Sui Materiali Absorbenti

Dei materiali assorbenti, od adsorbenti, per trattare le fuoriuscite di idrocarburi penso di avere gia' parlato.

Esiste un'altra classe di materiali, quelli absorbenti, che nonostante il nome molto simile hanno invece proprieta' molto diverse, e stanno attraendo molta attenzione vista la capacita' - almeno potenziale - di consentire il combattimento dei versamenti in modo facile, relativamente economico e meno dannoso per l'ambiente.

Questi materiali sono in genere polimeri porosi a base di polistirene reticolato con divinilbenzene - ovvero, con legami chimici fra le diverse catene del polimero. Il polistirene comune e' solubile negli idrocarburi leggeri*, mentre quello reticolato no.
Tuttavia conserva la tendenza ad associarsi colle molecole di idrocarburi, per cui quando questi polimeri reticolati vengono a contatto cogli idrocarburi si gonfiano (fino a circa 27 volte il volume iniziale) e si trasformano in un gel piu' o meno viscoso a seconda delle proporzioni dei componenti. Per esempio, se il polimero e' in eccesso si ha un gel della consistenza delle gelatine alla frutta, mentre con idrocarburo in eccesso il risultato e' un curioso materiale fatto di soffici e mobili granuli di gel, che scorre quasi come un liquido viscoso ma non proprio.

Se ricordo bene la storia, questi polimeri vennero inizialmente usati per la tecnica analitica detta cromatografia ad esclusione dimensionale, o cromatografia di esclusione molecolare.

Questi polimeri hanno quindi proprieta' molto interessanti dal punto di vista della lotta ai versamenti:

- Sono in grado di assorbire grandi quantita' di idrocarburi, fino a 27 volte il loro volume oppure 12 volte il loro peso. Ovvero, molto di piu' degli adsorbenti in fibra di polipropilene che si fermano a circa 8 volte il loro peso.

- Il legame fra idrocarburi e polimero e' tenace. Questo si traduce in una notevole riduzione della tensione di vapore, e di conseguenza un minore rilascio di vapori organici. Il rischio d'incendio e l'esposizione degli operatori e del pubblico ai vapori sono quindo molto minori. Anche il rilascio di idrocarburi durante la manipolazione dell'absorbente saturo e' ridotto - mentre gli adsorbenti tendono a sgocciolare se saturi.

- Il polimero e' 100% lipofilo. Questo signfica che absorbe selettivamente gli idrocarburi e solo una quantita' minuscola di acqua**. Il risultato e' una riduzione dei materiali da smaltire e la possibilita' di incenerire direttamente il materiale di risulta. Gli absorbenti possono anche essere usati per rimuovere quantita' molto piccole di oli dall'acqua, come l'iridescenza superficiale.

- Questi polimeri sono versatili. Giocando sulle loro proprieta' e' possibile costruire filtri autosigillanti che chiudono il flusso in presenza di idrocarburi; i polimeri in forma granulare sfusa possono essere lanciati usando i cannoni ad acqua antincendio, od anche aeromobili (ma questa tecnica e' ancora in fase di sviluppo).

Ma naturalmente non esistono bacchette magiche.
Un problema e' che gli absorbenti saturi devono essere recuperati, e se si tratta di abosrbenti sfusi, bisogna usare i soliti sistemi di panne e scrematori - preferibilmente, gli scrematori a tramoggia (weir skimmer) che pero' tendono a risucchiare anche molta acqua. Se invece si usano panne o cuscini absorbenti (dove il polimero in granuli e' associato con fibre di polipropilene e chiuso in un involucro di tessuto, poi dotato di anelli per i passaggio di corde o moschettoni), invece il recupero e' manuale.

Se poi ci si trova di fronte a versamenti di grosse dimensioni (ad es. il disastro della Deepwater Horizon), la quantita' di polimeri abosrbenti da utilizzare diventa importante per cui bisogna organizzare un treno logistico - anzi due: uno per l'absorbente fresco ed uno per i rifiuti.

Finora questi polimeri (esistono 3-4 produttori principali, tutti o quasi basati negli USA) sono stati usati con successo in diversi casi di piccoli versamenti su terra o nei fiumi, ed anche per trattare situazioni difficili come dispersioni di idrocarburi piccole ma continue da tubature che perdono.

Il Giappone ha deciso di incorporare gli absorbenti nel suo piano nazionale di risposta ai versament e ne tiene scorte notevoli pronte all'uso nei porti ed in altre localita' designate.

Piu' che un metodo di risposta ai grandi versamenti di greggio od oli combustibili, i sorbenti danno il meglio nel trattamento dei versamenti di combustibili o prodotti chimici leggeri, vista la loro capacita' di ridurre l'emissione di vapori.

Per esempio, uno scenario preoccupante e' quello del versamento di decine di migliaia di litri di BTX da una nave in porto - che spesso si trova vicino a centri abitati. Un incidente del genere porta gravi rischi d'incendio e libera una nube di vapori tossici che potrebbe anche richiedere l'evacuazione di una grande area urbana.

L'applicazione tempestiva di abosrbenti invece consente di portare rapidamente la situazione sotto controllo minimizzando il rilascio di vapori pericolosi.
D'altra parte l'absorbimento degli idrocarburi nel polistirene reticolato e' un fenomeno controllato dalla diffusivita', per cui si ha che la saturazione dei granuli e' piu' veloce ed il volume absorbito maggiore per gli idrocarburi leggeri (pochi minuti per la benzina); le prestazioni invece diminuiscono nel caso dei piu' viscosi oli lubrificanti, ad esempio.

*Come constatai anni fa quando versai del diluente per vernice in un bicchiere di polistirene...

** Esistono polimeri analoghi ma idrofili che invece absorbono grandi quantita' di acqua e soluzioni acquose; sono usati, ad esempio, nei pannolini e come prodotti per mantenere l'umidita' del suolo nei vasi.

On the Sinking of Dispersed Oil

Ah, it looks like I have blog! I had kinda forgotten. I may as well write something here.

A very common misconception is that dispersants cause oil to sink to the sea bottom, thus polluting it. I always found it hard to believe, because oils generally are less dense than water and they will naturally tend to resurface rather than sink. Also, the effect of surfactants alone cannot increase the density of oil droplets above that of water.

So, does oil sink in the first place, and what can be the cause? To answer this question, the book "Understanding Oil Spill Dispersants: Efficacy and Effects - Committee on Understanding Oil Spill Dispersants: Efficacy and Effects, National Research Council - ISBN: 0-309-54793-8, 396 pages, 6 x 9, (2005)" comes handy.

First thing: dispersants disperse oil into minute droplets, that can be transported vertically down the water column. In simple terms, this means that while bulk oil remains on the surface, dispersed oil will reach a certain depth. As usual, many factors determine the depth that oil can reach but an indicative value is around 20 meters. The main driver here is waves.

So, at superficial look the effect of dispersants may appear as sinking the oil. But it is not.

But oil droplets have been observed to sink. That happens when denser than water aggregates with mineral particles are formed. In seawater there always is a certain amount of suspended mineral particles, and if they encounter oil droplets they can form aggregates; the buoyancy of these aggregates depends on the type and amount of oil and type and amount of minerals.

Oil droplet size is also important, and it appears that chemically dispersed oil is actually less prone to sinking than naturally (by wave action) dispersed oil. Also the type and amount of surfactants used to disperse oil has an influence.

In fact there are oil-siking agents designed for the purpose; they are made from sand treated with surfactants to make it oleophilic and thus adhere to the oil; the resulting mixture is stable and denser than water. In any case, intentionally sinking oil is a procedure used seldom if ever these days.

There is another plausible mechanisms for oil sinking I would say. Weathering: after light components evaporate and/or dissolve in water, a very dense residual tar may be left behind and sink to the bottom. Mineral particles can also be incorporated in the tar making it even more dense. I am not sure of what effect dispersants may have on this phenomenon. There are reports of accelerated loss of oil light fractions when using dispersants but no comprehensive studies.

So the conclusion is...  not that much is known. But from what it is known. it appears that dispersants do not generally cause sinking of oil although they may have a more important role in some cases.