Nas horas críticas após a ocorrência de um derrame de petróleo no mar, as equipas de resgate enfrentam frequentemente um dilema: permitir que a película de petróleo se espalhe, ameaçando a vasta área marítima e os ecossistemas frágeis, ou utilizar a queima in situ para inflamar a camada de petróleo na superfície do mar. Embora a combustão in-situ tradicional possa impedir a deriva da poluição por petróleo, ela produzirá uma grande quantidade de fumaça espessa, carbono negro e resíduos incompletamente queimados, trazendo uma nova rodada de poluição para a atmosfera e o ambiente marinho.
Numa experiência de campo em grande escala, a primeira do género, uma equipa de investigação científica da Texas A&M University, nos Estados Unidos, propôs recentemente uma ideia completamente diferente: utilizar "tornados de fogo" gigantes - pilares de chama que se elevam verticalmente e rodam como tornados - para queimar petróleo na superfície do mar. A pesquisa mostra que este vórtice de chama controlado não só melhora significativamente a eficiência da combustão, mas também reduz significativamente a fumaça e a poeira, tornando-o um meio mais rápido e limpo de responder a derramamentos de óleo.
Comparado com a "poça de fogo" formada pela combustão in-situ convencional, o tornado de fogo atrai uma grande quantidade de oxigênio para a chama por meio de forte rotação, tornando a temperatura de combustão mais alta e a reação mais completa. Os resultados experimentais mostram que, nas mesmas condições, a velocidade de queima do tornado de fogo aumenta cerca de 40%, pode queimar quase 95% do óleo e as partículas nocivas e resíduos tóxicos deixados para trás são significativamente reduzidos. Ao mesmo tempo, as emissões de fumo e poeiras também são reduzidas em cerca de 40%, o que significa que o impacto da combustão de emergência na qualidade do ar é significativamente atenuado.
A pesquisa foi financiada pelo Bureau de Segurança Marítima e Fiscalização Ambiental (BSEE) do Departamento do Interior dos EUA e foi conduzida conjuntamente pela Professora Elaine Oran, Professor Wang Qingsheng e colaborador Michael Gollner da Escola de Engenharia da Universidade Texas A&M. Oran destacou que esta é a primeira vez que alguém propõe o uso de trombas de fogo para controle de derramamentos de óleo marinho. "Nosso objetivo é transformar as trombas de incêndio originalmente caóticas e difíceis de controlar em uma ferramenta de restauração ambiental poderosa e precisa para proteger as costas, os ecossistemas marinhos e o meio ambiente em geral."
A equipe de pesquisa acredita que o domínio da tecnologia de geração e controle de tornados de fogo deverá inaugurar um modelo novo, mais rápido e "mais ecológico" de resposta a derramamentos de óleo. O acidente da Deepwater Horizon em 2010 – o maior derrame de petróleo offshore na história dos EUA – matou 11 trabalhadores, matou milhares de vidas marinhas e danificou gravemente o ecossistema do Golfo do México. Também destacou o risco real de que um grande derrame de petróleo se possa transformar num desastre ambiental num curto período de tempo.
Do ponto de vista da eficiência, as vantagens do Fire Tornado são muito proeminentes. Estudos demonstraram que pode queimar petróleo bruto quase duas vezes mais rapidamente que os incêndios tradicionais, proporcionando uma janela de tempo crítica para as forças de resgate e ajudando a remover rapidamente a poluição por petróleo antes que esta se espalhe para áreas marítimas sensíveis ou protegidas. Em termos de melhoria da qualidade do ar, as trombas de incêndio utilizam um processo de combustão eficiente semelhante ao dos incineradores industriais para decompor grandes partículas que de outra forma formariam densas nuvens de fumo, de modo que a combustão de emergência possa reduzir a poluição marinha sem sacrificar a poluição atmosférica grave.
Para realizar este experimento em grande escala, a equipe de pesquisa construiu uma estrutura de três paredes com cerca de 4,9 metros de altura. As três paredes foram dispostas em triângulo para guiar com precisão o fluxo de ar. No centro da estrutura, eles colocaram uma piscina de petróleo bruto com cerca de 1,5 metros de diâmetro na água e a acenderam no campo de treinamento de incêndio de Brayton, Texas A&M Engineering Extension Services (TEEX). À medida que o fluxo de ar é torcido entre as três paredes e convergindo sobre as chamas, forma-se um tornado de chamas de quase 5,7 metros de altura, demonstrando maior intensidade de queima, emissões mais limpas e consumo de combustível quase completo do que uma piscina de incêndio normal.
Este resultado foi publicado na revista acadêmica "Fuel". Os dados mostram que a velocidade do tornado de fogo que queima a poluição por óleo aumenta em cerca de 40%, as emissões de fumaça são reduzidas em cerca de 40% e a taxa de queima de combustível pode chegar a 95%. Em comparação com a combustão tradicional no local, alcançou melhorias completas. Oran disse que estes resultados não apenas comprovam o enorme potencial das trombas de fogo no controle de derramamentos de óleo marítimo, mas também fornecem uma base física importante para o projeto de sistemas de combustão eficientes, previsão e gestão do comportamento de incêndios florestais e outros campos mais amplos.
No entanto, a aplicação de tornados de fogo também enfrenta graves desafios de engenharia. A pesquisa aponta que os tornados de fogo são extremamente sensíveis às condições ambientais, e somente em uma "zona Cachinhos Dourados" (isto é, um estado de equilíbrio onde as condições são "perfeitas") eles podem manter chamas rotativas eficientes e estáveis. Quando a velocidade do vento é muito alta, a coluna rotativa de fogo será perturbada ou mesmo desintegrada; se a organização do fluxo de ar for insuficiente, a chama degenerará em uma poça de fogo comum; a espessura da camada de óleo também é crucial. Quando a película de óleo for muito espessa, o tornado de fogo se extinguirá prematuramente.
No futuro, a equipe de pesquisa científica prevê o desenvolvimento de dispositivos móveis de engenharia que possam ser implantados em locais de acidentes marítimos para converter chamas comuns em tornados de fogo eficientes. Espera-se que este tipo de dispositivo seja transportado e posicionado acima da área de derramamento de óleo para guiar o fluxo de ar através da estrutura e gerar um vórtice de chama controlável para alcançar operações de combustão de emergência rápidas e de emissões relativamente baixas. Oran enfatizou que esta pesquisa não é apenas um experimento, mas também uma prévia de um futuro em que os humanos poderão transformar o fogo de uma força natural destrutiva em uma ferramenta para proteger os oceanos e a terra.
Atualmente, a geração e o controle bem-sucedidos de trombas de incêndio em grande escala no campo constituem um marco científico importante. A investigação mostra que muitos fenómenos naturais que parecem extremos ou mesmo destrutivos podem potencialmente ser “domesticados” pelos seres humanos, desde que as suas leis físicas sejam profundamente compreendidas e, por sua vez, utilizadas para enfrentar os prementes desafios ambientais da atualidade.