建立更好的分散剂

2010年5月5日,美国空军预备役司令部的一架C-130大力神运输机在墨西哥湾部署分散剂,作为“深水地平线”/英国石油公司石油泄漏响应工作的一部分。
2010年5月5日,美国空军预备役司令部的一架C-130大力神运输机在墨西哥湾部署分散剂,作为“深水地平线”/英国石油公司石油泄漏响应工作的一部分。 (美国空军上士Adrian Cadiz)
通过艾米丽霜

当海洋中的漏油时,光滑是媒体关注的中心,因为他们对野生动物做了很大的伤害。漂浮在表面的油可以伤害鱼类,杀死鸟类,海豚和龟,然后洗到沼泽地,牡蛎床,海草草甸,和海滩。因此,当“深水地平线”(Deepwater Horizon)钻井平台在路易斯安那州海岸42英里处发生爆炸,造成11人死亡,最终将319万桶石油泄漏到墨西哥湾深处时,救援人员求助于分散剂。分散剂是一种类似肥皂的化学物质,通过将油滴注入海水乳剂中来分解油滴——类似于制作沙拉酱时得到的油性混合物。大多数家用肥皂清洗掉的动物脂肪和油脂在化学上与石油不同,所以分散剂是专门为石油和海水共存的情况设计的。较小的油滴仍悬浮在水柱中,在那里它们更有可能被降解石油的细菌吃掉,随着时间的推移被分解,而不是浮在水面形成浮油。

在深水地平线/英国石油公司事故现场附近,一只被严重污染的肯普氏雷德利海龟被发现。
在深水地平线/英国石油公司事故现场附近,一只被严重污染的肯普氏雷德利海龟被发现。 (NOAA)

2010年春季和夏季,清理小组迅速采取行动,向墨西哥湾喷洒了大约200万加仑的Corexit分散剂,这些分散剂由飞机、船只甚至远程操作的车辆在海平面以下约5000英尺的泄漏源处分发。对一些人来说,Corexit是此次漏油事件的明星,它阻止了浮油的形成,并阻止了大部分石油到达陆地。

然而,其他人却不这么看。当Corexit和其他分散剂部署在海湾因为关于它们如何影响人类和环境健康的研究很少。和其他香皂一样,Corexit不会对人体造成少量伤害epa批准用作分散剂在石油泄漏之后。但是如果是大量的分散剂,比如在深水地平线漏油事件中使用的分散剂,美国环保署建议所有分散剂都要小心处理,包括防护服和口罩,以减少吸入和皮肤刺激——以防万一。人们对它们对环境的影响知之甚少。一旦进入水中,细小的分散剂和油滴就是浮游动物的完美食物。一项研究发现石油和Corexit的混合物对小动物有毒会影响它们的生长和行为,甚至可能致命。分散剂进入环境后,不易分解。这两个在深海珊瑚群落中发现了石油和分散剂泄漏后6个月,对沿海生态系统的影响长达2年,影响未知。欧宝体育稳不稳

因此,被认为是漏油事件中英雄的分散剂反而被描绘成恶棍,被认为比石油本身更具毒性。这并不一定是事实。

一群工程师,化学家和物理学家称为“C-Meds”(短暂的分散剂体系分子工程联盟)由墨西哥湾的研究倡议资助(GOMRI)正在寻求更好地了解我们使用和寻找下一代分散剂的分散剂,这些分散剂可以更有效地分解油烟,并具有较少的环境危害。

2010年6月,从美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的研究飞机上看到的“深水地平线”(Deepwater Horizon)石油泄漏的景象。
2010年6月,从美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的研究飞机上看到的“深水地平线”(Deepwater Horizon)石油泄漏的景象。 (David Valentine,加州大学圣巴巴拉分校)

一种改进分散剂的方法是如果它们能更好地混合油和水,这是罗德岛大学的研究人员目前正在研究的一种方法。他们正在研究碳粒子,比如炭黑(它通常用于加固橡胶轮胎,以及在睫毛膏等化妆品中用作上色剂),它少量无毒,而且比Corexit更能混合油和水。碳的密度是水的两倍——比目前的分散剂密度大得多,后者的密度类似于油(即比水的密度小)。这给了碳粒子一个潜在的优势。稠密的碳颗粒附着在油滴上,使它们下沉,以便更好地在水柱中混合。这些微粒还能让乳化的石油在水柱中停留更长的时间,在石油到达海岸或海底之前,给了以石油为食的细菌更多的时间来吞食石油。

另一种使分散剂更环保的方法是提高分散剂的效率,这样清理泄漏时所需的分散剂就更少。c - med的一组研究人员正试图通过使用由微小中空管组成的天然粘土颗粒来实现这一目标。直径约为20纳米(相当于人类头发的千分之一),每根管子都充满了类似肥皂的分散剂成分。当被添加到泄漏物上时,它们会附着在油和水的界面上,然后慢慢地将分散剂释放到水中,类似于缓释药物在一段时间后逐渐缓解。也许与直觉相反,这种方法可能需要较少的分散剂。当使用Corexit这样的快速分散剂时,工作人员要使用大量分散剂,以确保它在被冲走之前到达所有溢出的石油。然而,粘土颗粒分散剂会在油水界面粘附较长时间,确保分散剂在正确的区域释放。

碳颗粒和粘土纳米管分散剂是许多正在开发的选择中的两种。c - med已经证明了这一点Corexit是在环境中存在时间最长的一种化学物质- 磺基磺酸钠(DOSS) -是否可以用无毒食品级材料的组合来替代,包括用于冰淇淋的一种。也有研究着眼于仙人掌蛋白,它可以与传统分散剂一起使用,以减少所需的量。与分散剂相反,无毒的“牧人”油被认为是在冷水中泄漏的一个很好的替代方案,因为融化的淡水和漂浮的冰山挡住了泄漏的路。

我们不需要等到下一次大的石油泄漏才知道这些替代方案是否能发挥作用。密歇根大学的Ron Larson建立了一个复杂的计算机模型,用来模拟分散剂如何在原子水平上与油和水相互作用。(他使用Corexit建造了它,但也计划创建分散剂替代品的模型。)该模型模拟了Corexit与油和水的相互作用,每千万亿分之一秒拍摄“快照”,仔细观察分子之间的每一次运动和相互作用。拉尔森解释说,通过了解Corexit化学成分的细节,他希望能更清楚地了解它分解石油的效率,以及最终分散剂能在生态系统中停留多长时间。这种类型的模型可以用来比较不同类型的分散剂的有效性。

波槽在SL Ross坐在一个像掩体一样的结构闲置。
SL Ross的波浪水槽 (由Arijit Bose提供)

一旦分散剂的分子水平被模拟出来并在实验室中进行测试,研究人员就转移到波浪池。不涉及冲浪;相反,研究人员在一个小波浪槽(10米(32英尺)长,1.5米(近5英尺)宽和深)中测试他们的分散剂对石油泄漏的影响,就像在加拿大专门研究石油泄漏的咨询公司SL Ross(左图)的一个。在Ohmsett (国家溢油响应研究和可再生能源测试设施)还有一个更大的海浪池,里面有一个260万加仑的盐水水箱。在那里可以重现各种真实世界的情景,包括地面泄漏,低波或高波作用。炭黑分散剂已经在SL Ross进行了模拟表面泄漏测试,所有的团队都希望在这些更大的规模上做更多的测试。

经过多次迭代——提炼新的分散剂,制作分子模型,实地测试——研究人员希望在下一次石油泄漏时找到更有效、更环保的替代品(风险可以减少,但不能消除)。分子水平上的工作通常与现实世界中的科学实际应用相去甚远。但在分散剂的研究中,C-MEDs研究团队正在把非常理论的所谓“象牙塔”或非应用的学术研究带到现实世界中。拉森说:“我们可以看到,(我们使用的)方法非常象牙塔。”“但现在(他们)走出象牙塔,来到浮油区。”

海洋门户网站得到了墨西哥湾研究计划(GoMRI)的支持,以发展和分享有关GoMRI和漏油科学的故事。

墨西哥湾研究倡议(GoMRI)是一个为期10年的独立研究项目,目的是研究碳氢化合物释放对环境和公共健康的影响及其潜在的相关影响,并开发改进的泄漏缓解、石油检测、特性描述和补救技术。欲了解更多信息,请访问http://gulfresearchinitiative.org/

2015年1月