Las pruebas realizadas la semana pasada de una tecnología novedosa que puede acelerar en gran medida la combustión del petróleo crudo que flota en el agua demostraron su potencial para convertirse en una herramienta eficaz para minimizar el impacto ambiental de futuros derrames de petróleo. Llamado el reflujo de llamas, La tecnología, desarrollado por investigadores de ingeniería de protección contra incendios en Worcester Polytechnic Institute (WPI) con fondos de la Oficina de Seguridad y Cumplimiento Ambiental (BSEE), podría hacer posible quemar rápidamente el petróleo derramado mientras se producen niveles relativamente bajos de contaminantes del aire.

Las pruebas del Flame Refluxer fueron realizadas entre el 13 y el 17 de marzo por WPI y BSEE en la Instalación de Prueba Marítima Conjunta de la Guardia Costera de los Estados Unidos en Little Sand Island. ubicado en Mobile Bay. WPI es la primera universidad que trabaja en investigación en la instalación desde que reabrió en 2015. Las pruebas involucraron quemaduras controladas de petróleo en un tanque de prueba especialmente diseñado en la isla.

"La quema in situ se ha utilizado con gran éxito, y nuestro objetivo es respaldar la investigación que hace que un buen método sea aún mejor, "dijo Karen Stone, ingeniero de respuesta a derrames de hidrocarburos en BSEE. "Esta investigación, y los resultados de estas pruebas, son particularmente emocionantes. Vimos que los incendios más calientes aumentaban la cantidad de aceite que se consumía, lo que parecen ser emisiones más limpias, y una reducción significativa de los residuos de quemaduras después de la quemadura. Inicialmente teníamos la esperanza de que la tecnología pudiera capturar cualquier residuo restante después de la quemadura, pero los fuegos ardieron tan eficientemente que había muy poco que recolectar ".

Cuando se derrama aceite en aguas abiertas, quemarlo en su lugar (lo que se denomina quema in situ) puede ser un método eficaz para eliminar el petróleo antes de que se asiente en la columna de agua y cause daños ecológicos. De hecho, el proyecto de investigación actual se basa, en parte, sobre la experiencia del desastre de Deepwater Horizon de 2010, durante el cual se eliminaron más de 400 quemaduras controladas entre 220, 000 y 310, 000 barriles de petróleo de la superficie del océano.

Si bien esa experiencia demostró el potencial de las quemaduras para convertirse en una herramienta de limpieza eficaz, también dejaron en claro las limitaciones de las técnicas actuales. Por ejemplo, Los incendios de petróleo en aguas abiertas pueden ser difíciles de sostener, producen humo, y dejan un residuo parecido al alquitrán que puede dañar la vida marina. El Flame Refluxer está diseñado para superar cada uno de esos problemas.

Según Scott Fields, del Centro de Investigación y Desarrollo de la USCG, "la quema in situ ya es un proceso muy exitoso, pero queremos mejorar la calidad del aire para nuestros socorristas que participan en la limpieza de derrames de petróleo ".

El Flame Refluxer consiste en bobinas de metal unidas a una manta hecha de lana de cobre intercalada entre dos capas de malla de cobre. La manta está diseñada para colocarse encima de aceite flotante que ha sido recolectado con una botavara remolcada por botes. Después de que se enciende el aceite, las bobinas y la manta transmiten calor de las llamas para sobrecalentar el aceite, lo que aumenta su velocidad de combustión y eficiencia. Como resultado, el aceite se quema más completamente. La combustión más completa produce menos emisiones en el aire, y cualquier residuo sólido es capturado por la lana de cobre y mantenido fuera de la columna de agua.

La tecnología fue desarrollada en WPI por un equipo dirigido por Ali Rangwala, profesor de ingeniería de protección contra incendios, como resultado de una investigación financiada por el Departamento del Interior de los EE. UU. destinada a evaluar la viabilidad de utilizar quemaduras in situ para limpiar derrames de petróleo en lugares remotos del Ártico, donde el clima severo puede dificultar la movilización rápida de equipos y cuadrillas de limpieza. Cuando las pruebas de laboratorio identificaron los desafíos de encender y sostener incendios de petróleo en hielo y agua fría, Rangwala y su equipo comenzaron a explorar métodos para hacer que el aceite sea más fácil de quemar al transmitir el calor de las llamas al aceite. El Flame Refluxer es el producto de esa exploración.

"La tecnología es tan simple, no tiene partes móviles, es barato y mejora significativamente la velocidad de combustión del aceite. Las pruebas que realizamos en esta instalación única nos permitirán hacer avanzar la tecnología más cerca del despliegue real ", dijo Rangwala.

Los prototipos de la tecnología se probaron en el laboratorio de ingeniería de protección contra incendios de última generación en WPI. Las pruebas en la Instalación de Pruebas Marítimas Conjuntas utilizaron un prototipo más grande, una manta circular de casi 1,5 metros (cuatro pies, ocho pulgadas) de ancho con hasta 48 bobinas de metal adjuntas. La manta se sumergió en una capa de petróleo crudo que flotaba en el agua. Se bombeó aceite al aparato de prueba para mantener la capa de aceite a aproximadamente un centímetro (0,4 pulgadas) durante cada 10-20 minutos de combustión de prueba. (Investigaciones anteriores han demostrado que el petróleo crudo se quema con mayor eficacia cuando la capa de petróleo se mantiene entre uno y cuatro centímetros).

Durante las quemaduras de prueba realizadas con y sin Flame Refluxer, los investigadores midieron una serie de parámetros, incluidas las temperaturas por encima del fuego del aceite y el caudal de aceite entregado al aparato de prueba, para determinar la eficacia con la que el Flame Refluxer transmitía el calor de las llamas al aceite (un proceso conocido como flujo de calor) y cómo cambiaba la velocidad de combustión del aceite. Una estación de muestreo de aire recogió las emisiones producidas por el fuego y midió continuamente varios subproductos de la combustión:dióxido de carbono, monóxido de carbono, dioxido de nitrogeno, dióxido de azufre, y material particulado (PM2.5 y PM10). La manta de cobre se pesó antes y después de cada prueba para ver qué tan efectivamente atrapaba los residuos de los incendios de petróleo.

Si bien tomará tiempo analizar el gran volumen de datos recopilados durante las pruebas quemadas e informar los resultados oficiales, Rangwala dijo que el equipo de investigación hizo varias observaciones que sugirieron que la tecnología Flame Refluxer funcionó como se esperaba. "Cuando observamos un humo negro denso durante una prueba de referencia, donde quemamos crudo sin manta y bobinas, cuando el Refluxer estaba en uso, el humo era más fino y gris, a pesar de que se estaba quemando más aceite. De hecho, Nuestras mediciones muestran que se quemó entre cuatro y cinco veces más aceite por minuto con el Flame Refluxer en su lugar. Finalmente, Observamos que prácticamente no queda ningún residuo después de nuestras quemaduras con el Refluxer, una indicación de que promueve una combustión más completa del aceite ".