Огненный смерч против нефтяных разливов: как вирусное видео вдохновило ученых на прорыв
Прошло более десяти лет с тех пор, как Майкл Голльнер и его коллеги впервые увидели вирусное видео на YouTube, на котором огненный смерть разгорался из виски Jim Beam. Склад в Кентукки только что поразила молния, вылив почти миллион галлонов легковоспламеняющегося напитка в соседний пруд-отстойник. Когда пламя пронеслось по поверхности воды, произошло нечто необычное: огонь сплелся в огромный пылающий вихрь, больше известный как огненный торнадо.
«Мы увидели это и подумали: «Вау, это было бы отличным решением» для ликвидации разливов нефти, — рассказывает Голльнер, профессор машиностроения в Исследовательской лаборатории пожарной безопасности Калифорнийского университета в Беркли. — Интересно, можно ли воспроизвести это намеренно».
Как оказалось, можно. Как недавно сообщили Голльнер и его соавторы в журнале Fuel, огненные вихри позволяют устранять последствия разливов нефти быстрее и чище, чем существующие методы.
Реагирование на разливы нефти требует быстрых и немедленных действий. Всего через 24 часа сырая нефть естественным образом поглощает воду и начинает тонуть под волнами, нанося катастрофический ущерб морской жизни. Наряду с другими основными методами, такими как сдерживание и сбор или химическое диспергирование, сжигание на месте с помощью так называемых «огненных бассейнов» стало несовершенным, но неизбежным инструментом. Огневые бассейны останавливают распространение нефтяного пятна, но выбрасывают в атмосферу облака дыма и оставляют после себя слой гудрона, который опускается на морское дно.
Однако технология огненных вихрей обещает решить эту проблему. В ходе экспериментов, проведенных командой Голльнера на полигоне в Техасе, были возведены специальные трехстенные конструкции высотой 5 метров. Они направляли воздушный поток над центральным резервуаром с водой и слоем нефти. Когда пламя поджигали, воздух, втягиваемый в зону горения, закручивался в спираль, создавая мощный огненный смерч. Результаты превзошли ожидания: скорость выгорания топлива возросла на 40% по сравнению с обычными огневыми бассейнами. Более того, интенсивный вихрь действовал как печь-крематор, выжигая вредные частицы, которые обычно загрязняют воздух. Выбросы опасных для здоровья человека мелких частиц PM2.5 оказались на 40% ниже.
Почему происходит такое снижение сажи — пока во многом остается загадкой. Для ответа на этот вопрос потребуется создание новой лабораторной установки, позволяющей проводить замеры внутри самого пламени. В полевых испытаниях одному из огненных вихрей удалось уничтожить 95% доступного топлива, хотя другие тесты завершались преждевременно из-за погодных условий. По словам Голльнера, организация такого вихря в контролируемых условиях — это одно, но применение его во время реальной катастрофы в открытом море — совсем другая задача. Буксировка трехстенной конструкции на воду становится вопросом не только пожарной науки, но и морской инженерии.
Али Рангвала, профессор пожарной защиты в Вустерском политехническом институте, который не участвовал в проекте, призывает к тщательной проверке. По его словам, огненный смерч отлично работает при фиксированных, хорошо продуманных граничных условиях, но еще не испытан на открытой воде с волнами, а необходимая инфраструктура может быть дорогостоящей.
«Честно говоря, эта область управляется катастрофами, — признает Голльнер. — Одно из крупнейших разливов нефти в истории, авария Deepwater Horizon, произошло в 2010 году. Уже давно не было большого разлива, и интерес к этой теме угас. Нужна более междисциплинарная команда и больше испытаний. Есть ли у кого-то аппетит к этому? К сожалению, я думаю, что он появится со временем — когда случится очередная авария».
Прожжение пути
Голльнер подчеркивает критическую ценность фундаментальных исследований — тех областей знаний, которые движимы чистым любопытством, а не только практическим применением. То, что началось с простого восхищения природным явлением, способно изменить целые области так, как исследователи еще не могут себе представить.
«Кружатся они или нет, но языки пламени прекрасны, — говорит Голльнер. — Это естественный трассер потоков. Я вижу, как взаимодействуют механика жидкости и горение. Вся физика, вся сразу — это просто красиво».
