Un dispersante de petróleo es una mezcla de emulsionantes y solventes que ayuda a romper el petróleo en pequeñas gotas después de un derrame de petróleo . Las gotas pequeñas son más fáciles de dispersar en un volumen de agua y los microbios del agua pueden biodegradarlas más fácilmente. El uso de dispersantes implica un equilibrio entre exponer la vida costera al petróleo de la superficie y exponer la vida acuática al petróleo disperso. Si bien sumergir el petróleo con dispersante puede disminuir la exposición de la vida marina en la superficie, aumenta la exposición de los animales que viven bajo el agua, quienes pueden verse perjudicados por la toxicidad tanto del petróleo disperso como del dispersante. [1] [2] [3] Aunque el dispersante reduce la cantidad de petróleo que llega a la costa, puede permitir una penetración más rápida y profunda del petróleo en el terreno costero, donde no se biodegrada fácilmente. [4]
En 1967, el superpetrolero Torrey Canyon derramó petróleo en la costa inglesa. [5] Los tensioactivos de alquilfenol se utilizaron principalmente para romper el petróleo, pero resultaron muy tóxicos en el medio marino; Todo tipo de vida marina fue asesinada. Esto llevó a una reformulación de los dispersantes para que fueran más sensibles al medio ambiente. [ ¿cuando? ] Después del derrame de Torrey Canyon , se desarrollaron nuevos sistemas de fumigación desde embarcaciones. [5] Las reformulaciones posteriores permitieron contener más dispersante (en una concentración más alta) para aerosolizarlo.
Alaska tenía menos de 4.000 galones de dispersantes disponibles en el momento del derrame de petróleo del Exxon Valdez y ningún avión para prescindir de ellos. Los dispersantes introducidos fueron relativamente ineficaces debido a la insuficiente acción de las olas para mezclar el petróleo y el agua, y su uso se abandonó poco después. [6]
Un informe de David Kirby para TakePart encontró que el componente principal de la formulación Corexit 9527 utilizada durante la limpieza de Exxon Valdez, el 2-butoxietanol , fue identificado como "uno de los agentes que causaron trastornos hepáticos, renales, pulmonares, del sistema nervioso y sanguíneos entre Equipos de limpieza en Alaska tras el derrame del Exxon Valdez en 1989. " [7]
Se aplicaron dispersantes a varios derrames de petróleo entre los años 1967 y 1989. [8]
Durante el derrame de petróleo de Deep Water Horizon, se estima que se utilizaron 1,84 millones de galones de Corexit en un intento de aumentar la cantidad de petróleo de la superficie y mitigar el daño al hábitat costero. BP compró todo el suministro mundial de Corexit poco después de que comenzara el derrame. [10] Casi la mitad (771.000 galones) de los dispersantes se aplicaron directamente en la boca del pozo. [11] Los principales dispersantes utilizados fueron Corexit 9527 y 9500 , que fueron controvertidos debido a su toxicidad .
En 2012, un estudio encontró que Corexit hacía que el petróleo fuera hasta 52 veces más tóxico que el petróleo solo, [12] y que el efecto emulsionante del dispersante hace que las gotas de petróleo estén más biodisponibles para el plancton . [13] El Instituto de Tecnología de Georgia descubrió que "la mezcla de petróleo con dispersante aumentaba la toxicidad para los ecosistemas " y empeoraba el derrame de petróleo en el golfo. [14]
En 2013, en respuesta al creciente conjunto de datos de toxicidad derivados de laboratorio, algunos investigadores abordan el escrutinio que se debe utilizar al evaluar los resultados de las pruebas de laboratorio que se han extrapolado utilizando procedimientos que no son completamente confiables para las evaluaciones ambientales. [15] [16] Desde entonces, se han publicado orientaciones que mejoran la comparabilidad y relevancia de las pruebas de toxicidad del petróleo. [17]
Maritime New Zealand utilizó el dispersante de petróleo Corexit 9500 para ayudar en el proceso de limpieza. [18] El dispersante se aplicó sólo durante una semana, después de que los resultados no fueran concluyentes. [19]
Los surfactantes reducen la tensión interfacial petróleo-agua , lo que ayuda a las olas a romper el petróleo en pequeñas gotas. Una mezcla de aceite y agua normalmente es inestable, pero puede estabilizarse añadiendo tensioactivos; Estos tensioactivos pueden prevenir la coalescencia de gotas de petróleo dispersas. La eficacia del dispersante depende de la erosión del petróleo, la energía del mar (olas), la salinidad del agua, la temperatura y el tipo de petróleo. [20] Es poco probable que se produzca dispersión si el petróleo se extiende en una capa delgada, porque el dispersante requiere un espesor particular para funcionar; de lo contrario, el dispersante interactuará tanto con el agua como con el petróleo. Es posible que se requiera más dispersante si la energía del mar es baja. La salinidad del agua es más importante para los dispersantes de tensioactivos iónicos, ya que la sal bloquea las interacciones electrostáticas entre las moléculas. La viscosidad del aceite es otro factor importante; La viscosidad puede retardar la migración del dispersante a la interfaz petróleo-agua y también aumentar la energía requerida para cortar una gota de la mancha. Las viscosidades inferiores a 2000 centi poise son óptimas para los dispersantes. Si la viscosidad es superior a 10.000 centipoises, no es posible ninguna dispersión. [21]
Hay cinco requisitos para que los tensioactivos dispersen el petróleo con éxito: [5]
La eficacia de un dispersante se puede analizar con las siguientes ecuaciones. [22] El Área se refiere al área bajo la curva de absorbancia/longitud de onda, que se determina utilizando la regla trapezoidal. Las absorbancias se miden a 340, 370 y 400 nm.
Área = 30(Abs 340 + Abs 370 )/2 + 30(Abs 340 + Abs 400 )/2 (1)
La eficacia del dispersante puede entonces calcularse usando la siguiente ecuación.
Efectividad (%) = Aceite total disperso x 100/(ρ aceite V aceite )
Es necesario desarrollar modelos bien construidos (que tengan en cuenta variables como el tipo de petróleo, la salinidad y el surfactante) para seleccionar el dispersante apropiado en una situación determinada. Existen dos modelos que integran el uso de dispersantes: el modelo de Mackay y el modelo de Johansen. [23] Hay varios parámetros que deben considerarse al crear un modelo de dispersión, incluido el espesor de la mancha de petróleo, la advección , la repavimentación y la acción de las olas. [23] Un problema general en la modelización de dispersantes es que cambian varios de estos parámetros; Los tensioactivos reducen el espesor de la película, aumentan la cantidad de difusión en la columna de agua y aumentan la cantidad de ruptura causada por la acción de las olas. Esto hace que el comportamiento de la marea negra esté más dominado por la difusión vertical que por la advección horizontal. [23]
Una ecuación para el modelado de derrames de petróleo es: [24]
dónde
El modelo de Mackay predice una tasa de dispersión creciente a medida que la mancha se vuelve más delgada en una dimensión. El modelo predice que las manchas finas se dispersarán más rápido que las gruesas por varias razones. Las manchas delgadas son menos efectivas para amortiguar las olas y otras fuentes de turbidez. Además, se espera que las gotas formadas durante la dispersión sean más pequeñas en una capa delgada y, por lo tanto, más fáciles de dispersar en agua. El modelo también incluye: [23]
El modelo falta en varias áreas: no tiene en cuenta la evaporación, la topografía del fondo del océano o la geografía de la zona del derrame. [23]
El modelo de Johansen es más complejo que el modelo de Mackay. Considera que las partículas se encuentran en uno de tres estados: en la superficie, arrastradas en la columna de agua o evaporadas. El modelo empírico utiliza variables probabilísticas para determinar hacia dónde se moverá el dispersante y hacia dónde irá después de desmantelar las manchas de petróleo. La deriva de cada partícula está determinada por el estado de esa partícula; esto significa que una partícula en estado de vapor viajará mucho más lejos que una partícula en la superficie (o debajo de la superficie) del océano. [23] Este modelo mejora el modelo de Mackay en varias áreas clave, incluidos los términos para: [23]
Johansen modela los dispersantes de petróleo utilizando un conjunto diferente de parámetros de arrastre y repavimentación para petróleo tratado y no tratado. Esto permite modelar de forma diferente áreas de la marea negra para comprender mejor cómo se propaga el petróleo a lo largo de la superficie del agua.
Los tensioactivos se clasifican en cuatro tipos principales, cada uno con diferentes propiedades y aplicaciones: aniónicos , catiónicos, no iónicos y zwitteriónicos (o anfóteros). Los tensioactivos aniónicos son compuestos que contienen un grupo polar aniónico. Ejemplos de tensioactivos aniónicos incluyen dodecilsulfato de sodio y dioctilsulfosuccinato de sodio . [25] En esta clase de tensioactivos se incluyen los alquilcarboxilatos de sodio (jabones). [26] Los tensioactivos catiónicos son similares en naturaleza a los tensioactivos aniónicos, excepto que las moléculas de tensioactivos llevan una carga positiva en la porción hidrófila. Muchos de estos compuestos son sales de amonio cuaternario , así como bromuro de cetrimonio (CTAB). [26] Los tensioactivos no iónicos no tienen carga y, junto con los tensioactivos aniónicos, constituyen la mayoría de las formulaciones de dispersantes de aceite. [25] La porción hidrófila del tensioactivo contiene grupos funcionales polares , como -OH o -NH. [26] Los tensioactivos zwitteriónicos son los más caros y se utilizan para aplicaciones específicas. [26] Estos compuestos tienen componentes cargados tanto positiva como negativamente. Un ejemplo de compuesto zwitteriónico es la fosfatidilcolina , que como lípido es en gran medida insoluble en agua. [26]
El comportamiento del surfactante depende en gran medida del valor del equilibrio hidrofílico-lipofílico (HLB). El HLB es una escala de codificación de 0 a 20 para tensioactivos no iónicos y tiene en cuenta la estructura química de la molécula de tensioactivo. Un valor cero corresponde al más lipófilo y un valor de 20 es el más hidrófilo para un tensioactivo no iónico. [5] En general, los compuestos con un HLB entre uno y cuatro no se mezclarán con agua. Los compuestos con un valor HLB superior a 13 formarán una solución transparente en agua. [25] Los dispersantes de petróleo suelen tener valores de HLB de 8 a 18. [25]
A continuación se muestran dos formulaciones de diferentes agentes dispersantes para derrames de petróleo, Dispersit y Omni-Clean. Una diferencia clave entre los dos es que Omni-Clean usa tensioactivos iónicos y Dispersit usa tensioactivos completamente no iónicos. Omni-Clean fue formulado para tener poca o ninguna toxicidad hacia el medio ambiente. Dispersit, sin embargo, fue diseñado como competidor de Corexit. Dispersit contiene tensioactivos no iónicos, lo que permite utilizar tensioactivos tanto principalmente solubles en aceite como principalmente solubles en agua. La partición de tensioactivos entre las fases permite una dispersión eficaz.
Las preocupaciones sobre la persistencia en el medio ambiente y la toxicidad de los dispersantes de petróleo para diversas especies de flora y fauna se remontan a su uso inicial en las décadas de 1960 y 1970. [33] Tanto la degradación como la toxicidad de los dispersantes dependen de los productos químicos elegidos dentro de la formulación. Los compuestos que interactúan demasiado duramente con los dispersantes de petróleo deben probarse para garantizar que cumplan tres criterios: [34]
Los dispersantes pueden entregarse en forma de aerosol mediante avión o barco. Se necesita suficiente dispersante con gotas del tamaño adecuado; Esto se puede lograr con una tasa de bombeo adecuada. Se prefieren gotas de más de 1.000 μm para garantizar que no sean arrastradas por el viento. La proporción entre dispersante y petróleo suele ser de 1:20. [20]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) 