溢油清理

2010年4月20日，深水地平线钻井平台遭遇灾难。在美国路易斯安那州海岸附近钻探一口前景看好的油井时，一股甲烷高压突然爆发，冲向管道并爆炸。大火吞没了平台，造成11名机组人员死亡。两天后，钻井平台沉没，油井在海面下1600米处涌出原油。在接下来的五个月里，2.1亿加仑重质原油泄漏到墨西哥湾，这是历史上最大的海洋石油泄漏事件。

为了遏制浮油扩散，“深水地平线”运营商英国石油公司(BP)布置了超过4000公里的浮动围栏，其中一些围在整个岛屿周围。数百艘撇油船被动员起来打捞石油。整个岛屿都是为了保护路易斯安那州的海岸线而建造的。在一项至今仍有争议的举措中，英国石油公司还购买了全球三分之一的石油供应分散剂Corexit: 77.1万加仑直接用于破损的井口。

Corexit是乙二醇醚表面活性剂，山梨醇乳化剂，丙二醇和轻质石油馏分物的混合物。它将油分解成微小的液滴帮助天然的食油细菌分解碳氢化合物．但是科学家很快就发现分散剂可能弊大于利。生物修复产品生产商Oil Spill Eater International的首席执行长普利索(Steven Pedigo)说，分散剂只能掩盖问题。作为一名直言不讳的分散剂反对者，珀利诺指责美国环境保护署(Environmental Protection Agency)批准使用分散剂来处理BP石油泄漏，违反了美国水污染法。“(Corexit)有它应有的可怕名声。”

2014年的一项研究发现，分散的油会导致金枪鱼的心脏问题。¹另一项研究得出结论，对某些浮游生物来说，coreexit油混合物的毒性比单独使用任何一种物质都要高52倍。²分散剂甚至会杀死以藻类为食的生物，从而导致有害的藻华——有毒的赤潮。^3.然而，其他实验显示对微生物没有不良影响。2017年的一项调查甚至得出了这样的结论分散剂减少了深水石油油层的有害排放物．科学历史学家说，从科学角度来说，这是一个非常困难的领域伊恩•斯图尔特加拿大新斯科舍省国王学院的教授。“有这么多争议的部分原因是，在实验室里模拟复杂的大规模生态系统非常困难。”

的解决方案

尽管围绕分散剂存在争议，但评估Corexit在“深水地平线”(Deepwater Horizon)事故中使用情况的科学家一致认为，应该继续使用。这是将已经灾难性的环境后果降至最低的唯一办法。

这位化学工程师说，这个行业已经习惯了分散剂，我们可以提供一种毒性更小的分散剂Norma Alcantar来自美国南佛罗里达大学。她的团队从仙人掌提取物中开发了一种分散剂，可以与Corexit的效果竞争，但基本上是无毒的。Alcantar的研究始于她祖母的一个故事。她向Alcantar介绍了一种传统的墨西哥方法，即利用仙人掌内部的粘性物质去除水中的沉积物。事实证明，仙人掌胶还可以去除水中的细菌、重金属和油。⁴

这种粘液——可以干燥并作为粉末储存——含有超过40种两亲性糖的组合。阿尔坎塔说:“我们已经确定了其中一些:阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖。”但简单地将这四种糖混合还不能制成分散剂。阿尔坎塔解释说:“其他浓度很低的糖在某种程度上也起了作用。”对浮游生物的毒性测试证实，仙人掌分散剂与Corexit不同，对它们没有影响。

Alcantar认为种植仙人掌的商业可行性。这种植物长得快，几乎不需要水。她说:“我们认为它是非常可持续的，因为它生长在其他作物无法生长的类似沙漠的环境中。”然而，如果市场上有更便宜的工厂制造的产品，那么由自然资源制成的化合物就很难销售。这是一个经济问题。你必须有一种东西，要么生产速度超快，要么保质期相对较长。如果使用天然提取物，前者就不容易做到。南希·金纳他是美国新罕布什尔大学海岸响应研究中心主任、环境工程师。

三周半后，你看不出这里曾经发生过泄漏

但即使是最温和的分散剂也不会改变石油的化学成分——普利索说他的酶配方可以做到这一点。这种食油混合物含有生物表面活性剂——鼠李糖脂等两亲性化合物——可以分解油渍，还含有156种不同的细菌酶，可以预先消化油。添加的营养物质会加速原生微生物的生长，将碳氢化合物转化为二氧化碳和水。在尼日利亚发生的一次55万升的泄漏，覆盖了18公里的海岸线，成为了纯种酶配方的理想试验场。他说:“三周半后，你看不出是否发生过漏油。”

然而，依赖生物修复的方法往往难以处理一些最有毒的石油成分:多环芳烃(PAHs)。许多多环芳烃是有毒的，致癌的，致畸的，或以上所有。细菌能迅速分解小的水溶性化合物，如萘，但更大的多环芳烃，如苯并[一个芘需要几十年才能消失。这就是为什么研究人员希望找到一种完全从环境中去除石油的方法。

收拾残局

“事实上，绝大多数泄漏的石油从未得到清理，”他说赛斯达林来自美国阿贡国家实验室。2010年8月，墨西哥湾灾难性井喷事故发生四个月后，只有25%的石油被开采出来。其余75%留在海洋中，以分散的液滴、漂浮的焦油球或埋在沉积物中。

截至2010年11月，包括鸟类、海龟和海豚在内的近7000种大型海洋动物被发现死亡。科学家预测，对鱼类、浮游生物和深海珊瑚等较小生物的隐性影响甚至更大。持续存在的多环芳烃继续对生态系统造成严重破坏:这种毒素很可能导致癌症生长和先天缺陷，比如在泄漏多年后，仍能在鱼虾中看到眼睛缺失。⁵

这是他的同事达林发明的材料Jeffrey拦他们的团队也许有一天能够像厨房海绵一样拖地;⁶虽然与普通海绵不同，它不吸水。达林解释说:“这种‘油海绵’的理念是，原则上它可以在不产生任何废物的情况下清理表面浮油，因为你可以收集和回收油，然后再利用海绵。”“它提供了我们所知的第一个真正清除水柱中的石油的解决方案。”

他们的发现纯属偶然。该团队正在使用化学气相沉积技术在薄聚合物层上涂上氧化铝，这使得薄膜在光刻过程中更加坚固——在表面蚀刻微尺寸图案以制造微芯片。在一大块聚氨酯泡沫(而不是薄膜)上尝试这种化学蒸汽渗透，让研究小组想到了制造一种吸油海绵的想法。

首先用三甲基铝和水蒸气处理泡沫，在其内外表面覆盖一层10纳米氧化铝层。在这一层上，研究人员然后锚定亲油(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷。埃兰说:“关键是要让(油)结合得足够牢固，这样你就能把它从水中拉出来，但又不能太牢固，让它永远留在(海绵里)。”硅烷和碳氢化合物分子之间的范德华力将第一个底漆油层固定在适当的位置。然后，油的疏水性就完成了剩下的工作，填满了海绵的整个内部体积。

海绵的完美表现让我们激动不已

经过多次实验室测试后，达林和埃兰决定，是时候在纽约南部的国家石油泄漏响应研究机构(National Oil Spill Response Research Facility)对他们的海绵进行真实场景的测试了。但研究人员承认，从实验规模转移到一个200万加仑的室外盐水罐并非易事。这种海绵一直是1英寸的立方体，但为了进行大规模测试，他们需要1万个立方体。达林说:“由于连续渗透合成的发生方式，你不能在不改变任何东西的情况下扩大规模。”我们必须通过反复试验来了解哪些条件适用于大批量生产。”

达林记得，“在这些测试中，有人担心它根本不会起作用”。加拿大远程能源安全技术合作组织的负责人Darryl McMahon解释说，小规模的实验室测试往往有扭曲结果的风险。他倡导新的漏油清理技术。他解释说，表面张力意味着油在小容器中的表现不同。达林说:“当(海绵)表现得如此出色时，我们都激动不已。”它不仅能够提取不同类型的原油——一种来自阿拉斯加北坡，一种来自墨西哥湾——它甚至还适用于柴油燃料，即含有8到21个碳原子分子的精炼石油。

埃兰透露说:“无论是想要使用和评估它的公司，还是想要制造它的公司，都对我们很感兴趣。”麦克马洪说:“我认为‘油海绵’很有前景，但目前距离商业化还需要很多年。”

假毛

“它们看起来真的很迷人，”他说•Holscher来自德国卡尔斯鲁厄理工学院的一篇文章，讲述了一种植物激发了一种不同的吸油材料。“在水下，它们的叶子顶部会产生银色的光泽，如果你把它们从水里拿出来，它们马上就会变干。”Hölscher和他的团队发现这种漂浮蕨类植物的超疏水叶子Salvinia可以制成生物油海绵。⁷

虽然还有其他超疏水植物，比如莲花，但它们通常不吸收油。但Salvinia它的叶子上覆盖着微小的毛发。“头发之间的空隙可以吸收油脂，”解释说克劳迪娅Zeiger他曾是Hölscher团队的博士研究员。干树叶可以制成廉价的油吸附剂。”Salvinia这种植物在很多地区都是有害植物，所以这将是一个双赢的局面。”在路易斯安那州西北部，这些植物已经成为一种滋扰，堵塞了休闲湖泊。她说:“唯一的问题是，当叶子干燥时，它的背面不是超疏水的，所以它也会吸收水分。”水白菜水浮莲可能是一个更好的选择:它的叶子两边都是亲油的。

研究小组将一块加热的粗糙钢板压入聚碳酸酯薄膜中，制成了这种纳米皮毛的人造版本。当钢板缩回时，熔化的聚合物表面形成毛状纳米结构。Hölscher认为，尽管人造纳米皮毛在清除石油方面没有植物那么有效，但扩大其产量应该很简单。不过，他说，我们还没有找到一个行业合作伙伴来真正启动这个项目。

科技进步

金纳说，所有新技术的问题是，石油泄漏是一个低概率事件。他说，(创造新技术)需要资金，但市场对这些技术的需求并不大。问题是这些设备是否有实际的改进。它能治疗非常高的流速吗?它是可以随时部署的东西吗?它是一种不容易犯规的东西吗?她说。斯图尔特也认为，在石油行业，处理事故并不是一种收入来源。

麦克马洪说:“最大的挑战之一是，石油的种类太多了——从很轻的凝析油到沉在水中的重原油。”急救人员通常不知道他们会发现什么。2018年1月的桑吉油轮事故证明了这一点，这对救援人员来说是一次令人沮丧的经历。这艘油轮在与另一艘船相撞时装载着4000万加仑的凝析油，凝析油是戊烷和己烷等短碳氢化合物的混合物。“桑吉”号起火，32名船员全部遇难，船上的货物落入中国东海。

在石油行业，处理事故并不是一种收入来源

这是第一次如此大量的凝析油被释放出来。凝析油比重质原油挥发性更强，它的一些成分是水溶性的。为稠油开发的清洁技术毫无用处。金纳说:“当涉及到工人或呼吸空气的海洋哺乳动物时，这些泄漏通常是有问题的。”即使是监测冷凝物的扩散也具有挑战性，因为它不会形成闪闪发光的薄膜。

阿尔坎塔说:“当然，在理想的情况下，我们不会有任何泄漏。”但由于大多数技术仍依赖于石油，至少目前，石油泄漏仍将经常发生。2018年4月，美国政府制定了在阿拉斯加野生动物保护区进行石油勘探的计划，此举令居民和保护组织感到担忧。斯图尔特说，尽管存在争议，但这样的情况可能会“引发一场政治、社会、环境和经济动机的完美风暴”，促使研究人员和企业提出事故后清理的想法。

然而，尚不确定这些想法能否在下次漏油事故发生前及时转化为成熟的技术。目前，机械清除和分散剂仍将是处理浮油的首选方法。Restco的麦克马洪说，我认为石油行业将会不惜一切代价避免尝试任何新技术。我真的希望我们能改变这一点。”

文章于2018年6月5日修订，以纠正Ian Stewart的隶属关系