خاک آلوده به نفت حاصلخیزتر می شود
آنها با استفاده از فرایندی به نام پیرولیز یا تجزیه در اثر حرارت که شامل گرمایش خاک‌های آلوده درشرایط نبود اکسیژن است خاک‌های آلوده را پاکسازی کردند و باعث حفظ حاصلخیزی خاک شدند. پدرو آلوارز، مهندس محیط زیست دانشگاه رایس می‌گوید: «این فرآیند نسبت به روش‌های استاندارد سوزاندن که جهت اصلاح سریع خاک‌های آلوده استفاده می‌شوند، خیلی بهتر است.»
جورج براون، استاد و سرپرست گروه مهندسی عمران دانشگاه رایس نیز در این باره می‌گوید: «هدف اصلی ما انجام یک واکنش سریع در برابر انتشار نفت بود اما آرزوی ما تبدیل خاک آلوده به خاک حاصلخیز بود.» مقاله جدید الوارز و همکارانش در مجله انجمن علوم شیمی آمریکا،« Environmental Science and Technology» توضیح کاملی در مورد نحوه دستیابی به این پیشرفت را ارائه می‌کند.
نشت مواد نفتی در دریاها نیز نیاز به بررسی بسیاری دارد اما مواد نفتی که سالانه در سطح زمین پخش می‌شوند 250000 برابر بیشتر از موادی هستند که وارد دریاها می‌شوند و صنعت و دولت ها در سراسر جهان سالانه بیش از 10 میلیون دلار صرف پاکسازی مواد نفتی پخش شده در سطح زمین می‌کنند.
تیم مطالعاتی رایس دریافتند که فرآیند پیرولیز خاک‌های آلوده به مدت 3 ساعت نه تنها مقدار هیدروکربن‌های نفتی پخش شده را بیشتر از سطح استاندارد نظارتی کاهش می‌دهد بلکه با تبدیل کربن باقیمانده به مواد زغالی باعث افزایش باروری خاک می‌شود.
الوارز می‌گوید: «ما در ابتدا تصور می‌کردیم که می‌توان هیدروکربن‌های نفتی را به زغال چوب طبیعی تبدیل کرد اما بعدها متوجه شدیم که فرضیه ما تا حدی اشتباه است؛ اگرچه ما نتوانستیم زغال طبیعی تهیه کنیم اما به مواد کربنی‌ای دست یافتیم که زغال نامیده می‌شود و شبیه زغال سنگ سوخته است و این فرضیه که با حذف مواد سمی و آب گریزی که مانع رسیدن آب به گیاهان می‌شوند و به‌جاگذاری برخی مواد کربنی و شاید برخی مواد غذایی می‌توان رشد گیاهان را افزایش داد، کاملا درست بوده است.»
پژوهشگران موفق شدند با پرورش موفقیت آمیز گیاه کاهو در خاک‌های اصلاح شده در آزمایشگاه این فرضیه را اثبات کنند.
جولیا رادونیوز، فارغ التحصیل دانشگاه رایس و نویسنده مقاله در این باره می‌گوید:« هیچ گیاهی به عنوان یک استاندارد برای تست مواد سمی نفتی انتخاب نشده است، اما همه می‌دانند که کاهو گیاهی است که به وجود مواد سمی بخصوص مواد نفتی بسیار حساس است.»
الوارز نیز در این باره می‌گوید: «الزامی وجود ندارد که خاک‌های اصلاح شده برای رشد مواد غذایی استفاده شوند بلکه آنها می‌توانند برای ایجاد فضای سبز مثلا کشت چمن برای به حداقل رساندن فرسایش و حفظ پوشش گیاهی مورد استفاده قرار گیرند.»
کیراکز زیگوراکیز، مهندس شیمی دانشگاه رایس می‌گوید: «بخشی از فعالیت ما شامل واجذبی گرما و بخشی هم شامل شیمی مواد نفتی است. با حرارت خاک‌های آلوده در دمای 420 درجه سانتی‌گراد و شرایط نبود اکسیژن، ما ابتدا هیدروکربن‌های سبک تر را آزاد می کنیم. این بخش همان مرحله واجذبی گرماست. زمانیکه درجه حرارت 350 درجه افزایش می‌یابد هیدروکربن‌های سنگین تر و مواد رزینی و اسفالتین طی برخی فرآیندهای شیمیایی به شکل زغال سنگ نفتی در پالایشگاه‌ها تبدیل می‌شوند که آژانس حفاظت از محیط زیست این زغال‌های نفتی را جزو زباله‌های خطرناک طبقه‌بندی نکرده است». او همچنین می‌گوید:« ما برخی هیدروکربن ها را به شکل بی‌خطری در خاک‌های اصلاح شده باقی می‌گذاریم. به این دلیل که اگر بخواهیم تمام هیدروکربن‌ها را حذف کنیم باید درجه حرارت را خیلی بالاتر ببریم و برای سوزاندن زغال‌ها اکسیژن فراهم کنیم اما با این کار خاک را تخریب خواهیم کرد و حدود 40 الی 60 درصد انرژی به هدر می‌رود.»
کارولین مازیلو، شیمیدان زیستی می‌گوید: «زغالی که در اثر سوزاندن مواد نفتی پخش شده در خاک تولید می‌شود با زغالی که در طبیعت وجود دارد بسیار متفاوت است. زغال طبیعی در اثر تجزیه ذرات معدنی خاک حاصل می‌شود و دارای ساختار فیزیکی‌ای است که اجازه نگهداری آب و مواد غذایی را به آن می‌دهد و محلی برای زندگی میکروب‌ها فراهم می‌کند اما زغالی که ما تولید کردیم دارای این خصوصیات نیست؛ این زغال یک ساختار آلی دارد که به صورت پوششی روی ذرات معدنی قرار می‌گیرد.»
وایدونیز می‌گوید:« این فرآیند قابل اندازه گیری است و باید با استفاده از تجهیزات اصلاحی انجام بگیرد. سوزاندن مواد زاید و واجذبی گرمایی هر دو فرآیند جدیدی هستند و با این که متفاوتند ولی شباهت‌هایی به هم دارند». زیگوراس در این باره می‌گوید: «ما از تمامی شرکت‌های تولید کننده انتظار داریم تا واحدهای واجذبی گرمایی دارای مقیاس اندازه‌گیری و سیار را ایجاد کنند و برخی تغییرات اصلاحی در روند پیرولیز مواد زاید انجام دهند». او همچنین می‌گوید: «ما با این کار ثابت کردیم که می‌توانیم تمامی فاکتورهای بد و مواد آلاینده را حذف کنیم و در نهایت محصول با ارزش کشاورزی تولید کنیم» . وایدونیز می‌گوید: «ما هنوز کارهای زیادی برای بهینه‌سازی این فرایند باید انجام دهیم و باید بدانیم چگونه زمان و دما در طی فرایند پیرولیز می‌توانند اثر کارآمدتری روی زغال خاک داشته باشند.»
آنها با استفاده از فآایندی به نام پیرولیز یا تجزیه در اثر حرارت که شامل گرمایش خاک‌های آلوده درشرایط نبود اکسیژن است خاک‌های آلوده را پاکسازی کردند و باعث حفظ حاصل خیزی خاک شدند. پدرو آلوارز، مهندس محیط زیست دانشگاه رایس می‌گوید: «این فرآیند نسبت به روش‌های استاندارد سوزاندن که جهت اصلاح سریع خاک‌های آلوده استفاده می‌شوند، خیلی بهتر است.»
جورج براون، استاد و سرپرست گروه مهندسی عمران دانشگاه رایس نیز در این باره می‌گوید: «هدف اصلی ما انجام یک واکنش سریع در برابر انتشار نفت بود اما آرزوی ما تبدیل خاک آلوده به خاک حاصل خیز بود.» مقاله جدید الوارز و همکارانش در مجله انجمن علوم شیمی آمریکا،« Environmental Science and Technology» توضیح کاملی در مورد نحوه دستیابی به این پیشرفت را ارائه می‌کند.
نشت مواد نفتی در دریاها نیز نیاز به بررسی بسیاری دارد اما مواد نفتی که سالانه در سطح زمین پخش می‌شوند 250000 برابر بیشتر از موادی هستند که وارد دریاها می‌شوند و صنعت و دولت در سراسر جهان سالانه بیش از 10 میلیون دلار صرف پاکسازی مواد نفتی پخش شده در سطح زمین می‌کنند.
تیم مطالعاتی رایس دریافتند که فرآیند پیرولیز خاک‌های آلوده به مدت 3 ساعت نه تنها مقدار هیدروکربن‌های نفتی پخش شده را بیشتر از سطح استاندارد نظارتی کاهش می‌دهد بلکه با تبدیل کربن باقیمانده به مواد زغالی باعث افزایش باروری خاک می‌شود.
الوارز می‌گوید: «ما در ابتدا تصور می‌کردیم که می‌توان هیدروکربن‌های نفتی را به زغال چوب طبیعی تبدیل کرد اما بعدها متوجه شدیم که فرضیه ما تا حدی اشتباه است؛ اگرچه ما نتوانستیم زغال طبیعی تهیه کنیم اما به مواد کربنی‌ای دست یافتیم که زغال نامیده می‌شود و شبیه زغال سنگ سوخته است و این فرضیه که با حذف مواد سمی و آب گریزی که مانع رسیدن آب به گیاهان می‌شوند و به‌جاگذاری برخی مواد کربنی و شاید برخی مواد غذایی می‌توان رشد گیاهان را افزایش داد، کاملا درست بوده است.»
پژوهشگران موفق شدند با پرورش موفقیت آمیز گیاه کاهو در خاک‌های اصلاح شده در آزمایشگاه این فرضیه را اثبات کنند.
جولیا رادونیوز، فارغ التحصیل دانشگاه رایس و نویسنده مقاله در این باره می‌گوید:« هیچ گیاهی به عنوان یک استاندارد برای تست مواد سمی نفتی انتخاب نشده است، اما همه می‌دانند که کاهو گیاهی است که به وجود مواد سمی بخصوص مواد نفتی بسیار حساس است.»
الوارز نیز در این باره می‌گوید: «الزامی وجود ندارد که خاک‌های اصلاح شده برای رشد مواد غذایی استفاده شوند بلکه آنها می‌توانند برای ایجاد فضای سبز مثلا کشت چمن برای به حداقل رساندن فرسایش و حفظ پوشش گیاهی مورد استفاده قرار گیرند.»
کیراکز زیگوراکیز، مهندس شیمی دانشگاه رایس می‌گوید: «بخشی از فعالیت ما شامل واجذبی گرما و بخشی هم شامل شیمی مواد نفتی است. با حرارت خاک‌های آلوده در دمای 420 درجه سانتی‌گراد و شرایط نبود اکسیژن، ما ابتدا هیدروکربن‌های سبک تر را آزاد می کنیم. این بخش همان مرحله واجذبی گرماست. زمانیکه درجه حرارت 350 درجه افزایش می‌یابد هیدروکربن‌های سنگین تر و مواد رزینی و اسفالتین طی برخی فرآیندهای شیمیایی به شکل زغال سنگ نفتی در پالایشگاه‌ها تبدیل می‌شوند که آژانس حفاظت از محیط زیست این زغال‌های نفتی را جزو زباله‌های خطرناک طبقه‌بندی نکرده است». او همچنین می‌گوید:« ما برخی هیدروکربن ها را به شکل بی‌خطری در خاک‌های اصلاح شده باقی می‌گذاریم. به این دلیل که اگر بخواهیم تمام هیدروکربن‌ها را حذف کنیم باید درجه حرارت را خیلی بالاتر ببریم و برای سوزاندن زغال‌ها اکسیژن فراهم کنیم اما با این کار خاک را تخریب خواهیم کرد و حدود 40 الی 60 درصد انرژی به هدر می‌رود.»
کارولین مازیلو، شیمیدان زیستی می‌گوید: «زغالی که در اثر سوزاندن مواد نفتی پخش شده در خاک تولید می‌شود با زغالی که در طبیعت وجود دارد بسیار متفاوت است. زغال طبیعی در اثر تجزیه ذرات معدنی خاک حاصل می‌شود و دارای ساختار فیزیکی‌ای است که اجازه نگهداری آب و مواد غذایی را به آن می‌دهد و محلی برای زندگی میکروب‌ها فراهم می‌کند اما زغالی که ما تولید کردیم دارای این خصوصیات نیست؛ این زغال یک ساختار آلی دارد که به صورت پوششی روی ذرات معدنی قرار می‌گیرد.»
وایدونیز می‌گوید:« این فرآیند قابل اندازه گیری است و باید با استفاده از تجهیزات اصلاحی انجام بگیرد. سوزاندن مواد زاید و واجذبی گرمایی هر دو فرآیند جدیدی هستند و با این که متفاوتند ولی شباهت‌هایی به هم دارند». زیگوراس در این باره می‌گوید: «ما از تمامی شرکت‌های تولید کننده انتظار داریم تا واحدهای واجذبی گرمایی دارای مقیاس اندازه‌گیری و سیار را ایجاد کنند و برخی تغییرات اصلاحی در روند پیرولیز مواد زاید انجام دهند». او همچنین می‌گوید: «ما با این کار ثابت کردیم که می‌توانیم تمامی فاکتورهای بد و مواد آلاینده را حذف کنیم و در نهایت محصول با ارزش کشاورزی تولید کنیم» . وایدونیز می‌گوید: «ما هنوز کارهای زیادی برای بهینه‌سازی این فرایند باید انجام دهیم و باید بدانیم چگونه زمان و دما در طی فرایند پیرولیز می‌توانند اثر کارآمدتری روی زغال خاک داشته باشند.»
No tags for this post.
