Технологии

Американские ученые разработали новый способ ликвидации морских разливов нефти с помощью управляемых огненных смерчей. Они выяснили, что искусственно созданные огненные вихри способны уничтожать нефтяные пятна на воде гораздо быстрее и экологичнее всех существующих аналогов.

Когда в открытом море происходит масштабная авария на танкере или буровой платформе, у спасателей практически нет хороших решений. Они могут либо оставить нефтяное пятно медленно расползаться по воде, уничтожая прибрежную флору и фауну, либо поджечь его прямо на поверхности, что порождает массу новых проблем. В небо поднимаются огромные клубы едкого дыма, атмосфера загрязняется тоннами сажи, а на воде остается слой токсичного смолистого остатка, который все равно вредит морским жителям.

Авторы нового исследования, опубликованного в научном журнале Fuel, предложили принципиально иной подход к решению этой проблемы. Они провели первый в истории масштабный эксперимент с «прирученным» огненным торнадо и доказали, что этот грозный природный феномен может работать на благо природы. Научную работу возглавили Элейн Оран (Elaine Oran) и Цинчэн Ван (Qingsheng Wang) из Техасского университета A&M (США) в сотрудничестве с Майклом Голлнером (Michael Gollner) из Калифорнийского университета в Беркли (США).

Для опытов инженеры возвели специальную треугольную конструкцию высотой около пяти метров с тремя регулируемыми стенами, которые позволяли с ювелирной точностью направлять потоки воздуха. Внутри этой конструкции, точно по центру, установили круглый резервуар диаметром полтора метра, куда залили воду и сырую нефть. После поджога установка успешно закрутила и стабилизировала огненный столб высотой почти пять с половиной метров.

Физический принцип работы такого смерча напоминает тягу в обычной печной трубе, но в масштабах разрушительного торнадо. Вращающийся огненный столб засасывает колоссальные объемы кислорода снизу, благодаря чему пламя становится невероятно горячим. В таких экстремальных условиях нефть сгорает стремительно и практически без остатка, не успевая превратиться в токсичную смолу.

Итоги лабораторных тестов превзошли ожидания исследователей. Огненный вихрь уничтожал нефтяную пленку примерно на 40% быстрее, чем обычное поджигание нефтяной пленки на воде, и ровно на столько же снизил выбросы сажи в атмосферу. При этом общая эффективность сгорания топлива достигла впечатляющих 95% (при обычном сжигании этот показатель колеблется от 60% до 80%).

Элейн Оран подчеркнула, что подобная скорость дает экстренным службам самое главное преимущество в условиях катастрофы — время. Быстрая ликвидация пятна позволяет перехватить нефть в открытом море до того, как ветер и течения пригонят ее к уязвимым прибрежным экосистемам и заповедным зонам.

Главной уязвимостью новой технологии ученые назвали сложность управления. Огненный смерч оказался крайне капризным явлением: сильный порыв морского ветра может легко разрушить или потушить вращающийся столб, а при слабом потоке воздуха вихрь просто не сформируется. Кроме того, на процесс влияет толщина нефтяного слоя: слишком глубокий слой нефти может погасить пламя раньше времени.

Из-за этого ученым приходится искать идеальный баланс условий. В будущем авторы разработки планируют создать компактные мобильные установки, которые можно будет оперативно доставлять в зону бедствия и разворачивать прямо над горящей нефтью в океане, искусственно вызывая вихрь по первому требованию.