Es wird erwartet, dass der von Menschenhand geschaffene, kontrollierbare, riesige „Feuertornado“ eine neue Waffe für die Kontrolle von Ölverschmutzungen auf See wird

In den kritischen Stunden nach einer Ölkatastrophe auf See stehen Retter oft vor einem Dilemma: Entweder sie lassen zu, dass sich der Ölfilm ausbreitet und das riesige Meeresgebiet und empfindliche Ökosysteme gefährdet, oder sie nutzen die In-situ-Verbrennung, um die Ölschicht auf der Meeresoberfläche zu entzünden. Obwohl die herkömmliche In-situ-Verbrennung das Abdriften der Ölverschmutzung verhindern kann, erzeugt sie eine große Menge dicken Rauchs, Ruß und unvollständig verbrannte Rückstände, was eine neue Runde der Verschmutzung der Atmosphäre und der Meeresumwelt mit sich bringt.

In einem einzigartigen groß angelegten Feldexperiment schlug ein wissenschaftliches Forschungsteam der Texas A&M University in den Vereinigten Staaten kürzlich eine völlig andere Idee vor: den Einsatz riesiger „Feuertornados“ – Flammensäulen, die vertikal aufsteigen und sich wie Tornados drehen –, um Öl auf der Meeresoberfläche zu verbrennen. Untersuchungen zeigen, dass dieser kontrollierte Flammenwirbel nicht nur die Verbrennungseffizienz erheblich verbessert, sondern auch Rauch und Staub erheblich reduziert, wodurch eine schnellere und sauberere Reaktion auf Ölverschmutzungen möglich ist.

Verglichen mit dem „Feuerbecken“, das bei herkömmlicher In-situ-Verbrennung entsteht, zieht der Feuertornado durch starke Rotation eine große Menge Sauerstoff in die Flamme, wodurch die Verbrennungstemperatur höher und die Reaktion vollständiger wird. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass unter den gleichen Bedingungen die Brenngeschwindigkeit des Feuertornados um etwa 40 % steigt, er fast 95 % des Öls verbrennen kann und die zurückbleibenden schädlichen Partikel und giftigen Rückstände deutlich reduziert werden. Gleichzeitig werden auch die Rauch- und Staubemissionen um etwa 40 % reduziert, wodurch die Auswirkungen der Notverbrennung auf die Luftqualität deutlich gemildert werden.

Die Forschung wurde vom Bureau of Maritime Safety and Environmental Enforcement (BSEE) des US-Innenministeriums finanziert und gemeinsam von Professor Elaine Oran, Professor Wang Qingsheng und Mitarbeiter Michael Gollner von der Texas A&M University School of Engineering durchgeführt. Oran wies darauf hin, dass dies das erste Mal sei, dass jemand den Einsatz von Feuerspeiern zur Kontrolle von Ölverschmutzungen im Meer vorschlage. „Unser Ziel ist es, die ursprünglich chaotischen und schwer zu kontrollierenden Feuerspeier in ein leistungsstarkes und präzises Instrument zur Umweltsanierung zu verwandeln, um Küsten, Meeresökosysteme und die Umwelt insgesamt zu schützen.“

Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass die Beherrschung der Erzeugungs- und Kontrolltechnologie von Feuertornados voraussichtlich ein neues, schnelleres und „umweltfreundlicheres“ Modell zur Reaktion auf Ölverschmutzungen einleiten wird. Der Unfall der Deepwater Horizon im Jahr 2010 – die größte Offshore-Ölkatastrophe in der Geschichte der USA – tötete elf Arbeiter, tötete Tausende von Meereslebewesen und beschädigte das Ökosystem im Golf von Mexiko schwer. Es wurde auch die reale Gefahr hervorgehoben, dass eine große Ölkatastrophe innerhalb kurzer Zeit zu einer Umweltkatastrophe werden kann.

Aus Effizienzsicht sind die Vorteile von Fire Tornado sehr deutlich. Studien haben gezeigt, dass es Rohöl fast doppelt so schnell verbrennen kann wie herkömmliche Feuerlöschbecken, was den Rettungskräften ein entscheidendes Zeitfenster verschafft und dazu beiträgt, die Ölverschmutzung schnell zu beseitigen, bevor sie sich auf empfindliche oder geschützte Meeresgebiete ausbreitet. Im Hinblick auf die Verbesserung der Luftqualität verwenden Feuerspeier einen effizienten Verbrennungsprozess, der dem von Industrieverbrennungsanlagen ähnelt, um große Partikel zu zersetzen, die sonst dichte Rauchwolken bilden würden, sodass eine Notverbrennung die Meeresverschmutzung reduzieren kann, ohne dass die Luftverschmutzung stark beeinträchtigt wird.

Um dieses groß angelegte Experiment durchzuführen, baute das Forschungsteam eine dreiwandige Struktur mit einer Höhe von etwa 16 Fuß (etwa 4,9 Meter). Die drei Wände wurden im Dreieck angeordnet, um den Luftstrom gezielt zu leiten. In der Mitte des Bauwerks legten sie ein Rohölbecken mit einem Durchmesser von etwa 1,5 Metern auf das Wasser und zündeten es auf dem Brayton Fire Training Field von Texas A&M Engineering Extension Services (TEEX). Wenn der Luftstrom zwischen den drei Wänden verdreht wird und über den Flammen zusammenläuft, bildet sich ein fast 17 Fuß hoher Flammentornado, der eine höhere Brennintensität, sauberere Emissionen und einen nahezu vollständigen Kraftstoffverbrauch als ein normales Feuerbecken aufweist.

Dieses Ergebnis wurde in der Fachzeitschrift „Fuel“ veröffentlicht. Die Daten zeigen, dass sich die Geschwindigkeit der durch einen Tornado verbrennenden Ölverschmutzung um etwa 40 % erhöht, die Rauchemissionen um etwa 40 % reduziert werden und die Treibstoffausbrennrate bis zu 95 % erreichen kann. Im Vergleich zur herkömmlichen Vor-Ort-Verbrennung wurden umfassende Verbesserungen erzielt. Oran sagte, dass diese Ergebnisse nicht nur das enorme Potenzial von Feuerspeiern bei der Bekämpfung von Ölverschmutzungen auf See belegen, sondern auch eine wichtige physikalische Grundlage für die Gestaltung effizienter Verbrennungssysteme, die Vorhersage und das Management des Verhaltens von Waldbränden und andere umfassendere Bereiche liefern.

Der Einsatz von Feuertornados ist jedoch auch mit großen technischen Herausforderungen verbunden. Untersuchungen zeigen, dass Feuertornados äußerst empfindlich auf Umweltbedingungen reagieren und nur in einer „Goldlöckchen-Zone“ (d. h. einem Gleichgewichtszustand, in dem die Bedingungen „genau richtig“ sind) effiziente und stabile rotierende Flammen aufrechterhalten können. Bei zu hoher Windgeschwindigkeit wird die rotierende Feuersäule gestört oder zerfällt sogar; Bei unzureichender Luftführung degeneriert die Flamme zu einer gewöhnlichen Feuerlache; Auch die Dicke der Ölschicht ist entscheidend. Wenn der Ölfilm zu dick ist, erlischt der Feuertornado vorzeitig.

Für die Zukunft plant das wissenschaftliche Forschungsteam die Entwicklung beweglicher technischer Geräte, die an Unfallorten auf See eingesetzt werden können, um gewöhnliche brennende Flammen in effiziente Feuertornados umzuwandeln. Es wird erwartet, dass diese Art von Gerät transportiert und über dem Ölleckbereich positioniert wird, um den Luftstrom durch die Struktur zu leiten und einen kontrollierbaren Flammenwirbel zu erzeugen, um schnelle und relativ emissionsarme Notverbrennungsvorgänge zu ermöglichen. Oran betonte, dass diese Forschung nicht nur ein Experiment, sondern auch ein Ausblick auf eine Zukunft sei, in der Menschen Feuer von einer zerstörerischen Naturgewalt in ein Werkzeug zum Schutz der Ozeane und der Erde verwandeln können.

Gegenwärtig stellt die erfolgreiche Erzeugung und Kontrolle großflächiger Feuerspeier im Feld einen wichtigen wissenschaftlichen Meilenstein dar. Untersuchungen zeigen, dass viele Naturphänomene, die extrem oder sogar destruktiv erscheinen, möglicherweise von Menschen „gezähmt“ werden können, solange ihre physikalischen Gesetze genau verstanden werden und diese wiederum zur Bewältigung der dringenden Umweltherausforderungen von heute genutzt werden können.