I test condotti la scorsa settimana su una nuova tecnologia in grado di accelerare notevolmente la combustione del petrolio greggio che galleggia sull'acqua hanno dimostrato il suo potenziale per diventare uno strumento efficace per ridurre al minimo l'impatto ambientale delle future fuoriuscite di petrolio. Chiamato il Riflusso di Fiamma, la tecnologia, sviluppato da ricercatori di ingegneria antincendio presso il Worcester Polytechnic Institute (WPI) con il finanziamento del Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE), potrebbe consentire di bruciare rapidamente l'olio fuoriuscito producendo livelli relativamente bassi di inquinanti atmosferici.

I test del Flame Refluxer sono stati condotti tra il 13 e il 17 marzo da WPI e BSEE presso il Joint Maritime Test Facility della United States Coast Guard a Little Sand Island, situato a Mobile Bay. WPI è la prima università a lavorare sulla ricerca presso la struttura dalla sua riapertura nel 2015. I test hanno coinvolto bruciature controllate di petrolio in un serbatoio di prova appositamente progettato sull'isola.

"La combustione in situ è ​​stata utilizzata con grande successo, ed è nostro obiettivo supportare la ricerca che rende ancora migliore un buon metodo, " ha detto Karen Stone, Ingegnere di risposta alle fuoriuscite di petrolio presso BSEE. "Questa ricerca, e i risultati di questi test, sono particolarmente entusiasmanti. Abbiamo visto incendi più caldi aumentare la quantità di petrolio consumato, quelle che sembrano emissioni più pulite, e una significativa riduzione dei residui di bruciatura dopo la bruciatura. Inizialmente speravamo che la tecnologia potesse catturare qualsiasi residuo rimasto dopo l'ustione, ma i fuochi bruciavano in modo così efficiente che c'era ben poco da raccogliere".

Quando l'olio viene versato in mare aperto, bruciarlo sul posto (chiamato combustione in situ) può essere un metodo efficace per rimuovere l'olio prima che possa depositarsi nella colonna d'acqua e causare danni ecologici. Infatti, l'attuale progetto di ricerca si basa, in parte, sull'esperienza del disastro del 2010 Deepwater Horizon, durante le quali più di 400 ustioni controllate rimosse tra 220, 000 e 310, 000 barili di petrolio dalla superficie dell'oceano.

Mentre quell'esperienza ha dimostrato il potenziale per le ustioni di diventare un efficace strumento di pulizia, hanno anche chiarito i limiti delle tecniche attuali. Per esempio, gli incendi petroliferi in acque libere possono essere difficili da sostenere, producono fumo, e lasciano un residuo simile al catrame che può danneggiare la vita marina. Il Flame Refluxer è progettato per superare ciascuno di questi problemi.

Secondo Scott Fields dell'USCG Research and Development Center "la combustione in situ è ​​già un processo di grande successo, ma vogliamo migliorare la qualità dell'aria per i nostri primi soccorritori impegnati nella pulizia delle fuoriuscite di petrolio".

Il Flame Refluxer è costituito da bobine metalliche attaccate a una coperta di lana di rame inserita tra due strati di rete di rame. La coperta è progettata per essere posizionata sopra l'olio galleggiante che è stato raccolto con un boma trainato da barche. Dopo che l'olio si è acceso, le bobine e la coperta trasmettono il calore delle fiamme per surriscaldare l'olio, che ne aumenta la velocità di combustione e l'efficienza. Di conseguenza, l'olio brucia più completamente. La combustione più completa produce meno emissioni nell'aria, e ogni residuo solido viene catturato dalla lana di rame e tenuto fuori dalla colonna d'acqua.

La tecnologia è stata sviluppata al WPI da un team guidato da Ali Rangwala, professore di ingegneria antincendio, come risultato della ricerca finanziata dal Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti volta a valutare la fattibilità dell'utilizzo di ustioni in situ per ripulire le fuoriuscite di petrolio in località remote nell'Artico, dove il clima rigido può rendere difficile mobilitare rapidamente attrezzature e squadre di pulizia. Quando i test di laboratorio hanno identificato le sfide dell'accensione e del mantenimento di incendi da petrolio su ghiaccio e in acqua fredda, Rangwala e il suo team hanno iniziato a esplorare metodi per rendere l'olio più facile da bruciare trasmettendo il calore dalle fiamme all'olio. Il Flame Refluxer è il prodotto di quell'esplorazione.

"La tecnologia è così semplice, non ha parti in movimento, è poco costoso, e migliora significativamente la velocità di combustione dell'olio. I test che abbiamo condotto in questa struttura unica ci consentiranno di far avanzare la tecnologia più vicino alla distribuzione effettiva", ha affermato Rangwala.

I prototipi della tecnologia sono stati testati nel modernissimo laboratorio di ingegneria della protezione antincendio del WPI. I test presso il Joint Maritime Test Facility hanno utilizzato un prototipo più grande, una coperta circolare di quasi 1,5 metri (quattro piedi, otto pollici) con un massimo di 48 bobine metalliche attaccate. La coperta era immersa in uno strato di petrolio greggio che galleggiava sull'acqua. L'olio è stato pompato all'apparecchio di prova per mantenere lo strato di olio a circa un centimetro (0,4 pollici) durante ogni combustione di prova di 10-20 minuti. (Ricerche precedenti hanno dimostrato che il petrolio greggio brucia in modo più efficace quando lo strato di petrolio viene mantenuto tra uno e quattro centimetri.)

Durante le ustioni di prova effettuate con e senza il riflusso di fiamma, i ricercatori hanno misurato una serie di parametri, comprese le temperature superiori al fuoco dell'olio e la portata dell'olio fornito all'apparato di prova, al fine di determinare l'efficacia con cui il Flame Refluxer ha convogliato il calore dalle fiamme all'olio (un processo noto come flusso di calore) e come ha modificato la velocità di combustione dell'olio. Una stazione di campionamento dell'aria ha raccolto le emissioni prodotte dall'incendio e ha misurato continuamente diversi sottoprodotti della combustione:anidride carbonica, monossido di carbonio, diossido di azoto, diossido di zolfo, e particolato (PM2,5 e PM10). La coperta di rame è stata pesata prima e dopo ogni test per vedere quanto efficacemente intrappolava i residui degli incendi petroliferi.

Anche se ci vorrà del tempo per analizzare il grande volume di dati raccolti durante le ustioni di prova e riportare i risultati ufficiali, Rangwala ha affermato che il team di ricerca ha effettuato diverse osservazioni che suggeriscono che la tecnologia Flame Refluxer ha funzionato come previsto. "Dove abbiamo osservato un denso fumo nero durante un test di riferimento, dove bruciavamo petrolio greggio senza la coperta e le bobine, quando il Refluxer era in uso, il fumo era più sottile e grigio, anche se veniva bruciato più petrolio. Infatti, le nostre misurazioni mostrano che viene bruciata una quantità di olio da quattro a cinque volte superiore al minuto con il riflusso di fiamma in posizione. Finalmente, abbiamo osservato che praticamente nessun residuo è rimasto dopo le nostre ustioni con il Refluxer, un'indicazione che promuove una combustione più completa dell'olio."