أسطوانة عملاقة لتنظيف الانسكابات النفطية

فاز فريق أبحاث علوم المواد من جامعة تكساس في أوستن بمعرض Gizmodo للعلوم لعام 2024 لتطوير نظام أسرع وأكثر كفاءة لتنظيف الانسكابات النفطية وإعادة استخدام النفط المجمع.

السؤال

هل يمكنك تنظيف بقعة النفط بسرعة باستخدام طريقة تزيد أيضًا من نقاء الزيت المستعاد، وبالتالي تزيد من احتمالية إعادة استخدامه؟

النتائج

قام فريق من جامعة تكساس في أوستن، بقيادة جويهوا يو، أستاذ علوم المواد، بتطوير نظام جديد من خطوتين يمكن أن يقلل بشكل كبير من الوقت الذي يستغرقه تنظيف الانسكابات النفطية – من أسابيع إلى أيام. أولاً، يركز النظام على امتصاص الزيت باستخدام جهاز يشبه أسطوانة الطلاء العملاقة. إلا أنه بدلاً من توزيع الطلاء، تقوم الأسطوانة بجذب الزيت المنطلق في المحيط.

إن الأسطوانة الشبكية مغلفة بمادة هلامية كارهة للماء والتي تهدف إلى جذب الزيت وفصله عن الماء. يعد القيام بذلك بفعالية باستخدام طرق التنظيف الحالية أمرًا صعبًا، حيث غالبًا ما يحصل الكاشطون على خليط من الزيت والماء عند إرسالهم إلى البحر للاستجابة لحادث ما. ومع ذلك، يسمح لهم الجل بجذب الزيت بدون الماء.

تشتمل العديد من الانسكابات على النفط الخام، وهو الشكل الذي يظهر فيه النفط مباشرة بعد استخراجه، وقبل أن يتم تكريره إلى منتجات مثل البنزين أو وقود الطائرات. يتمتع النفط الخام بلزوجة عالية، مما يعني أنه لزج للغاية ويمكن أن يكون من الصعب فصله عن الماء. ولمعالجة هذه المشكلة، فكر يو وفريقه في نهج جديد آخر: تسخينه.

باستخدام التسخين التحريضي غير الملامس، يقوم الباحثون بتسخين النفط الخام إلى حوالي 194 درجة فهرنهايت (90 درجة مئوية)، مما يقلل بشكل كبير من لزوجة الزيت ويجعله أكثر سيولة. وهذا يسمح لها بالمرور بسهولة عبر الشبكة الموجودة في الأسطوانة وإلى المجمع الموجود أسفل الأسطوانة. العملية برمتها مستمرة، مما يقلل من الوقت المستغرق في التنظيف. ومن الناحية العملية، يعتقد الباحثون أنه يمكن ربط البكرات بقوارب كبيرة، مما سيسحبها عبر منطقة بها انسكاب ويسمح لها بامتصاص النفط وجمعه.

حقق هذا النظام المكون من خطوتين كفاءة فصل الزيت عن الماء بنسبة 99% في التجارب المعملية. ويدعي الفريق أن هذه الطريقة أسرع بنحو 10 مرات من كاشطات الزيت التقليدية المستخدمة لتنظيف المحيطات.

لماذا فعلوا ذلك

جاءت فكرة يو لتطوير تقنية أكثر كفاءة لتنظيف النفط بعد حادثة ديب ووتر هورايزون في خليج المكسيك في عام 2010. وتعد الكارثة، التي أودت بحياة 11 شخصًا وعدد لا يحصى من الحيوانات البحرية، أكبر تسرب عرضي للنفط في التاريخ، مما أدى إلى مقتل 11 شخصًا وعدد لا يحصى من الحيوانات البحرية. إطلاق أكثر من 210 مليون جالون من النفط الخام في البحر. تدفق النفط إلى الخليج لمدة 87 يومًا وغطى 57000 ميل مربع (149000 كيلومتر مربع) من المحيط. استغرقت عملية التنظيف سنوات ومشاريع الترميم مستمرة.

وقال كي يان، الذي عمل مع يو في المشروع وهو الآن أستاذ في جامعة نانجينغ في الصين، لموقع Gizmodo إنه كان ملهمًا بالمثل.

“منذ سنوات عديدة، أثرت فيّ بشدة صورة كارثة التسرب النفطي الحقيقية، حيث كانت الحيوانات البحرية الميتة الضخمة تطفو على البحر أو مكتظة بكثافة في كل مكان على الشاطئ. قال يان: “لقد تم تشجيعي على القيام بشيء لإحداث تغيير باستخدام خبرتي”، مضيفًا أن “البروفيسور. لقد أتاح لي يو الفرصة للجمع بين علوم المواد وأبحاث تنظيف الانسكابات النفطية لإحداث تغيير.

وبالنظر إلى عدد مرات حدوث الانسكابات والتهديدات التي تشكلها، بدأ يو في تحليل الأساليب المستخدمة لتنظيف النفط. وقد انجذب بشكل خاص إلى كاشطات النفط، التي تستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات لإزالة النفط من سطح الماء، بما في ذلك السدود المحمولة لاحتجاز النفط وشفطه.

“(مقشطة الزيت) تتطلب جهدًا كبيرًا وتستغرق وقتًا طويلاً أيضًا. وقال يو: “إن الكاشطة أيضًا لم تتغير منذ عقود، وهي ليست فعالة، خاصة عندما يتعلق الأمر بالتسربات النفطية الكبيرة جدًا”. “لذا، بدأنا بالتفكير، ما هو التحدي؟”

كأب، كان المشروع شخصيًا على مستوى أعمق بالنسبة ليو. وقال: “لدي ثلاثة أطفال، ووجود أمنا الأرض قادرة على الحفاظ على نفسها في المستقبل لأجيال عديدة قادمة هو جزء مهم من عملي”.

لماذا هم الفائز

في حين انخفض عدد الانسكابات النفطية الكبيرة على مر السنين، لا يزال هناك العديد من الانسكابات النفطية الصغيرة التي تسبب أضرارًا أيضًا. وتكون العواقب أكثر وضوحًا عندما تحدث في بيئات حساسة، مثل الشواطئ والأراضي الرطبة.

يمكن أن تسبب الانسكابات النفطية أضرارًا كارثية لا يمكن إصلاحها للأنظمة البيئية للمحيطات. علاوة على ذلك، فإن تنظيف البقع النفطية في أسرع وقت ممكن أمر بالغ الأهمية، لأنه يمنع النفط من الوصول إلى السواحل والانتشار، مما يجعل إزالته أكثر صعوبة. في الوقت الحالي، يمكن أن تستغرق عمليات التنظيف الصغيرة والمتوسطة أيامًا أو أسابيع. وفي حالة الانسكابات الكبيرة مثل ديب ووتر هورايزون، فقد يستغرق الأمر سنوات. تواجه معظم التقنيات الحالية صعوبة عند تنظيف الزيوت ذات اللزوجة العالية، والتي يمكن أن تكون لزجة وحتى غير قابلة للحركة.

يمكن أن تغير الطريقة الدوارة الجديدة للفريق قواعد اللعبة في تنظيف الانسكاب النفطي، مما يقلل بشكل كبير من الوقت الذي يستغرقه تنظيف الانسكاب واستعادة ما يقرب من 99٪ من النفط المنبعث. ويعني هذا الجدول الزمني المنخفض وزيادة الكفاءة أن التعافي البيئي يمكن أن يبدأ بشكل أسرع. هناك أيضًا جانب إيجابي آخر: يمكن إعادة استخدام النفط الذي يجمعونه.

ما هو التالي

وقال يو إن البحث أثار اهتماما كبيرا من شركات النفط. ومع ذلك، فهي ليست جاهزة للانتشار في البحر بعد. لقد تمكنوا حتى الآن من تحقيق نتائج إيجابية في إعدادات المختبر ويعملون على توسيع نطاق التكنولوجيا ليكونوا قادرين على معالجة المناطق الضخمة المتأثرة بالتسربات النفطية.

يتضمن التوسع أيضًا تعديل كيمياء الجل المستخدم على البكرات لضمان استقراره على نطاق أوسع وإجراء المزيد من الاختبارات للتكنولوجيا في ظروف المحاكاة.

أستاذ UT-Austin مقيد أيضًا بالموارد البشرية. نفذ يو المشروع بمساعدة طلابه الخريجين، الذين لم يعد العديد منهم موجودين في الجامعة وانتقلوا إلى الخطوة التالية في حياتهم المهنية. في حين أن يو يشعر بسعادة غامرة تجاه طلابه السابقين ويدرك أن المضي قدمًا هو جزء من تعليمهم العلمي، إلا أنه يضيف المزيد من الوقت إلى بحثه لأنه يتعين عليه تدريب التلاميذ الجدد ومساعدتهم على التقدم قبل أن يتمكن من العمل على التقدم.

وقال يو إنه يأمل أن يتمكن من مشاركة التكنولوجيا مع شركاء الصناعة واختبارها في مواقف حقيقية في وقت ما في عام 2025.

الفريق

يتألف فريق المشروع من يو، الذي قاد البحث، بالإضافة إلى باحثي الدكتوراه السابقين كي يان وفاي تشاو. ويعمل يان وتشاو حاليا أستاذين في جامعة نانجينغ ومعهد بكين للتكنولوجيا، على التوالي. وضمت أيضًا الأساتذة ليجيا بان، ويونغتشانغ جيانغ، ويي شي من جامعة نانجينغ في الصين. ساعد كيشور موهانتي، أستاذ الهندسة في جامعة تكساس، الفريق في شراء الزيت اللزج الخام لإجراء تجاربهم المعملية.

انقر هنا لرؤية جميع الفائزين في معرض Gizmodo للعلوم لعام 2024.