Twee nieuwe onderzoeken hebben aangetoond dat zonlicht olielozingen op het oceaanoppervlak significanter en sneller transformeert dan eerder werd gedacht. Het fenomeen beperkt de effectiviteit van chemische dispergeermiddelen aanzienlijk, die zijn ontworpen om drijvende olie af te breken en de hoeveelheid olie die kusten bereikt te verminderen.

Een onderzoeksteam onder leiding van Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ontdekte dat zonlicht de ruwe olie die op het zeeoppervlak drijft binnen enkele uren of dagen chemisch verandert. In een vervolgonderzoek meldde het team dat zonlicht olie verandert in verschillende verbindingen die dispergeermiddelen niet gemakkelijk kunnen afbreken. De resultaten van deze twee onderzoeken kunnen van invloed zijn op hoe responders beslissen wanneer, waar, en hoe dispergeermiddelen te gebruiken.

De gerelateerde onderzoeken zijn op 20 februari gepubliceerd, 2018 in de Tijdschrift Milieuwetenschappen &Technologie en vandaag (25 april 2018) in het tijdschrift Brieven over milieuwetenschap en technologie .

"Er is gedacht dat zonlicht een verwaarloosbare invloed heeft op de effectiviteit van dispergeermiddelen, " zei Collin Ward, een wetenschapper bij WHOI en hoofdauteur van beide onderzoeken. "Onze bevindingen tonen aan dat zonlicht een primaire factor is die bepaalt hoe goed dispergeermiddelen presteren. En omdat fotochemische veranderingen snel plaatsvinden, ze beperken de kans om dispergeermiddelen effectief toe te passen."

Dispergeermiddelen bevatten detergenten, niet zoals die mensen gebruiken om af te wassen, die helpen olie te breken in kleine druppeltjes die kunnen worden verdund in de oceaan, en/of worden opgegeten door microben voordat de olie naar gevoelige kusten kan worden geveegd. Maar om hun werk te doen, de reinigingsmiddelen (ook wel oppervlakteactieve stoffen genoemd) moeten eerst worden gemengd met zowel de olie als het water - en olie en water, beroemd, niet mengen.

Om deze barrière te overwinnen, dispergeermiddelen bevatten een organisch oplosmiddel dat de olie helpt, wasmiddelen, en water om te mengen. Alleen totdat deze belangrijke stap plaatsvindt, kunnen de oppervlakteactieve stoffen hun werk doen om olie in druppeltjes te breken. Maar zonlicht belemmert deze belangrijke stap, blijkt uit de nieuwe onderzoeken.

Voordat dispergeermiddelen zelfs maar kunnen worden aangebracht, lichtenergie van de zon verbreekt al chemische bindingen in olieverbindingen - splitst atomen of chemische ketens af en creëert openingen voor zuurstof om zich te hechten. Dit foto-oxidatieproces (ook bekend als fotochemische "verwering") is vergelijkbaar met het proces dat ervoor zorgt dat verf op je auto of kleuren op je kleding vervagen als ze te lang in de zon liggen.

Daten, tests om de effectiviteit van dispergeermiddelen te bepalen, gebruikten alleen "verse" olie die niet was veranderd door zonlicht. In hun studie hebben de onderzoekers voerden uitgebreide laboratoriumtests uit waarbij olie werd blootgesteld aan zonlicht. Ze toonden aan dat zonlicht olie snel omzet in residuen die slechts gedeeltelijk oplosbaar zijn in het oplosmiddel van het dispergeermiddel. Dat beperkt het vermogen van detergentia om zich te mengen met de foto-geoxideerde olie en de olie in druppeltjes te breken.

De bevinding suggereert dat responders rekening moeten houden met zonlicht bij het bepalen van de "window of opportunity" om dispergeermiddelen effectief te gebruiken. Het zou veel korter zijn dan eerder werd gedacht op zonnige dagen dan op bewolkte dagen.

"Deze studie daagt het paradigma uit dat fotochemische verwering een verwaarloosbare invloed heeft op de effectiviteit van luchtdispergeermiddelen die worden toegepast als reactie op olielozingen, " zei Ward. "Zonlicht verandert olie snel in chemische verbindingen die dispergeermiddelen niet gemakkelijk in druppeltjes kunnen breken. Dus fotochemische verwering is een kritische factor waarmee rekening moet worden gehouden om beslissingen te optimaliseren over wanneer dispergeermiddelen moeten worden gebruikt."

In laboratoriumexperimenten in de jaren 70, wetenschappers hadden aangetoond dat licht de chemie van olie verandert, maar de bevindingen konden niet worden toegepast op grootschalige olielozingen in de oceaan. Dit kwam grotendeels doordat bij de meeste lekkages, de olie stroomde snel weg van het tafereel voordat het onmiddellijk kon worden bemonsterd - in de kritieke korte tijdspanne voordat zonlicht het foto-oxideerde. De continue stroom van de ramp met de Deepwater Horizon in 2010 bood een unieke kans:omdat olie 102 dagen op het zeeoppervlak dreef, het gaf ambtenaren de kans om olie te verzamelen kort nadat het was opgedoken en was blootgesteld aan zonlicht.

De WHOI-wetenschappers hebben monsters van Deepwater Horizon-olie verkregen en getest die vrijwel onmiddellijk nadat deze aan de oppervlakte kwam, van het oppervlak werden gehaald. Ze ontdekten dat hoe langer de olie op het zonovergoten zeeoppervlak dreef, hoe meer de olie foto-geoxideerd was. Ze schatten dat de helft van de gemorste olie binnen enkele dagen was ververst.

De volgende stap was om te testen hoe de foto-geoxideerde olie zou reageren op dispergeermiddelen. De wetenschappers testten verse, ongewijzigde Deepwater Horizon-olie die rechtstreeks uit de gebroken stijgleiding op de zeebodem werd verzameld. Ze controleerden nauwgezet de laboratoriumomstandigheden om temperatuurveranderingen te voorkomen, verdamping, lichte infiltratie, en andere factoren, en ze stelden de olie bloot aan toenemende lichtduur. Cassia Armstrong, een gaststudent van Trinity College, speelde een sleutelrol bij het uitvoeren van deze tests en is auteur van het artikel.

De WHOI-wetenschappers werkten ook nauw samen met Robyn Conmy, een van de toonaangevende experts van het Amerikaanse Environmental Protection Agency op het gebied van het ontwikkelen van nieuwe technologieën voor het reageren op olielozingen. Om tests uit te voeren op de effectiviteit van dispergeermiddelen, de EPA maakt gebruik van een specifieke methode en op maat ontworpen glaswerk, die Conmy aan de WHOI-wetenschappers leende voor hun experimenten.

De resultaten van de experimenten toonden aan dat licht de verse olie snel foto-oxideerde, door het te veranderen in verbindingen die de effectiviteit van dispergeermiddelen in een paar dagen met minstens 30 procent verminderden.

Vervolgens werkten de wetenschappers samen met Deborah French McCay, een internationaal erkende modelleur van olierampen bij RPS ASA, een adviesbureau voor wetenschap en technologie in Rhode Island. Ze simuleerden omstandigheden die zich mogelijk hebben voorgedaan tijdens de Deepwater Horizon-ramp, inclusief een reeks windsnelheden en zonlichtniveaus. Daarna legden ze alle 412 werkelijke vluchtlijnen van vliegtuigen die tijdens de crisis dispergeermiddelen sproeiden over elkaar heen.

De resultaten toonden aan dat onder gemiddelde wind- en zonlichtomstandigheden, de meeste toepassingen van dispergeermiddelen zouden de minimale effectiviteitsniveaus (aangeduid door de EPA) niet hebben bereikt omdat ze gericht waren op fotochemisch verweerde olie. Zelfs in de gunstigste scenario's voor het sproeien van dispergeermiddelen vanuit de lucht - bewolkt weer (wat de fotochemische verwering zou beperken) en harde wind (waardoor olie verder van het gemorste gebied zou worden getransporteerd voordat zonlicht het zou veranderen) - zouden tientallen luchtdispergeermiddelen nog steeds niet EPA-aangewezen effectiviteitsniveaus hebben bereikt.

"We hebben een team samengesteld dat de expertise van de academische wereld, regering, en industrie, " legde Christopher Reddy uit, marine chemicus bij WHOI. "In toekomstige olierampen, de gemeenschap heeft dezelfde vorm van samenwerking en samenwerking nodig om efficiënt de verstandigste beslissingen te nemen over hoe ze het meest effectief kunnen reageren."

"Deze studie laat zien hoe belangrijk het is om het meest elementaire onderzoek te doen naar chemische reacties die plaatsvinden in het milieu, " zei Henriëtta Edmonds, een programmadirecteur in de afdeling Ocean Sciences van de National Science Foundation, die het onderzoek financierde. "De resultaten helpen ons te leren hoe we effectief kunnen reageren op olielozingen."