Gli ingegneri della Rice University hanno scoperto come il suolo contaminato dal petrolio pesante non solo può essere pulito, ma anche reso fertile.

Come fanno a sapere che funziona? Coltivavano lattuga.

Gli ingegneri del riso Kyriacos Zygourakis e Pedro Alvarez e i loro colleghi hanno messo a punto il loro metodo per rimuovere i contaminanti del petrolio dal suolo attraverso il secolare processo di pirolisi. La tecnica riscalda delicatamente il terreno tenendo fuori l'ossigeno, che evita il danno solitamente arrecato al suolo fertile quando la combustione di idrocarburi causa picchi di temperatura.

Mentre le fuoriuscite marine di grandi volumi attirano la maggior parte dell'attenzione, Il 98 percento delle fuoriuscite di petrolio avviene a terra, Alvarez sottolinea, con più di 25, 000 sversamenti all'anno segnalati all'Agenzia per la protezione dell'ambiente. Ciò rende chiara la necessità di una bonifica economicamente vantaggiosa, Egli ha detto.

"Abbiamo visto l'opportunità di convertire una passività, suolo contaminato, in una merce, terreno fertile, " ha detto Alvarez.

La chiave per mantenere la fertilità è preservare le argille essenziali del suolo, ha detto Zygourakis. "Le argille trattengono l'acqua, e se alzi troppo la temperatura, praticamente li distruggi, " ha detto. "Se superi i 500 gradi Celsius (900 gradi Fahrenheit), la disidratazione è irreversibile".

I ricercatori hanno messo campioni di terreno da Hearne, Texas, contaminato in laboratorio con greggio pesante, in un forno per vedere a quale temperatura è meglio eliminare la maggior parte dell'olio, e quanto tempo ci è voluto.

I loro risultati hanno mostrato che il riscaldamento dei campioni nel tamburo rotante a 420 C (788 F) per 15 minuti ha eliminato il 99,9 percento degli idrocarburi di petrolio totali (TPH) e il 94,5% degli idrocarburi policiclici aromatici (PAH), lasciando i suoli trattati con all'incirca gli stessi livelli di inquinanti riscontrati nei terreni naturali, terreno incontaminato.

Il documento appare sulla rivista dell'American Chemical Society Scienze e tecnologie ambientali . Segue diversi articoli dello stesso gruppo che hanno dettagliato il meccanismo con cui la pirolisi rimuove i contaminanti e trasforma alcuni degli idrocarburi indesiderati in carbone, lasciando dietro di sé terreno fertile quasi quanto l'originale. "Mentre riscaldare il terreno per pulirlo non è un processo nuovo, "Zygourakis ha detto, "abbiamo dimostrato di poterlo fare rapidamente in un reattore continuo per rimuovere il TPH, e abbiamo imparato come ottimizzare le condizioni di pirolisi per massimizzare la rimozione dei contaminanti riducendo al minimo i danni al suolo e la perdita di fertilità.

"Abbiamo anche imparato che possiamo farlo con meno energia rispetto ad altri metodi, e abbiamo disintossicato il terreno in modo da poterlo rimettere in sicurezza, " Egli ha detto.

Il riscaldamento del terreno a circa 420 C rappresenta il punto debole per il trattamento, ha detto Zygourakis. Il riscaldamento a 470 C (878 F) ha svolto un lavoro leggermente migliore nella rimozione dei contaminanti, ma ha usato più energia e, ma ancora più importante, diminuiva la fertilità del suolo al punto da non poter essere riutilizzato.

"Tra 200 e 300 C (392-572 F), i composti volatili leggeri evaporano, " ha detto. "Quando arrivi a 350-400 C (662-752 F), inizi a rompere prima i legami eteroatomi, e poi i legami carbonio-carbonio e carbonio-idrogeno che innescano una sequenza di reazioni radicaliche che convertono gli idrocarburi più pesanti in stabili, carattere a bassa reattività."

Il vero test del programma pilota è arrivato quando i ricercatori hanno coltivato la lattuga a semi neri Simpson, una varietà per la quale il petrolio è altamente tossico, sul terreno pulito originale, alcuni terreni contaminati e diversi suoli pirolizzati. Mentre le piante nei terreni trattati erano un po' più lente ad avviarsi, hanno scoperto che dopo 21 giorni, le piante cresciute in terreno pirolizzato con fertilizzante o semplicemente acqua mostravano gli stessi tassi di germinazione e avevano lo stesso peso di quelle cresciute in terreno pulito.

"Sapevamo di avere un processo che ripulisce efficacemente il terreno contaminato da olio e ne ripristina la fertilità, " disse Zygourakis. "Ma, avevamo veramente disintossicato il suolo?"

Per rispondere a quest'ultima domanda, il team di Rice si è rivolto a Bhagavatula Moorthy, professore di neonatologia al Baylor College of Medicine, che studia gli effetti dei contaminanti aerei sullo sviluppo neonatale. Moorthy e il suo laboratorio hanno scoperto che gli estratti prelevati da terreni contaminati dal petrolio erano tossici per le cellule polmonari umane, mentre l'esposizione delle stesse linee cellulari agli estratti dai terreni trattati non ha avuto effetti negativi. Lo studio ha attenuato le preoccupazioni sul fatto che il suolo pirolizzato potrebbe rilasciare particelle di polvere nell'aria legate a inquinanti altamente tossici come gli IPA.

''Una lezione importante che abbiamo imparato è che diversi obiettivi di trattamento per la conformità normativa, la disintossicazione e il ripristino della fertilità del suolo non devono necessariamente escludersi a vicenda e possono essere raggiunti contemporaneamente, " ha detto Alvarez.

Wen canzone, uno studioso in visita alla Rice e uno studente all'Università di Jinan e all'Università di Shandong, Cina, è l'autore principale del documento. I coautori sono l'allieva di Rice Julia Vidonish di Arcadis U.S., Seattle; Pingfeng Yu, ricercatore post-dottorato sul riso; Roopa Kamath, an environmental adviser at Chevron; Chun Chu, a research associate at Baylor College of Medicine; and Baoyu Gao, a professor of environmental engineering at Shandong University. Alvarez is the George R. Brown Professor of Materials Science and NanoEngineering and a professor of civil and environmental engineering at Rice. Zygourakis is the A.J. Hartsook Professor of Chemical and Biomolecular Engineering and a professor of bioengineering.