分散劑的科學

大量使用表面活性劑化學品將墨西哥灣變成一個巨大的實驗場。

作者:丹尼爾·克雷西

自從深水地平線石油鑽井平臺在四月爆炸沉沒以來,大量的分散劑化學品被噴灑到由此產生的油汙上。這些化學品——與用圍油欄圍堵漂浮石油和用“控制燃燒”的方式點燃石油一起——是為了減少墨西哥灣一個破裂的油井以每天 5,000 桶(約 800,000 升)的速度噴出石油而造成的環境破壞所做的嘗試。

分散劑有什麼作用?


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分散劑不會將石油從該區域清除。相反,它們有助於將大塊的石油“分散”成更小的碎片——因此得名——這些碎片更容易被海洋微生物分解。

它們的工作原理與廚房洗滌液相同。兩者主要由表面活性劑分子組成,這些分子具有親水性的頭部和疏水性的尾部。

這些分子嵌入石油和水之間的介面。這降低了介面處的表面張力——也就是說,破壞石油分子和水分子使其彼此粘附而不是混合的難度。

“降低介面張力降低了將油作為離散液滴混合到水相中所需的能量,”納爾科能源服務公司研發部門副總裁大衛·霍斯普說,該公司生產目前在墨西哥灣使用的分散劑產品。“將石油分散成小液滴使天然存在的微生物能夠消耗這些油滴,並且分散劑迅速生物降解。”

墨西哥灣正在使用哪些分散劑?

到目前為止,至少使用了 325,000 加侖(超過 100 萬升)兩種型別的分散劑:Corexit 9500 和 Corexit EC9527A。

“一種是為輕質、新鮮的石油或很早就釋放出來且尚未風化的石油設計的,”霍斯普解釋說。“另一種是為較重的石油和已經風化了幾天的石油設計的。”

分散劑對環境有什麼影響?

分散劑本身就是令人不快的化學混合物,儘管今天的產品比早期溢油(如托里峽谷災難)中使用的有毒溶劑危害小。分散劑的主要問題在於它們有助於將石油更廣泛地擴散到環境中。

這有助於防止大量石油汙染海灘和覆蓋動物,但是,儘管生活在水面上的動物可能會從減少石油暴露中受益,但海洋其他部分的動物和海底的動物將遭受更多汙染。

“這是一種權衡,沒有人會告訴你使用分散劑不會產生影響。你是在用一種物種換另一種物種,”馬里蘭大學環境科學中心的環境化學家卡里斯·米切爾莫爾說,他也是 2005 年美國國家科學院關於分散劑報告的合著者。

在一項尚未發表的研究中,米切爾莫爾和她的同事將軟珊瑚暴露於原油和目前使用的 Corexit 9500 分散劑中。生長速度顯著下降。

然而,總的來說,關於分散劑的影響,特別是以目前在海灣應用的量使用時,仍然缺乏瞭解。

“長期影響確實未知,”米切爾莫爾說。“分散劑具有內在毒性。並且這些油滴往往與濾食性生物的食物顆粒大小相似。”

到目前為止,分散劑主要透過飛機噴灑應用於水面油汙。它們能否針對石油洩漏源頭?

水下機器人在海灣被用來將分散劑直接應用於從海底洩漏的石油。以前從未在當前洩漏的深度嘗試過這種水下使用。

麻省理工學院的環境工程師埃裡克·亞當斯是 2005 年報告的另一位作者,他指出,在水面上,風和浪有助於分散劑與石油混合並分解石油。在水下,更難確保混合。

“從某種意義上說,在水面應用分散劑更容易,”亞當斯說,他曾對分散劑的深海應用系統進行過理論研究。但他認為,水下應用可以到達石油源頭,這一優勢使得這項實驗值得嘗試。

一些人批評美國環境保護署 (EPA) 在深水地平線站點對深海分散劑使用的試執行,理由是迄今為止的研究主要集中在分散劑對海洋上層的影響上。

但這項嘗試似乎正在奏效。“空中觀測表明,一旦將化學物質直接注入井口,水面上的油汙就會顯著減少,”霍斯普說。“你可以非常迅速地將石油分散到水柱中。”

美國環保署承認,水下使用對環境的影響“仍然很大程度上未知”。然而,在最初的試執行之後,本週批准了進一步的水下應用。

未來會怎樣?

在短期內,全球化學公司正在爭先恐後地跟上事故造成的分散劑的大量需求。霍斯普說,供應商目前正在跟上需求,但如果需求顯著增加,庫存可能會耗盡。

從長遠來看,深水地平線事故應對已經開始了實際上是對分散劑使用進行的一次巨大實驗。

2005 年國家科學院的報告提出了許多關於分散劑毒性和分散石油的最終命運的問題,這些問題需要解答。亞當斯和米切爾莫爾都表示,在這些問題上尚未取得太大進展。墨西哥灣發生的事件可能會推動這項研究向前發展。

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