Pirolitičko vraćanje plodnosti tla onečišćenog teškim naftnim ugljikovodicima

Uzgojem salate moguće je vratiti plodnost tlu nakon teške kontaminacije naftom?

Američki znanstvenici prilagodili su svoju metodu za uklanjanje onečišćenja uzrokovanih naftnim ugljikovodicima kroz dobro poznati proces pirolize, a uspješnost procesa dokazuju uzgojem salate na piroliziranom tlu koja pokazuje istu klijavost i ima istu težinu kao i salata uzgojena na čistom tlu.

Inženjeri Kyriacos Zygourakis i Pedro Alvarez s američkog Sveučilište Rice, u suradnji s kolegama su prilagodili svoju metodu za uklanjanje onečišćenja uzrokovanih naftnim ugljikovodicima iz tla kroz već dobro poznati proces pirolize. Tehnika se temelji na laganom zagrijavanju onečišćene zemlje, u odsutnosti kisika, čime se izbjegava šteta koja se obično nanosi plodnom tlu kada gorenje ugljikovodika uzrokuje naglo povećanje temperature.

Dok najviše pozornosti dobivaju izlijevanja nafte koja se događaju na morskim površinama, Alvarez ističe da se čak 98 posto izlijevanja nafte događa na kopnu, a iz Američke agencije za zaštitu okoliša izvještavaju o 25.000 izlijevanja godišnje na području SAD-a. Nužna je isplativa remedijacija takvih onečišćenih područja: „Vidjeli smo priliku za pretvorbu nečistoće – onečišćenog tla u isplativu robu – plodno tlo“, rekao je Pedro Alvarez, profesor građevinarstva i ekoinženjerstva.

Ključ uspjeha je u odgovarajućoj temperaturi

Ključ za zadržavanje plodnosti tla leži u očuvanju temeljnih glina prisutnih u tlu. „Gline zadržavaju vodu, a ako podignete temperaturu previsoko, u osnovi ih uništite“, rekao je Kyriacos  Zygourakis, profesor bioinženjerstva. „Prelaskom preko 500 stupnjeva Celzijevih, dehidracija je nepovratna.“

Znanstvenici su uzorke tla iz Hearnea u Teksasu laboratorijski kontaminirali teškim sirovinama te stavili u peć da bi vidjeli pri kojoj temperaturi se eliminira najviše nafte i kolika je trajnost procesa.

Njihovi rezultati pokazali su da se zagrijavanjem uzoraka u rotirajućem bubnju pri temperaturi od 420 °C tijekom 15 minuta eliminira 99,9 posto ukupnih naftnih ugljikovodika (TPH) i 94,5 posto policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAH), ostavljajući pritom tretirana tla s približno istim razinama onečišćujućih tvari kao i u prirodnom, nekontaminiranom tlu.

Navedena studija objavljena je u časopisu Environmental Science and Technology, a slijedi nekoliko radova iste znanstvene skupine koji detaljno opisuju mehanizam kojim piroliza uklanja onečišćivače i pretvara neke od neželjenih ugljikovodika u čađ, ostavljajući za sobom tlo gotovo jednako plodno kao i izvorno.

„Zagrijavanje tla u svrhu njegova čišćenja nije novi proces“, kaže Zygourakis. „Ono što smo mi dokazali jest da možemo provesti brzo čišćenje tla u kontinuiranom reaktoru za uklanjanje TPH-a, a naučili smo i kako optimizirati uvjete pirolize kako bi se povećalo uklanjanje onečišćujućih tvari uz minimalno oštećenje tla i gubitak plodnosti.“

„Također, uvidjeli smo da sve to možemo učiniti koristeći manje energije u odnosu na druge metode“, dodao je Zygourakis.

Zagrijavanje tla na oko 420 °C predstavlja optimalnu temperaturu za remedijaciju tla, dok zagrijavanje na 470 °C bolje uklanja onečišćujuće tvari, ali zahtijeva više energije i, što je još važnije, smanjuje plodnost tla do te mjere da se ne može ponovno upotrijebiti.

„Pri temperaturi od 200 i 300 °C isparavaju lagani hlapljivi spojevi, a povišenjem temperature na 350-400 °C, prvo dolazi do pucanja veza između ugljika i heteroatoma, a zatim ugljik-ugljik i ugljik-vodik veza koje pokreći niz radikalnih reakcija kojima se teži ugljikovodici pretvaraju u stabilnu, niskoreaktivnu ćađ“, objasnio je Zygourakis.

Ova salata uzgojena u tretiranom i oplođenom tlu pokazala je snažan rast tijekom 14 dana / Foto: Wen Song / Rice University

Laboratorijsko testiranje salate

Testiranje ovakvog pilot projekta znanstvenici su proveli uzgojem „Black Seeded Simpson” salate, sorte za koju je nafta vrlo toksična, na izvornom čistom tlu, na određenim onečišćenim tlima i na nekoliko pirolizom tretiranih tala. Dok je biljkama na tretiranom tlu trebalo duže vrijeme za početak rasta, pokazalo se da nakon 21 dana, biljke uzgojene na piroliziranom tlu s gnojivom ili samo s vodom pokazuju istu klijavost i imaju istu težinu kao i one koje se uzgajaju na čistom tlu.

„Znali smo da imamo proces koji učinkovito čisti tlo onečišćeno naftnim ugljikovodicima i vraća njegovu plodnost“, kaže Zygourakis. „Ali, jesmo li doista detoksificirali tlo?“

Da bi odgovorili na ovo ključno pitanje, znanstveni tim obratio se Bhagavatula Moorthyju, profesoru neonatolgije na Medicinskom fakultetu Baylor u Houstonu, koji proučava učinke onečišćivača u zraku na neonatalni razvoj. Moorthy i njegovi suradnici otkrili su da su uzorci tla onečišćenih naftom toksični za ljudske stanice pluća, dok izlaganje istih stanica uzorcima tretiranih tala nema štetnih učinaka.

Studija je ublažila zabrinutost da bi pirolizirano tlo moglo osloboditi čestice prašine u zraku s visoko toksičnim onečišćujućim tvarima kao što su PAU. „Važna lekcija koju smo naučili jest da različiti ciljevi remedijacije radi usklađenosti s propisima, detoksifikacije ili obnove plodnosti tla ne moraju biti međusobno isključivi te da se mogu istovremeno postići“, zaključio je Pedro Alvarez.

Klara Perović / Ekovjesnik

 

VEZANE VIJESTI

Materijal za toplinsku izolaciju inspiriran krznom polarnog medvjeda

Znanstvenici se već godinama oduševljavaju kvalitetom krzna polarnog medvjeda te ističu kako bi mogla poslužiti kao inspiracija za izradu materijala koji zadržavaju toplinu. Kineski istraživači nedavno su razvili tvar koja navodno nadmašuje kvalitetu pravog krzna polarnog medvjeda.

Kontrola moćnog stakleničkog plina još moćnijim satelitom

Smanjenje emisija metana kritični je dio suzbijanja globalnog zatopljenja. Novi satelit MethaneSAT mogao bi pomoći u mjerenju i kontroli emisija metana iz postrojenja za obradu i proizvodnju nafte te zemnog plina, ali i drugih manjih izvora emisija širom svijeta. Dok se drugim višenamjenskim satelitima samo nastoji ukazati na problem, MethaneSAT bi mogao riješiti problem, i to na globalnoj razini!

Nove spoznaje o utjecaju površinski aktivnih tvari na formiranje oblaka

Znanstvenici su po prvi put izmjerili koncentracije površinski aktivnih tvari u sitnim frakcijama lebdećih čestica u zraku. To bi moglo biti značajno za procese stvaranja oblaka i njihova svojstva, što bi moglo biti od posebne važnosti upravo u klimatski značajnim područjima kao što su oceani.

Australske biljke imaju supermoći kojima spašavaju onečišćena tla

O kvaliteti tla ovisi i kvaliteta vode koja kroz njega teče i u njega ponire, ali i kvaliteta zraka iznad tla. Iako tlo ima značajan utjecaj na cjelokupni živi i neživi svijet, ono je najizloženije ljudskom djelovanju, a broj zakonskih propisa za njegovu zaštitu i tehnologija za obradu je minimalan.

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER