في الساعات الحرجة التي تلي حدوث تسرب نفطي في البحر، غالبًا ما يواجه رجال الإنقاذ معضلة: إما السماح للطبقة النفطية بالانتشار، مما يهدد منطقة البحر الشاسعة والنظم البيئية الهشة، أو استخدام الحرق في الموقع لإشعال طبقة النفط على سطح البحر. على الرغم من أن الاحتراق التقليدي في الموقع يمكن أن يمنع التلوث النفطي من الانجراف، فإنه سينتج كمية كبيرة من الدخان الكثيف والكربون الأسود وبقايا محترقة بشكل غير كامل، مما يؤدي إلى جولة جديدة من التلوث في الغلاف الجوي والبيئة البحرية.
وفي تجربة ميدانية واسعة النطاق هي الأولى من نوعها، اقترح فريق بحث علمي في جامعة تكساس إيه آند إم في الولايات المتحدة مؤخراً فكرة مختلفة تماماً: استخدام "الأعاصير النارية" العملاقة ــ أعمدة اللهب التي ترتفع عمودياً وتدور مثل الأعاصير ــ لحرق النفط على سطح البحر. تظهر الأبحاث أن دوامة اللهب التي يتم التحكم فيها لا تعمل على تحسين كفاءة الاحتراق بشكل كبير فحسب، بل تقلل أيضًا من الدخان والغبار بشكل كبير، مما يجعلها وسيلة أسرع وأكثر نظافة للاستجابة للانسكابات النفطية.
بالمقارنة مع "مجمع النار" الذي يتكون من الاحتراق التقليدي في الموقع، يسحب إعصار النار كمية كبيرة من الأكسجين إلى اللهب من خلال دوران قوي، مما يجعل درجة حرارة الاحتراق أعلى والتفاعل أكثر اكتمالاً. تظهر النتائج التجريبية أنه في ظل نفس الظروف، تزيد سرعة احتراق الإعصار الناري بحوالي 40%، ويمكنه حرق ما يقرب من 95% من الزيت، وتقل الجزيئات الضارة والمخلفات السامة المتبقية بشكل كبير. وفي الوقت نفسه، يتم أيضًا تقليل انبعاثات الدخان والغبار بحوالي 40%، مما يعني تخفيف تأثير الاحتراق في حالات الطوارئ على جودة الهواء بشكل كبير.
تم تمويل البحث من قبل مكتب السلامة البحرية والإنفاذ البيئي (BSEE) التابع لوزارة الداخلية الأمريكية، وتم إجراؤه بشكل مشترك من قبل البروفيسور إيلين أوران والبروفيسور وانغ تشينغ شنغ والمتعاون مايكل جولنر من كلية الهندسة بجامعة تكساس إيه آند إم. وأشار وهران إلى أن هذه هي المرة الأولى التي يقترح فيها أحد استخدام فوهات الحريق للسيطرة على الانسكابات النفطية البحرية. "هدفنا هو تحويل مواسير الحرائق الفوضوية والتي يصعب السيطرة عليها في الأصل إلى أداة استعادة بيئية قوية ودقيقة لحماية السواحل والنظم البيئية البحرية والبيئة الأوسع."
يعتقد فريق البحث أن إتقان تكنولوجيا توليد الأعاصير النارية والسيطرة عليها من المتوقع أن يؤدي إلى نموذج جديد وأسرع وأكثر خضرة للاستجابة للتسرب النفطي. أدى حادث ديب ووتر هورايزون عام 2010 - وهو أكبر تسرب نفطي بحري في تاريخ الولايات المتحدة - إلى مقتل 11 عاملاً، وقتل الآلاف من الكائنات البحرية، وألحق أضرارًا بالغة بالنظام البيئي في خليج المكسيك. كما سلط الضوء على الخطر الحقيقي المتمثل في احتمال تحول تسرب نفطي كبير إلى كارثة بيئية في فترة قصيرة من الزمن.
من منظور الكفاءة، فإن مزايا Fire Tornado بارزة جدًا. وقد أظهرت الدراسات أنه يمكن أن يحرق النفط الخام بسرعة تقارب ضعف سرعة أحواض النار التقليدية، مما يوفر نافذة زمنية حرجة لقوات الإنقاذ ويساعد على إزالة التلوث النفطي بسرعة قبل أن ينتشر إلى المناطق البحرية الحساسة أو المحمية. وفيما يتعلق بتحسين جودة الهواء، تستخدم مواسير الحرائق عملية احتراق فعالة مماثلة لتلك المستخدمة في المحارق الصناعية لتحليل الجزيئات الكبيرة التي كانت لتشكل سحباً دخانية كثيفة، بحيث يمكن للاحتراق في حالات الطوارئ أن يقلل من التلوث البحري دون التضحية بتلوث الهواء الخطير.
ولتحقيق هذه التجربة واسعة النطاق، قام فريق البحث ببناء هيكل من ثلاثة جدران يبلغ ارتفاعه حوالي 16 قدمًا (حوالي 4.9 مترًا). تم ترتيب الجدران الثلاثة على شكل مثلث لتوجيه تدفق الهواء بدقة. في وسط الهيكل، قاموا بوضع بركة من النفط الخام يبلغ قطرها حوالي 1.5 متر على الماء وأشعلوها في حقل برايتون للتدريب على مكافحة الحرائق في تكساس إيه آند إم للخدمات الهندسية (TEEX). عندما يلتوي تدفق الهواء بين الجدران الثلاثة ويتقارب فوق النيران، يتشكل إعصار لهب يبلغ طوله حوالي 17 قدمًا، مما يدل على كثافة احتراق أكبر، وانبعاثات أنظف، واستهلاك شبه كامل للوقود مقارنة بحوض النار العادي.
وقد نشرت هذه النتيجة في المجلة الأكاديمية "الوقود". تشير البيانات إلى أن سرعة الإعصار الناري المحترق بالتلوث النفطي تزداد بنحو 40%، وتقل انبعاثات الدخان بنحو 40%، ويمكن أن يصل معدل احتراق الوقود إلى 95%. بالمقارنة مع الاحتراق التقليدي في الموقع، فقد حقق تحسينات شاملة. وقال أوران إن هذه النتائج لا تثبت فقط الإمكانات الهائلة لمداخن الحرائق في السيطرة على تسرب النفط البحري، ولكنها توفر أيضًا أساسًا ماديًا مهمًا لتصميم أنظمة احتراق فعالة، والتنبؤ بسلوك حرائق الغابات وإدارتها وغيرها من المجالات الأوسع.
ومع ذلك، فإن تطبيق الأعاصير النارية يواجه أيضًا تحديات هندسية شديدة. تشير الأبحاث إلى أن الأعاصير النارية حساسة للغاية للظروف البيئية، وفقط في "منطقة المعتدل" (أي حالة التوازن حيث تكون الظروف "مناسبة تمامًا") يمكنها الحفاظ على لهب دوار فعال ومستقر. عندما تكون سرعة الرياح عالية جدًا، سيتم إزعاج عمود النار الدوار أو حتى تفككه؛ إذا كان تنظيم تدفق الهواء غير كاف، فسوف يتحول اللهب إلى بركة نار عادية؛ سمك طبقة الزيت أمر بالغ الأهمية أيضًا. عندما تكون طبقة الزيت سميكة جدًا، سينطفئ إعصار النار قبل الأوان.
وفي المستقبل، يتصور فريق البحث العلمي تطوير أجهزة هندسية متحركة يمكن نشرها في مواقع الحوادث البحرية لتحويل النيران المشتعلة العادية إلى أعاصير نارية فعالة. من المتوقع أن يتم نقل هذا النوع من الأجهزة ووضعه فوق منطقة الانسكاب النفطي لتوجيه تدفق الهواء عبر الهيكل وتوليد دوامة لهب يمكن التحكم فيها لتحقيق عمليات احتراق طارئة سريعة ومنخفضة الانبعاثات نسبيًا. وأكد أوران أن هذا البحث ليس مجرد تجربة فحسب، بل هو أيضًا معاينة لمستقبل يستطيع فيه الإنسان تحويل النار من قوة طبيعية مدمرة إلى أداة لحماية المحيطات والأرض.
في الوقت الحاضر، يشكل التوليد الناجح والسيطرة على دفقات الحرائق واسعة النطاق في الميدان معلمًا علميًا مهمًا. تظهر الأبحاث أن العديد من الظواهر الطبيعية التي تبدو متطرفة أو حتى مدمرة يمكن "ترويضها" من قبل البشر ما دامت قوانينها الفيزيائية مفهومة بعمق، وبالتالي استخدامها لمعالجة التحديات البيئية الملحة اليوم.