¿Puede la ciencia sólida guiar el uso de dispersantes durante los derrames de petróleo submarinos?

17 de abril de 2012

por el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia

Hace dos años esta semana, el petróleo comenzó a fluir desde el lecho marino hacia el Golfo de México luego de la explosión de la plataforma Deepwater Horizon. En total, el desastre costó 11 vidas, liberó 4,9 millones de barriles de petróleo crudo y causó impactos aún no especificados en la vida marina y la economía del Golfo.

Ahora, un par de investigadores del Instituto de Ciencias Marinas de Virginia están usando un contrato de 1 año y $350,000 del Departamento del Interior de EE. UU. para probar si las ondas de sonido se pueden usar para determinar el tamaño de las gotas de petróleo en el fondo del mar, sabiendo que podría ayudar a guiar el uso de dispersantes químicos durante la limpieza de futuros derrames. El esfuerzo también cuenta con el apoyo de VIMS-Industry Partnership.

Los dispersantes químicos se han aplicado convencionalmente a las manchas de petróleo en la superficie para producir gotas más pequeñas que las turbulencias oceánicas pueden mezclar más fácilmente hacia abajo. La dispersión a través de un volumen de agua mayor reduce la amenaza inmediata a la costa y a organismos como aves marinas, mamíferos marinos y tortugas. La dispersión también aumenta el área de superficie disponible para la descomposición bacteriana.

Sin embargo, durante el evento de aguas profundas, la industria petrolera por primera vez liberó dispersantes directamente en una explosión en aguas profundas. De hecho, de los 1,84 millones de galones de dispersantes utilizados durante el derrame, el 42 % (771 000 galones) se aplicó en la boca del pozo, a 5067 pies por debajo de la superficie. La idea era reducir tanto la cantidad de petróleo que llegaba a la superficie como la cantidad de dispersantes que era necesario aplicar.

Hoy en día, la eficacia y seguridad de esta aplicación de dispersante en aguas profundas sigue sin conocerse, al menos en parte debido a la dificultad de monitorear el tamaño de las gotas de petróleo dentro de la pluma submarina. Ahí es donde entra en juego la investigación de VIMS.

El líder del proyecto Paul Panetta, científico de Applied Research Associates, Inc. y profesor adjunto en VIMS, dice: "Para maximizar la biodegradación, los dispersantes están diseñados para producir gotas de aceite de menos de 100 micrones de ancho. Pero actualmente no hay herramientas disponibles para monitorear el tamaño de las gotas en explosiones submarinas profundas. Nuestro objetivo es desarrollar técnicas acústicas para ese propósito, brindando a los respondedores de derrames un medio para medir la efectividad de los dispersantes y cuánto deben usar".

Existen herramientas para medir el tamaño de las gotas dentro de las manchas de petróleo dispersas en la superficie del mar y justo debajo de ella, incluidos fluorómetros ultravioleta y LISST (para transmisómetros y dispersión láser in situ). Pero estos dispositivos ópticos no son adecuados para su uso dentro de penachos de petróleo altamente opacos.

Los instrumentos y técnicas acústicas ofrecen una alternativa prometedora. "Hay una razón por la que muchos mamíferos marinos usan el sonido en lugar de la vista para las comunicaciones de larga distancia", dice el miembro del equipo Carl Friedrichs, presidente de Ciencias Físicas y director del laboratorio de Dinámica de Sedimentos e Hidrodinámica Costera en VIMS. "La luz no puede llegar tan lejos en el agua, y mucho menos en el agua turbia, en comparación con las ondas de sonido". Friedrichs señala que los instrumentos acústicos también tienden a ser menos delicados que sus contrapartes ópticas y son más capaces de resistir la "incrustación biológica" y las altas presiones de las profundidades marinas.

Panetta y Friedrichs realizaron los primeros experimentos para el proyecto en diciembre de 2011 en Ohmsett Wave Tank en Leonardo, Nueva Jersey, que sirve como Instalación Nacional de Investigación de Respuesta a Derrames de Petróleo y Pruebas de Energía Renovable para el Departamento del Interior de EE. UU. Esta cuenca de hormigón de 2,6 millones de galones, uno de los tanques de olas más grandes del mundo, mide 666 pies de largo por 65 pies de ancho por 11 pies de profundidad. Cuenta con un inmenso pistón para generar olas de hasta 3 pies de altura, un sistema de distribución y recuperación de aceite y un puente motorizado para desplegar instrumentos.

Durante sus pruebas de Ohmsett, Panetta y Friedrichs compararon el rendimiento de instrumentos ópticos y acústicos prestados de sus laboratorios en VIMS, transmitiendo, recibiendo e interpretando ondas de sonido y luz mientras se reflejaban contra una suspensión acuosa de 20 partes de aceite por 1 parte de dispersante.

En un segundo experimento en VIMS, la pareja realizó un experimento similar pero en una escala mucho más pequeña y simple. Esta vez compararon el rendimiento de sus instrumentos ópticos y acústicos en un balde pequeño, agregaron dispersantes al mismo petróleo crudo utilizado en Ohmsett y crearon turbulencias con un mezclador de pintura accionado por un taladro.

Recientemente realizaron una tercera prueba en Noruega, en un tanque operado por SINTEF, la organización de investigación independiente más grande de Escandinavia. Este "tanque de torre", creado específicamente para estudiar las liberaciones de petróleo bajo la superficie, mide 21 pies de alto por 9 pies de ancho y deja espacio para varios instrumentos, incluidas cámaras de video, un LISST y, en este caso, el equipo acústico suministrado por el equipo VIMS. .

En los tres casos, los resultados preliminares del equipo confirman cualitativamente la superioridad potencial de un enfoque acústico para monitorear la dispersión de petróleo. "Nuestras pruebas mostraron que las técnicas acústicas fueron efectivas para penetrar el penacho", dice Panetta, "mientras que el LISST habría sido ineficaz. Nuestras mediciones iniciales indican que las mediciones acústicas pueden rastrear el tamaño de las gotas para una liberación de petróleo bajo la superficie".

El siguiente paso, dice Panetta, es "tomar estos datos y convertirlos en un método de medición que nos diga exactamente cuál es el tamaño de las gotas. Eso sería valioso para las personas que rocían los dispersantes y para las personas que modelan el destino". del petróleo, porque durante la limpieza de un derrame de petróleo, el tamaño de las gotas de petróleo afecta todo".

Panetta y Friedrichs dicen que su objetivo final es asociarse con el sector privado para que los fabricantes de sonares comerciales puedan adaptar la nueva tecnología a sus instrumentos existentes para su uso en la industria del petróleo y el gas. "Ese es el plan tecnológico a más largo plazo", dice Panetta, "pero obviamente primero tenemos que descubrir la ciencia detrás de él para que funcione. Tenemos que resolver el problema de la física: descubrir qué señales analizar y cómo interpretarlas". para que podamos obtener una medida cuantitativa del tamaño de las gotas de aceite".

Proporcionado por el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia