Mokslininkai sukūrė milžinišką ugnies tornadą: naftos dėmių valymas jūroje taps revoliucinis

Šis tornadą primenantis, besisukančios liepsnos metodas gali tapti ekologiškesne ir greitesne alternatyva dabar taikomiems deginimo vietoje (angl. „in-situ“) ugnies baseinams.

„Tai pirmas kartas, kai kas nors sugalvojo naudoti ugnies viesulus naftos išsiliejimams šalinti, ir tai iš tiesų tik pradžia“, – sakė aerokosminės inžinerijos profesorė dr. Elaine Oran.

„Mūsų tikslas – suvaldyti chaotišką ugnies viesulų prigimtį ir paversti juos galingu, tiksliu atkūrimo įrankiu, padedančiu apsaugoti pakrantes, jūrų ekosistemas ir visą aplinką“, – pridūrė Oran.

Naftos išsiliejimų šalinimas

2010 m. „Deepwater Horizon“ avarija Meksikos įlankoje tapo skaudžiu pavyzdžiu, kaip greitai jūroje įvykę naftos išsiliejimai gali peraugti į didžiules ekologines katastrofas.

Gelbėjimo komandai, susiduriančiai su naftos dėmėmis atviroje jūroje, dažniausiai tenka rinktis: leisti dėmėms plisti arba jas uždegti, sudarant vadinamuosius deginimo vietoje ugnies baseinus.

Įprasto „in-situ“ deginimo metu nafta plūduriuoja ant vandens paviršiaus ir lėtai smilksta. Tai nešvarus procesas: į orą kyla stori suodžių debesys, nes gaisrui trūksta deguonies, o ant vandens lieka degimo liekanų – tamsios, dervos pavidalo masės, kuri vėliau nuskęsta į jūros dugną.

Ugnies viesulai laikomi tvaresne alternatyva. Iki šiol ugnies viesulai daugiausia buvo tiriami tik nedidelio masto laboratorinėse sąlygose, tačiau dr. Oran vadovaujama komanda pirmą kartą atliko didelio masto bandymą, imituojant realias vandenyno sąlygas.

Tyrėjai pastatė 5,2 m aukščio trijų sienų trikampę konstrukciją, skirtą tiksliai kontroliuoti oro srautus aplink 1,5 m skersmens žaliavinės naftos baseiną.

Susiformavęs sūkurys veikia tarsi natūralus turbokompresorius: jis įtraukia didžiulius deguonies kiekius ir sukuria itin karštą liepsną, kuri išgarina naftą dar prieš jai virstant toksiškomis atliekomis.

Įdomu tai, kad sukimosi judesys leidžia liepsnai sunaudoti iki 95 % kuro ir kartu išskirti apie 40 % mažiau suodžių, palyginti su įprastais ugnies baseinais.

Eksperimentas parodė, kad padidinus technologijos mastą jos „superpakrautas“ efektyvumas išlieka: pasiekiamas beveik visiškas deginamo kuro sunaudojimas.

Mažesnė tarša atmosferoje

Dėl gerokai aukštesnės degimo temperatūros ir spartesnio proceso šis metodas reikšmingai sumažina tiek atmosferos taršą, tiek ir toksiškų liekanų, susidarančių ant vandenyno paviršiaus, kiekį.

Pagrindinis ugnies viesulų pranašumas – jų greitis: įprastai lėtas naftos dėmių šalinimas virsta greita „paieškos ir sunaikinimo“ operacija.

Tokie sūkuriai gali pašalinti naftos dėmes dar prieš joms pasiekiant ir nuniokojant jautrias, saugomas jūrų buveines.

„Ugnies viesulai perdegina žaliavinės naftos išsiliejimus beveik dvigubai greičiau nei tradiciniai „in-situ“ ugnies baseinai, todėl valymo komandos gali veikti greičiau ir efektyviau, sustabdydamos naftos plitimą“, – teigė Oran.

Be to, ugnies viesulai veikia tarsi itin galingi deginimo įrenginiai – jie sumažina oro taršą sunaikindami daleles, kurios paprastai suformuoja tankius dūmų debesis.

Vis dėlto tai nėra paprastas „uždegti ir palikti“ sprendimas. Ugnies viesulai – labai kaprizingi reiškiniai.

Tyrėjai pastebėjo, kad šie sūkuriai egzistuoja tarsi „Auksaplaukės“ (angl. „Goldilocks“) zonoje: jei vėjas per stiprus, ugnies kolona subyra, o jei naftos sluoksnis per storas – ugnis užgęsta per anksti.

Šios sąlygos kelia iššūkių, norint technologiją pritaikyti nenuspėjamose atviro vandenyno aplinkose.

Vis dėlto pats koncepcijos veiksmingumas abejonių nekelia.

Mokslininkų komanda įsivaizduoja ateitį, kurioje specialios mobilios konstrukcijos būtų greitai užkeliamos virš uždegtų naftos dėmių ir akimirksniu paverstų chaotiškus gaisrus kontroliuojamais, itin efektyviais ugnies viesulais.

Šis vadinamasis „ugniaviesulio“ efektas taip pat suteikia naujų įžvalgų apie skysčių dinamiką ir gali būti pritaikytas kitose srityse. Pavyzdžiui, pramoninėje inžinerijoje jis gali padėti optimizuoti degimo sistemų efektyvumą.