На сегодняшний день разработаны механические, химические и биологические методы ликвидации последствий разливов нефти. Причём механические методы (с использованием боновых заграждений, нефтесборщиков и барьеров) — основная мера, с которой начинается работа по очистке морской поверхности. С их помощью предотвращают распространение разлитой нефти на прилегающие территории и собирают её на поверхности воды для последующего извлечения или сжигания. Однако механические технологии эффективны, только если толщина нефтяной плёнки не менее одного миллиметра. Нефтяное же пятно под воздействием ветра, морских течений и поверхностных волн довольно быстро растекается по большой площади, и толщина нефтяной плёнки может уменьшиться до долей миллиметра. В результате всасывание нефти с поверхности воды механическими способами становится неэф-фективным, по этой же причине нефтяную плёнку нельзя сжигать на месте.
Чтобы предотвратить уменьшение толщины плёнки, используют поверхностно-активные вещества (ПАВ) — их называют собирающими агентами. Первые такие соединения были разработаны в 1970-х годах. Они быстро растекаются по поверхности воды с нефтяным пятном и, достигая его края, снижают поверхностное натяжение границы раздела воздух/вода. В результате коэффициент растекания становится отрицательным и пятно втягивается. Эта технология сбора хорошо работает в умеренном климате, однако в арктических водах возникают некоторые ограничения. Прежде всего, при низких температурах воды значительно снижается способность имеющихся составов собирать нефть. Также наличие морского льда порою приводит к разделению нефтяных пятен, обработанных собирающими агентами, на несколько фрагментов, что мешает распространению пламени при сжигании пятна нефти. Кроме того, существующие реагенты (средства на основе углеводородов, силиконовых и фторсодержащих ПАВ) экологически небезопасны, и их использование сдерживается. Поэтому исследователи продолжают активные поиски безопасных средств для сбора нефти с морской поверхности в арктических условиях.
Сотрудники Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина вместе с коллегами из Красноярского научного центра СО РАН, Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН и Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН разработали «собиратель» нефти и нефтепродуктов на растительной основе. Он сокращает площадь разливов, стягивая нефтяную плёнку на воде до толщины, при которой её можно собрать специальными устройствами — скиммерами или сжечь.
Основу реагента составляют фосфолипиды — соединения, из которых построены мембраны всех живых клеток. В качестве источника фосфолипидов исследователи взяли измельчённые соевые бобы — дешёвое и доступное сырьё. Вторым компонентом препарата стал изобутиловый спирт, который не вызывает повреждения генетического материала живых клеток (не генотоксичен), не обладает канцерогенностью и легко разлагается в окружающей среде, то есть не приводит к её загрязнению.
Нефтяной разлив смоделировали, вылив образцы нефти в контейнеры с водой комнатной температуры (22°С) и охлаждённой до 0°С и 7°С. После того, как нефтяные пятна растеклись по её поверхности, исследователи нанесли на воду синтезированный реагент. Эксперимент показал, что уже в течение одной минуты после нанесения растительного ПАВ площадь нефтяного пятна уменьшилась на 93% в воде комнатной температуры и на 89% — в охлаждённой. При этом толщина нефтяного пятна, благодаря его сжатию в более плотный слой, увеличилась с 0,1 до 1,6—2,6 мм. При такой толщине нефтяную плёнку уже можно удалять с поверхности воды нефтесборной техникой или сжигать на месте разлива.
Далее команда исследователей изучила, как реагент влияет на взаимодействие нефти с водой и образование льда в месте разлива, для чего использовала методы магнитно-резонансной томографии (МРТ) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР). С их помощью удалось определить, что собирающий агент меняет внутреннюю структуру и текстуру поверхности льда под нефтяной плёнкой, а также его теплофизические свойства. Так, в образцах воды с нефтью, но без реагента, в процессе замерзания образовалось характерное «бутылочное горлышко». Такой эффект возникает в ходе замерзания воды в результате выдавливания её образующимися кристаллами льда в направлении движения фронта замерзания. В присутствии реагента структура льда оказалась иной из-за того, что вода не выдавливалась, а замерзала внутри поликристаллической структуры льда.
Авторы работы отмечают, что предложенный растительный реагент не только экологически безопасен, но и превосходит большинство известных соединений для удаления разливов нефти. В планах команды протестировать новый состав для удаления нефтяных пятен в природных условиях, чтобы учесть все имеющиеся в естественной среде факторы, например ветер и течения.
По информации кафедры общей и прикладной химии Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина.
