Tester som genomfördes förra veckan av en ny teknik som kraftigt kan påskynda förbränningen av råolja som flyter på vatten visade dess potential att bli ett effektivt verktyg för att minimera miljöpåverkan från framtida oljeutsläpp. Kallade Flame Refluxer, teknologin, utvecklad av brandskyddstekniska forskare vid Worcester Polytechnic Institute (WPI) med finansiering från Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE), kan göra det möjligt att snabbt bränna ut spilld olja samtidigt som det produceras relativt låga halter av luftföroreningar.

Testerna av Flame Refluxer utfördes mellan 13 mars och 17 mars av WPI och BSEE vid United States Coast Guard's Joint Maritime Test Facility på Little Sand Island, ligger i Mobile Bay. WPI är det första universitetet som har arbetat med forskning vid anläggningen sedan det öppnade igen 2015. Testerna omfattade kontrollerade brännskador av olja i en specialdesignad testtank på ön.

"In-situ-bränning har använts med stor framgång, och det är vårt mål att stödja forskning som gör en bra metod ännu bättre, "sa Karen Stone, oljeutsläppsingenjör på BSEE. "Denna forskning, och resultaten av dessa tester, är särskilt spännande. Vi såg varmare bränder öka mängden olja som förbrukades, vad som verkar vara renare utsläpp, och en signifikant minskning av brännskador efter bränningen. Inledningsvis var vi hoppfulla att tekniken kunde fånga upp eventuella kvarvarande rester efter bränningen, men bränderna brann så effektivt att det var väldigt lite att hämta. "

När olja spillts i öppet vatten, att bränna den på plats (kallad in-situ-bränning) kan vara en effektiv metod för att ta bort oljan innan den kan sätta sig i vattenpelaren och orsaka ekologisk skada. Faktiskt, det aktuella forskningsprojektet är baserat, till viss del, om erfarenheten av Deepwater Horizon -katastrofen 2010, under vilken mer än 400 kontrollerade brännskador avlägsnades mellan 220, 000 och 310, 000 fat olja från havets yta.

Även om denna erfarenhet visade att brännskador kan bli ett effektivt rengöringsverktyg, de klargjorde också begränsningarna för nuvarande tekniker. Till exempel, oljeeldar i öppet vatten kan vara svåra att upprätthålla, de producerar rök, och de lämnar efter sig en tjärliknande rest som kan skada marint liv. Flame Refluxer är utformad för att övervinna alla dessa problem.

Enligt Scott Fields från USCG Research and Development Center är in-situ-bränning redan en mycket framgångsrik process, men vi vill förbättra luftkvaliteten för våra första respondenter som sysslar med sanering av oljeutsläpp. "

Flame Refluxer består av metallspolar fästa på en filt av kopparull som ligger mellan två lager kopparnät. Täcket är utformat för att placeras ovanpå flytande olja som har samlats upp med en bom bogserad av båtar. När oljan antänds, spolarna och filten överför värme från lågorna för att överhetta oljan, vilket ökar dess brinnhastighet och effektivitet. Som ett resultat, oljan brinner mer fullständigt. Ju mer fullständig förbränning ger färre luftburna utsläpp, och alla fasta rester fångas upp av kopparullen och hålls borta från vattenpelaren.

Tekniken utvecklades på WPI av ett team under ledning av Ali Rangwala, professor i brandskyddsteknik, som en utväxt av forskning som finansieras av det amerikanska inrikesdepartementet för att bedöma möjligheten att använda brännskador på plats för att städa upp oljeutsläpp på avlägsna platser i Arktis, där hårt väder kan göra det svårt att snabbt mobilisera saneringsutrustning och besättningar. När laboratorietester identifierade utmaningarna med att tända och upprätthålla oljebränder på is och i kallt vatten, Rangwala och hans team började utforska metoder för att göra oljan lättare att bränna genom att överföra värme från lågorna till oljan. Flame Refluxer är produkten av den undersökningen.

"Tekniken är så enkel, den har inga rörliga delar, det är billigt, och det ökar avsevärt förbränningshastigheten för olja. De tester vi utförde vid denna unika anläggning kommer att göra det möjligt för oss att avancera tekniken närmare den faktiska distributionen, säger Rangwala.

Prototyper av tekniken testades i det toppmoderna brandskyddstekniska laboratoriet vid WPI. Testerna vid Joint Maritime Test Facility använde en större prototyp, en rund filt nästan 1,5 meter (fyra fot, åtta tum) över med upp till 48 metallspolar fästa. Täcket sänktes ner i ett lager råolja som flöt på vatten. Olja pumpades till testapparaten för att bibehålla oljeskiktet på cirka en centimeter (0,4 tum) under varje 10-20 minuters testförbränning. (Tidigare forskning har visat att råolja brinner mest effektivt när oljeskiktet som hålls mellan en och fyra centimeter.)

Under testbrännskador utförda med och utan Flame Refluxer, forskarna mätte ett antal parametrar, inklusive temperaturer över oljebranden och flödeshastigheten för olja som levereras till testapparaten, för att avgöra hur effektivt Flame Refluxer transporterade värme från lågorna till oljan (en process som kallas värmeflöde) och hur det förändrade oljebränningshastigheten. En luftprovtagningsstation samlade in utsläpp från branden och mätte kontinuerligt flera förbränningsprodukter:koldioxid, kolmonoxid, kvävedioxid, svaveldioxid, och partiklar (PM2.5 och PM10). Kopparfiltet vägdes före och efter varje test för att se hur effektivt det fångade rester från oljebränderna.

Även om det kommer att ta tid att analysera den stora mängden data som samlats in under testbrännskadorna och rapportera officiella resultat, Rangwala sa att forskargruppen gjorde flera observationer som föreslog att Flame Refluxer -tekniken fungerade som förväntat. "Där vi observerade tjock svart rök under ett baslinjetest, där vi brände råolja utan filt och spolar, när Refluxer användes, röken var tunnare och grå, även om mer olja förbrändes. Faktiskt, våra mätningar visar att mellan fyra och fem gånger så mycket olja brändes per minut med Flame Refluxer på plats. Till sist, vi observerade att praktiskt taget ingen rester blev kvar efter våra brännskador med Refluxer, en indikation på att det främjar en mer fullständig förbränning av oljan. "