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Processi di alterazione del petrolio - Ugo Bilardo -

In generale, le caratteristiche di un olio possono essere modificate da processi fisico-chimici di alterazione a contatto con l'acqua, interreagenti con i fattori sopra indicati (tipo di olio, clima, ecc.); cosicché la normale morfologia di diffusione degli spills può trasformarsi significativamente, e possono essere influenzati i metodi usati per rimuovere l'olio, poiché le alterazioni di questo condizionano l'efficacia delle diverse strategie di intervento.

Tutte le alterazioni alle quali è soggetto l'olio in mare - la cui sequenza è illustrata sinteticamente dalla figura seguente - vengono fatte rientrare convenzionalmente in una fenomenologia complessiva detta "weathering", intesa come insieme di processi di degradazione globale del materiale, risultante dalla combinazione di disintegrazione fisica e di decomposizione chimica.

I principali tra questi processi fisico-chimici sono lo spandimento, l'evaporazione, la dissoluzione, la dispersione, la sedimentazione, l'ossidazione, l'emulsificazione e, infine, la biodegradazione.

In particolare, i progressi nella conoscenza degli ultimi due processi sono di notevole interesse ai fini di migliorare la capacità di rimozione dell'olio.

L'attitudine dei greggi a formare emulsioni stabili ad alta viscosità si riflette in modo drasticamente negativo sul grado di dispersione naturale del versamento.

La diminuzione di tensione superficiale dovuta all'evaporazione e l'azione meccanica del mare causano la formazione di emulsioni inverse acqua-in-olio.

A volte si ha il fenomeno detto "mousse", che è una emulsione che può contenere fino a 80% di acqua, sotto forma di minuscole gocce disperse nella fase oleosa, con notevole aumento del volume d'insieme.

Le condizioni di base perché si formino emulsioni stabili sono un livello sufficiente di energia meccanica che porti alla dispersione dell'acqua nell'olio e la presenza di composti solubili che si contrappongano alla separazione delle due fasi liquide, acqua-olio - condizioni fornite entrambe naturalmente dal moto ondoso.

Anche un lieve movimento del mare può generare emulsioni estremamente viscose e persistenti, che resistono alla degradazione e all'alterazione per la ridotta superficie esposta all'azione dell'acqua e dell'aria.

L'aumento di volume dovuto all'emulsificazione crea notevoli problemi di raccolta, STOCCAGGIO e eliminazione del residuo recuperato dalla superficie del mare.

Alcuni greggi formano rapidamente emulsioni stabili la cui viscosità è notevolmente più alta di quella precedente il processo di emulsificazione, mentre altri greggi formano soltanto lentamente emulsioni stabili, la cui viscosità aumenta, ma non in modo significativo, rispetto a quella da essi posseduta all'inizio delle operazioni.

Nonostante i progressi compiuti dagli studi sulla chimica-fisica delle emulsioni, il fenomeno della emulsificazione di acqua-in-olio presenta tuttora vaste zone d'ombra, specie per quanto riguarda gli effetti della composizione della miscela di idrocarburi sull'attitudine di quest'ultima a formare emulsioni stabili.

I risultati dell'investigazione scientifica sugli aspetti oscuri di questa e di altre interrelazioni presentano un carattere di primaria importanza sul versante più specificamente tecnologico delle strategie di controllo e clean-up, dato che la formazione di emulsioni stabili, oltre ad essere un evento comune a quasi tutti gli oil spills, rimane in generale uno degli aspetti più problematici dal punto di vista dell'intervento risolutivo.

Sotto l’azione meccanica delle onde e della turbolenza, non necessariamente in condizioni di mare agitato, la maggior parte dei greggi tende a trattenere particelle d’acqua e a formare emulsioni di acqua in olio.

Condizioni favorevoli all’emulsificazione si verificano quando lo stato del mare supera il grado 3 della SCALA BEAUFORT (velocità del vento da 7 a 10 nodi), quando il greggio presenta un contenuto in asfaltene superiore allo 0,5% ovvero una concentrazione totale in nichel e vanadio superiore a 15 PPM, mentre i greggi molto viscosi manifestano una ridotta attitudine all’innesco del processo di emulsificazione di acqua in olio.

Una volta innescato il processo di emulsione, le particelle di acqua trattenute nell’olio e coinvolte nel moto di trascinamento generato dalle onde, producono a loro volta particelle sempre più piccole rendendo l’emulsione sempre più viscosa e più stabile l’emulsione, la cui densità (g/cc) si approssima a quella dell’acqua di mare.

Emulsioni stabili possono anche arrivare ad assumere un contenuto in acqua del 70-80%, una consistenza quasi solida e varia colorazione (bruno/marrone/rosso/giallo); la "rottura" delle emulsioni meno stabili può avvenire sotto prolungata ESPOSIZIONE alla radiazione solare o per trasporto e deposizione sulle coste.

La formazione di emulsioni riduce l’intensità dei processi di weathering sull’olio ed è la causa principale della lunga persistenza dei greggi medi e leggeri sulla superficie del mare.

A sua volta, la biodegradazione può avere un effetto importante sulla rimozione dell'olio, sia come fondamentale risposta spontanea dell'ambiente marino, sia come processo guidato, attraverso appropriati interventi, di integrazione della capacità di assorbimento naturale.

Il suo ritmo dipende da molti fattori, tra cui, innanzi tutto, la composizione dell'olio, ma anche la superficie dell'area esposta all'acqua e ai batteri, la disponibilità di sostanze nutritive, la temperatura e la salinità dell'acqua, ed ogni azione che diluisce l'olio (espansione, dispersione).

A seconda di tutti questi fattori, l'azione batterica può risultare rapida (alcuni giorni), lenta (molte settimane) o addirittura inesistente.

L’acqua di mare contiene una grande varietà di micro-organismi, sotto forma di batteri, funghi, alghe unicellulari, protozoi, etc.), che sono capaci di metabolizzare il greggio ed i suoi prodotti.

Questi micro-organismi, che utilizzano l’olio come fonte di CARBONIO e come input energetico, sono diffusi in tutti gli oceani anche se tendenzialmente sono più abbondanti nelle acque costiere più intensamente inquinate dal traffico marittimo o da scarichi industriali e fognari non trattati.

I fattori che influenzano i processi di biodegradazione sono legati, oltre che alle caratteristiche dell’olio, alla disponibilità di ossigeno e dei cosiddetti nutrienti (essenzialmente composti dell’azoto e del fosforo) ed alla temperatura.

Ciascuna specie di micro-organismi coinvolti è specializzata nell’attacco e degradazione di uno specifico gruppo di idrocarburi, per cui è necessaria una larga varietà di essi per realizzare in sequenza o in azione contemporanea il processo di biodegradazione.

Nel corso del processo si può cogliere come dato fondamentale che, a partire dalla comunità di micro-organismi che sono stati individuati come necessari e che sono generalmente presenti in tutti mari aperti, si sviluppa un contemporaneo processo di divisione del lavoro e di specializzazione in relazione alla disponibilità della materia da aggredire, alimentato da un meccanismo di proliferazione della popolazione che si arresta solo quando viene meno la disponibilità dell’inquinante, dell’ossigeno o del nutriente.

Nonostante i micro-organismi siano in grado di attaccare e decomporre la maggior parte dei componenti del greggio, alcune grandi e complesse molecole dei composti più pesanti resistono ad ogni attacco.

L’azione di decomposizione avviene, in particolare, solo in corrispondenza dell’interfaccia olio-acqua e non potrebbe avvenire diversamente perché dall’acqua i micro-organismi traggono l’ossigeno e i nutrienti essenziali al loro sostentamento.

Il processo di dispersione, meccanica o chimica, con l’implicito sviluppo della superficie specifica di contatto acqua-olio, esalta pertanto l’ambito in cui essi possono esercitare la loro attività biologica.

Appare evidente che la biodegradazione trova insormontabili impedimenti sia nella sedimentazione di greggio e prodotti sulla costa o sulle spiagge, sia nella deposizione sui fondali a causa, rispettivamente, del modesto sviluppo superficiale dei contatti acqua-olio e della scarsità di ossigeno e nutrienti.

La varietà ed imprevedibilità dei fattori che possono condizionare i processi di biodegradazione rendono estremamente difficile esercitare previsioni sull’esito delle operazioni e sui tempi necessari.

Tratto dal Libro: "Traffico Petrolifero e Sostenibilità Ambientale".
Co-Autore Dott. Giuseppe Mureddu