Sollys reducerer effektiviteten af ​​dispergeringsmidler, der bruges i olieudslip

To nye undersøgelser har vist, at sollys forvandler olieudslip på havoverfladen mere signifikant og hurtigere end tidligere antaget. Fænomenet begrænser i høj grad effektiviteten af ​​kemiske dispergeringsmidler, som er designet til at bryde flydende olie op og reducere mængden af ​​olie, der når kystlinjer.

Et forskerhold ledet af Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) fandt ud af, at sollys kemisk ændrer råolie, der flyder på havoverfladen inden for timer eller dage. I en opfølgende undersøgelse rapporterede holdet, at sollys ændrer olie til forskellige forbindelser, som dispergeringsmidler ikke let kan bryde op. Resultaterne af disse to undersøgelser kan påvirke, hvordan respondere beslutter, hvornår, hvor, og hvordan man bruger dispergeringsmidler.

De relaterede undersøgelser blev offentliggjort den 20. februar, 2018 i Tidsskrift Environmental Science &Technology og i dag (25. april, 2018) i bladet Miljøvidenskab og teknologibreve .

"Man har troet, at sollys har en ubetydelig indvirkning på effektiviteten af ​​dispergeringsmidler, " sagde Collin Ward, en videnskabsmand ved WHOI og hovedforfatter af begge undersøgelser. "Vores resultater viser, at sollys er en primær faktor, der styrer, hvor godt dispergeringsmidler fungerer. Og fordi fotokemiske ændringer sker hurtigt, de begrænser mulighederne for at anvende dispergeringsmidler effektivt."

Dispergeringsmidler indeholder rengøringsmidler, ikke ulig de folk bruger til at vaske op, som hjælper med at bryde olie i små dråber, der kan blive fortyndet i havet, og/eller bliver spist af mikrober, før olien kan fejes til følsomme kyster. Men for at udføre deres arbejde, vaskemidlerne (også kendt som overfladeaktive stoffer) skal først blandes med både olien og vandet – og olien og vand, berømt, bland ikke.

For at overvinde denne barriere, dispergeringsmidler indeholder et organisk opløsningsmiddel, der hjælper olien, rengøringsmidler, og vand til at blande. Kun indtil dette nøgletrin finder sted, kan de overfladeaktive stoffer gøre deres arbejde for at bryde olie i dråber. Men sollys hindrer dette nøgletrin, viser de nye undersøgelser.

Før dispergeringsmidler overhovedet kan påføres, lysenergi fra solen bryder allerede kemiske bindinger i olieforbindelser - spalter atomer eller kemiske kæder og skaber åbninger, hvor ilt kan fæstne sig. Denne foto-oxidationsproces (også kendt som fotokemisk "forvitring") ligner den proces, der får maling på din bil eller farver på dit tøj til at falme, hvis de står ude i solen for længe.

Til dato, test for at bestemme effektiviteten af ​​dispergeringsmidler brugte kun "frisk" olie, der ikke var blevet ændret af sollys. I deres studier, forskerne udførte omfattende laboratorietests, der udsatte olie for sollys. De viste, at sollys hurtigt omdanner olie til rester, der kun er delvist opløselige i dispergeringsmiddelets opløsningsmiddel. Det begrænser vaskemidlers evne til at blande sig med den fotooxiderede olie og bryde olien i dråber.

Fundet tyder på, at respondenter bør tage højde for sollys ved bestemmelsen af ​​"mulighedsvinduet" for at bruge dispergeringsmidler effektivt. Det ville være langt kortere end tidligere antaget på solrige dage, end det ville være på overskyede dage.

"Denne undersøgelse udfordrer paradigmet om, at fotokemisk forvitring har en ubetydelig indvirkning på effektiviteten af ​​luftdispergeringsmidler anvendt som reaktion på olieudslip, " sagde Ward. "Sollys ændrer hurtigt olie til kemiske forbindelser, som dispergeringsmidler ikke let kan bryde op i dråber. Så fotokemisk forvitring er en kritisk faktor, der bør overvejes for at optimere beslutninger om, hvornår der skal bruges dispergeringsmidler."

I laboratorieforsøg i 1970'erne, videnskabsmænd havde vist, at lys ændrer oliens kemi, men resultaterne kunne ikke anvendes på store olieudslip i havet. Dette skyldtes hovedsagelig i de fleste spild, olien strømmede hurtigt væk fra scenen, før den kunne udtages med det samme - i det kritiske korte tidsrum, før sollys fotooxiderede den. Den kontinuerlige strømning fra Deepwater Horizon -katastrofen i 2010 gav en enestående mulighed:Fordi olie flød på havoverfladen i 102 dage, det gav embedsmænd en chance for at indsamle olie kort efter, at den dukkede op og blev udsat for sollys.

WHOI -forskerne indhentede og testede prøver af Deepwater Horizon -olie, der blev skummet fra overfladen næsten umiddelbart efter, at den dukkede op. De fandt ud af, at jo længere olien flød på den solbeskinnede havoverflade, jo mere blev olien fotooxideret. De vurderede, at halvdelen af ​​den spildte olie var blevet ændret inden for få dage.

Det næste trin var at teste, hvordan den fotooxiderede olie ville reagere på dispergeringsmidler. Forskerne testede frisk uændret Deepwater Horizon-olie, der blev opsamlet direkte fra det knækkede stigrør på havbunden. De kontrollerede omhyggeligt laboratorieforhold for at forhindre temperaturændringer, fordampning, lysinfiltration, og andre faktorer, og de udsatte olien for stigende lysvarigheder. Cassia Armstrong, en gæstestuderende fra Trinity College, spillet en nøglerolle i udførelsen af ​​disse tests og er forfatter til papiret.

WHOI-forskerne samarbejdede også tæt med Robyn Conmy, en af ​​U.S. Environmental Protection Agencys førende eksperter i udvikling af nye teknologier til at reagere på olieudslip. For at udføre test af effektiviteten af ​​dispergeringsmidler, EPA bruger en specifik metode og specialdesignede glasvarer, som Conmy lånte til WHOI-forskerne til deres eksperimenter.

Resultaterne af eksperimenterne viste, at lys hurtigt fotooxiderede den friske olie, ændre det til forbindelser, der reducerede effektiviteten af ​​dispergeringsmidler med mindst 30 procent på få dage.

Dernæst gik forskerne sammen med Deborah French McCay, en internationalt anerkendt olieudslipsmodeller hos RPS ASA, et videnskabs- og teknologikonsulentfirma i Rhode Island. De simulerede forhold, der kunne være opstået under Deepwater Horizon-udslippet, inklusive en række vindhastigheder og sollysniveauer. Så overlejrede de alle de 412 faktiske flyvelinjer af fly, der sprøjtede dispergeringsmidler under krisen.

Resultaterne viste, at under gennemsnitlige vind- og sollysforhold, de fleste dispergeringsmidler ville ikke have opnået minimumseffektivitetsniveauer (udpeget af EPA), fordi de var rettet mod fotokemisk forvitret olie. Selv under de bedste scenarier for sprøjtning af sprøjtemidler fra luften - overskyet vejr (hvilket ville begrænse fotokemisk forvitring) og høje vindforhold (som ville transportere olie længere fra spildområdet, før sollys transformerede det) - ville snesevis af sprøjtemidler fra luften stadig ikke har opnået EPA-udpegede effektivitetsniveauer.

"Vi samlede et team, der kombinerede den akademiske ekspertise, regering, og industri, " forklarede Christopher Reddy, marin kemiker hos WHOI. "I fremtidige olieudslipskriser, samfundet har brug for den samme form for samarbejde og samarbejde for effektivt at træffe de klogeste beslutninger om, hvordan man reagerer mest effektivt. "

"Denne undersøgelse viser, hvor vigtigt det er at lave den mest basale forskning i kemiske reaktioner, der finder sted i miljøet, " sagde Henrietta Edmonds, en programdirektør i National Science Foundations afdeling for havvidenskab, som finansierede forskningen. "Resultaterne hjælper os med at lære, hvordan vi effektivt reagerer på olieudslip."