當海上發生重大漏油事件時，緊急應變人員經常面臨艱難的抉擇。他們可以任由油污擴散到海面，威脅海岸線和海洋生物，或者將其點燃。
燃燒油污，這項技術稱為現場燃燒（in situ burn），可以阻止油污擴散。然而，它也會產生濃厚的黑煙，將煙塵釋放到大氣中，並在海面留下未燃燒的殘留物層。
現在，研究人員展示了一種引人注目的新方法，這種方法可以使這個過程更加有效。在一項首創的大規模研究中，科學家們創造了巨型火捲風，也就是類似火龍捲的旋轉火焰柱，並發現它們比傳統方法能更快、更乾淨地燃燒油污。
旋轉的渦流會吸入大量的氧氣，產生更熱、更有效的火焰。結果是，火捲風能更快速地消耗油污，同時產生顯著減少的污染。
這項由美國安全與環境執法局（BSEE）資助的研究，由德州農工大學的 Elaine Oran 博士和 Qingsheng Wang 博士，以及加州大學柏克萊分校的 Michael Gollner 博士領導。
Oran 博士，工程學院的航空航太工程教授表示：「這是首次有人構想利用火捲風來處理油污，而這真的只是個開始。我們的目標是利用火捲風混亂的特性，作為強大、精確的復原工具，以保護海岸線、海洋生態系統和整個環境。」
更快速、更乾淨地對抗油污
這項研究提出了一種應對最具破壞性環境緊急情況之一的非傳統策略。
2010 年災難性的「深水地平線」漏油事件，仍然強烈提醒著人們海上漏油可能造成的影響。這起事故是美國歷史上規模最大的海上漏油事件，造成 11 名工人死亡，數千隻海洋動物喪生，並對海洋生態系統造成廣泛損害。
Oran 博士說：「我們正在關注像漏油這樣的環境災難，並找出更快、更環保、更永續的補救方法。」
火捲風最顯著的優勢之一是速度。
研究人員表示，火捲風燃燒原油的速度幾乎是傳統現場燃燒油池的兩倍。更快地清除油污可以為應變團隊提供關鍵優勢，使他們能在油污擴散到敏感棲息地和受保護的沿海地區之前將其清除。
Oran 博士說：「火捲風燃燒原油的速度幾乎是現場燃燒油池的兩倍，這可能為清理人員提供更快的操作和應變時間來清除擴散的油污。」
這項技術還可以減少燃燒油污的最大缺點之一：煙霧。
Oran 博士說：「燃燒油污的最大挑戰之一是產生的煙霧量巨大。我們的結果顯示，與現場燃燒相比，火捲風顯著減少了總體排放量。」
像一個巨大的焚化爐一樣，旋轉的火焰會摧毀造成濃密煙霧的許多顆粒。這個過程還會在油污變成有毒的焦油狀殘留物漂浮在水面上之前將其汽化。
這些發現可能具有超出油污應變的應用。更深入地了解火捲風的形成和行為，可以幫助工程師開發更有效的燃燒系統，並改善預測和管理野火的努力。
Oran 博士說：「我們的研究具有普遍的應用性。透過了解支配火捲風的物理定律，我們可以將其力量應用於油污處理之外的領域。」
大多數先前對火捲風的研究都是在實驗室環境中以小規模進行的。
為了探討這種現象是否可用於真實世界的油污清理，研究團隊設計了一個足夠大的實驗來模擬更真實的條件。
Oran 博士說：「我們實驗的規模是我們調查如此獨特的原因之一，也是使其成為首創的原因。」
研究人員建造了一個 16 英尺高的三角形結構，有三面牆，讓他們能夠精確控制氣流。在中心，他們放置了一個 1.5 米寬的原油池，漂浮在水面上。
在德州農工大學工程延伸服務處（TEEX）Brayton 消防訓練場點燃後，該裝置產生了一個強大的火捲風，高度接近 17 英尺。
發表在《Fuel》期刊上的結果顯示，與傳統的油污燃燒技術相比，有了重大改進。
Oran 博士說：「與現場燃燒測試相比，火捲風燃燒油污的速度快了約 40%，煙塵排放減少了 40%，燃料燃燒效率高達 95%。」
尋找火捲風的「金髮女孩」區域
儘管表現出色，但火捲風並不容易控制。
Oran 博士說：「火捲風非常強大，而且非常有益。但它們也很敏感，只有在條件恰到好處時才能達到高效率。」
強風會使旋轉的火焰柱不穩定或使其完全崩潰。氣流控制不足會阻止渦流形成，導致火焰表現得更像傳統燃燒。
研究人員還發現，油層的厚度起著重要作用。當油污層太厚時，火捲風會在消耗完所有燃料之前熄滅。
這種理想條件的狹窄範圍，被研究人員稱為「金髮女孩」區域，這既凸顯了將該技術投入實際應用的潛力，也指出了其挑戰。
火龍捲作為未來的清理工具
該團隊設想未來能夠部署便攜式系統，直接作用於燃燒的油污，以按需產生火捲風。
如果成功，這類系統可以將普通的火災轉化為高效的清理工具，從而改變應對海上漏油事件的方式。
Oran 博士說：「這項研究不僅僅是一個實驗，它讓我們得以一窺未來，屆時火不再是破壞的力量，而是保護我們的海洋和地球的工具。」
目前，這項研究令人印象深刻地展示了當科學家重新思考一種熟悉的自然現象時會發生什麼。
它表明，即使是大自然中最令人敬畏的力量之一，也有潛力被重新導向，以應對世界上一些最緊迫的環境挑戰。