En las horas críticas después de que se produce un derrame de petróleo en el mar, los rescatistas a menudo enfrentan un dilema: o permitir que la película de petróleo se extienda, amenazando la vasta área marina y los frágiles ecosistemas, o utilizar la quema in situ para encender la capa de petróleo en la superficie del mar. Aunque la combustión tradicional in situ puede evitar que la contaminación por petróleo se desplace, producirá una gran cantidad de humo espeso, carbono negro y residuos quemados de forma incompleta, lo que traerá una nueva ronda de contaminación a la atmósfera y al medio marino.
En un experimento de campo a gran escala, el primero de su tipo, un equipo de investigación científica de la Universidad Texas A&M en Estados Unidos propuso recientemente una idea completamente diferente: utilizar "tornados de fuego" gigantes (pilares de llamas que se elevan verticalmente y giran como tornados) para quemar petróleo en la superficie del mar. Las investigaciones muestran que este vórtice de llama controlado no sólo mejora significativamente la eficiencia de la combustión, sino que también reduce significativamente el humo y el polvo, lo que lo convierte en un medio más rápido y limpio de responder a los derrames de petróleo.
En comparación con el "charco de fuego" formado por la combustión in situ convencional, el tornado de fuego atrae una gran cantidad de oxígeno hacia la llama mediante una fuerte rotación, lo que aumenta la temperatura de combustión y la reacción más completa. Los resultados experimentales muestran que, en las mismas condiciones, la velocidad de combustión del tornado de fuego aumenta en aproximadamente un 40%, puede quemar casi el 95% del petróleo y las partículas nocivas y los residuos tóxicos que quedan se reducen significativamente. Al mismo tiempo, las emisiones de humo y polvo también se reducen en aproximadamente un 40 %, lo que significa que el impacto de la combustión de emergencia en la calidad del aire se alivia significativamente.
La investigación fue financiada por la Oficina de Seguridad Marítima y Cumplimiento Ambiental (BSEE) del Departamento del Interior de EE. UU. y fue realizada conjuntamente por la profesora Elaine Oran, el profesor Wang Qingsheng y el colaborador Michael Gollner de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Texas A&M. Orán señaló que esta es la primera vez que alguien propone utilizar boquillas contra incendios para controlar los derrames de petróleo en el mar. "Nuestro objetivo es convertir los incendios originalmente caóticos y difíciles de controlar en una herramienta de restauración ambiental poderosa y precisa para proteger las costas, los ecosistemas marinos y el medio ambiente en general".
El equipo de investigación cree que se espera que dominar la tecnología de generación y control de tornados de fuego marque el comienzo de un modelo de respuesta a derrames de petróleo nuevo, más rápido y "más ecológico". El accidente de Deepwater Horizon de 2010, el mayor derrame de petróleo en alta mar en la historia de Estados Unidos, mató a 11 trabajadores, mató a miles de especies marinas y dañó gravemente el ecosistema del Golfo de México. También destacó el riesgo real de que un gran derrame de petróleo pueda convertirse en un desastre ambiental en un corto período de tiempo.
Desde una perspectiva de eficiencia, las ventajas de Fire Tornado son muy destacadas. Los estudios han demostrado que puede quemar petróleo crudo casi dos veces más rápido que los charcos de fuego tradicionales, lo que brinda una ventana de tiempo crítica para las fuerzas de rescate y ayuda a eliminar rápidamente la contaminación por petróleo antes de que se propague a áreas marinas sensibles o protegidas. En términos de mejorar la calidad del aire, los extintores utilizan un proceso de combustión eficiente similar al de los incineradores industriales para descomponer partículas grandes que de otro modo formarían densas nubes de humo, de modo que la combustión de emergencia puede reducir la contaminación marina sin sacrificar la contaminación atmosférica grave.
Para lograr este experimento a gran escala, el equipo de investigación construyó una estructura de tres paredes de unos 4,9 metros (16 pies) de altura. Las tres paredes estaban dispuestas en triángulo para guiar con precisión el flujo de aire. En el centro de la estructura, colocaron un charco de petróleo crudo de aproximadamente 1,5 metros de diámetro sobre el agua y lo encendieron en el campo de entrenamiento contra incendios Brayton de Texas A&M Engineering Extension Services (TEEX). A medida que el flujo de aire gira entre las tres paredes y converge sobre las llamas, se forma un tornado de llamas de casi 17 pies de altura, lo que demuestra una mayor intensidad de combustión, emisiones más limpias y un consumo de combustible casi completo que un charco de fuego normal.
Este resultado ha sido publicado en la revista académica "Fuel". Los datos muestran que la velocidad de los tornados de fuego que queman la contaminación por petróleo aumenta en aproximadamente un 40%, las emisiones de humo se reducen en aproximadamente un 40% y la tasa de consumo de combustible puede alcanzar hasta el 95%. En comparación con la combustión tradicional in situ, ha logrado mejoras generales. Oran dijo que estos resultados no sólo prueban el enorme potencial de los focos de incendio en el control de derrames de petróleo marítimo, sino que también proporcionan una base física importante para el diseño de sistemas de combustión eficientes, la predicción y gestión del comportamiento de los incendios forestales y otros campos más amplios.
Sin embargo, la aplicación de tornados de fuego también enfrenta graves desafíos de ingeniería. Las investigaciones señalan que los tornados de fuego son extremadamente sensibles a las condiciones ambientales, y sólo en una "zona Ricitos de Oro" (es decir, un estado de equilibrio donde las condiciones son "perfectas") pueden mantener llamas giratorias eficientes y estables. Cuando la velocidad del viento es demasiado alta, la columna de fuego giratoria se verá perturbada o incluso desintegrada; si la organización del flujo de aire es insuficiente, la llama degenerará en un charco de fuego normal; El espesor de la capa de aceite también es crucial. Cuando la película de aceite es demasiado espesa, el tornado de fuego se extinguirá prematuramente.
En el futuro, el equipo de investigación científica prevé desarrollar dispositivos de ingeniería móviles que puedan desplegarse en los lugares de accidentes marítimos para convertir las llamas comunes en tornados de fuego eficientes. Se espera que este tipo de dispositivo sea transportado y colocado sobre el área del derrame de petróleo para guiar el flujo de aire a través de la estructura y generar un vórtice de llama controlable para lograr operaciones de combustión de emergencia rápidas y con emisiones relativamente bajas. Oran enfatizó que esta investigación no es sólo un experimento, sino también un anticipo de un futuro en el que los humanos podrán transformar el fuego de una fuerza natural destructiva en una herramienta para proteger los océanos y la tierra.
En la actualidad, la generación y control exitosos de incendios a gran escala en el campo ha constituido un importante hito científico. Las investigaciones muestran que muchos fenómenos naturales que parecen extremos o incluso destructivos pueden ser potencialmente “domesticados” por los humanos siempre que se comprendan profundamente sus leyes físicas y, a su vez, se utilicen para abordar los apremiantes desafíos ambientales actuales.