנאי מעבדה שקטים, עם מיכל מים מפוקח, היה אפשר לייצר סופת אש יציבה. אבל במציאות של שפיכת נפט בים — עם זרמים ימיים, רוחות בלתי צפויות וטריז נפט מתפשט — שמירה על שליטה כזו היא אתגר הנדסי מורכב הרבה יותר.
עוד ממצא חשוב הוא שעובי שכבת הנפט משמעותי מאוד: היעילות של סופת האש משתנה בהתאם לעומק השכבה, וזו גם נתונה להערכת ולניטור בשטח. המחקר נערך עם נפט גולמי, אך סוגי דלקים אחרים שנפלו על פני המים — דלק מעודן, דלק בונקר או קונדנסאט — עשויים להתנהג שונה בסביבת סופת אש.
המינהל לבטיחות והגנה סביבתית (BSEE), שמימן את המחקר, בוחן כעת דרכים להפוך את הטכנולוגיה לנגישה ליישום בשטח. הצוות מדמיין מבנים ניידים שיכולים להיות מיושמים במהירות, מעל שפיכת הנפט המודלקת, והופכים אש הרסנית לאלמנט יעיל של סופת אש מכוונת. זהו חזון שעדיין רחוק מלהיות מוכן לשימוש, אך הפיזיקה כבר עובדת בקנה מידה גדול יותר. ייתכן שבסופו של דבר, הכלי לניקוי שפיכות נפט בעתיד לא יהיה כימיקל מעכב, לא זרם בועות, אלא — סופת אש שתוכננה במכוון ככלי לחיסול מנדטים של נפט על פני הים.
