Los ingenieros de la Universidad de Rice han descubierto cómo el suelo contaminado por petróleo pesado no solo puede limpiarse, sino también volverse fértil.

¿Cómo saben que funciona? Cultivaron lechuga.

Los ingenieros arroceros Kyriacos Zygourakis y Pedro Alvarez y sus colegas han perfeccionado su método para eliminar los contaminantes derivados del petróleo del suelo mediante el antiguo proceso de pirólisis. La técnica calienta suavemente el suelo mientras mantiene el oxígeno fuera, lo que evita el daño que se suele hacer a los suelos fértiles cuando la quema de hidrocarburos provoca picos de temperatura.

Si bien los derrames marinos de gran volumen captan la mayor parte de la atención, El 98 por ciento de los derrames de petróleo ocurren en tierra, Álvarez señala, con más de 25, 000 derrames al año reportados a la Agencia de Protección Ambiental. Eso aclara la necesidad de una reparación rentable, él dijo.

"Vimos una oportunidad para convertir un pasivo, suelo contaminado, en una mercancía, tierra fértil, "Dijo Álvarez.

La clave para retener la fertilidad es preservar las arcillas esenciales del suelo, Dijo Zygourakis. "Las arcillas retienen el agua, y si subes demasiado la temperatura, básicamente los destruyes, ", dijo." Si superas los 500 grados Celsius (900 grados Fahrenheit), la deshidratación es irreversible ".

Los investigadores pusieron muestras de suelo de Hearne, Texas, contaminado en el laboratorio con crudo pesado, en un horno para ver qué temperatura eliminó mejor la mayor cantidad de aceite, y cuánto tiempo tomó.

Sus resultados mostraron que el calentamiento de las muestras en el tambor giratorio a 420 C (788 F) durante 15 minutos eliminó el 99,9 por ciento del total de hidrocarburos de petróleo (TPH) y el 94,5 por ciento de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). dejando los suelos tratados con aproximadamente los mismos niveles de contaminantes que se encuentran en los suelo no contaminado.

El artículo aparece en la revista American Chemical Society. Ciencia y Tecnología Ambiental . Sigue varios artículos del mismo grupo que detallaron el mecanismo por el cual la pirólisis elimina los contaminantes y convierte algunos de los hidrocarburos no deseados en carbón. dejando tras de sí un suelo casi tan fértil como el original. "Si bien calentar el suelo para limpiarlo no es un proceso nuevo, "Zygourakis dijo, "hemos demostrado que podemos hacerlo rápidamente en un reactor continuo para eliminar el TPH, y hemos aprendido cómo optimizar las condiciones de pirólisis para maximizar la eliminación de contaminantes mientras minimizamos el daño del suelo y la pérdida de fertilidad.

"También aprendimos que podemos hacerlo con menos energía que otros métodos, y hemos desintoxicado el suelo para que podamos devolverlo de forma segura, " él dijo.

Calentar el suelo a aproximadamente 420 C representa el punto óptimo para el tratamiento, Dijo Zygourakis. Calentarlo a 470 C (878 F) hizo un trabajo ligeramente mejor en la eliminación de contaminantes, pero usó más energía y, más importante, disminuyó la fertilidad del suelo hasta el punto de que no se pudo reutilizar.

"Entre 200 y 300 C (392-572 F), los compuestos volátiles ligeros se evaporan, ", dijo." Cuando llegas a 350 a 400 C (662-752 F), empiezas a romper primero los enlaces heteroátomos, y luego los enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno que desencadenan una secuencia de reacciones radicales que convierten los hidrocarburos más pesados ​​en estables, carbón de baja reactividad ".

La verdadera prueba del programa piloto se produjo cuando los investigadores cultivaron lechuga Simpson de semilla negra, una variedad para la que el petróleo es altamente tóxico, en el suelo limpio original, algunos suelos contaminados y varios suelos pirolizados. Si bien las plantas en los suelos tratados fueron un poco más lentas para comenzar, encontraron que después de 21 días, las plantas cultivadas en suelo pirolizado con fertilizante o simplemente agua mostraron las mismas tasas de germinación y tenían el mismo peso que las cultivadas en suelo limpio.

"Sabíamos que teníamos un proceso que limpia eficazmente el suelo contaminado con aceite y restaura su fertilidad, "Zygourakis dijo." Pero, ¿Habíamos realmente desintoxicado el suelo? "

Para responder a esta última pregunta, el equipo de Rice se volvió hacia Bhagavatula Moorthy, profesor de neonatología en Baylor College of Medicine, que estudia los efectos de los contaminantes en el aire sobre el desarrollo neonatal. Moorthy y su laboratorio encontraron que los extractos tomados de suelos contaminados con aceite eran tóxicos para las células pulmonares humanas, mientras que la exposición de las mismas líneas celulares a extractos de suelos tratados no tuvo efectos adversos. El estudio alivió las preocupaciones de que el suelo pirolizado podría liberar partículas de polvo en el aire mezcladas con contaminantes altamente tóxicos como los PAH.

'' Una lección importante que aprendimos es que los diferentes objetivos de tratamiento para el cumplimiento normativo, La desintoxicación y la restauración de la fertilidad del suelo no tienen por qué ser mutuamente excluyentes y pueden lograrse simultáneamente. "Dijo Álvarez.

Wen Song, un académico visitante en Rice y un estudiante en la Universidad de Jinan y la Universidad de Shandong, Porcelana, es el autor principal del artículo. Los coautores son Julia Vidonish, alumna de Rice de Arcadis U.S., Seattle; El investigador postdoctoral Rice Pingfeng Yu; Roopa Kamath, un asesor ambiental en Chevron; Chun Chu, investigador asociado en Baylor College of Medicine; y Baoyu Gao, profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Shandong. Alvarez is the George R. Brown Professor of Materials Science and NanoEngineering and a professor of civil and environmental engineering at Rice. Zygourakis is the A.J. Hartsook Professor of Chemical and Biomolecular Engineering and a professor of bioengineering.