Ketika tumpahan minyak besar-besaran terjadi di laut, tim darurat seringkali dihadapkan pada pilihan yang sulit. Mereka dapat membiarkan minyak tumpah ke perairan sehingga mengancam garis pantai dan kehidupan laut, atau mereka dapat membakarnya.
Membakar minyak, suatu teknik yang disebut pembakaran in situ, dapat mencegah lapisan minyak mengembang. Namun, hal ini juga menghasilkan awan asap hitam tebal, melepaskan jelaga ke atmosfer, dan meninggalkan lapisan residu yang tidak terbakar yang mengapung di permukaan laut.
Kini, para peneliti telah menunjukkan pendekatan baru yang menakjubkan yang dapat membuat proses ini jauh lebih efisien. Dalam studi berskala besar, yang merupakan penelitian pertama, para ilmuwan menciptakan pusaran api raksasa, memutar kolom api yang menyerupai tornado api, dan menemukan bahwa metode tersebut membakar minyak lebih cepat dan lebih bersih dibandingkan metode konvensional.
Pusaran yang berputar menarik oksigen dalam jumlah besar, menciptakan nyala api yang lebih panas dan efisien. Akibatnya, badai api menghabiskan minyak lebih cepat dan menghasilkan polusi yang jauh lebih sedikit.
Penelitian yang didukung oleh Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE) ini dipimpin oleh Dr. Elaine Oran dan Dr. Qingsheng Wang dari Texas A&M University dan Dr. Michael Gollner dari University of California, Berkeley.
“Ini pertama kalinya ada orang yang mempertimbangkan penggunaan pusaran api untuk memulihkan tumpahan minyak, dan ini sebenarnya baru permulaan,” kata Oran, profesor teknik kedirgantaraan di Fakultas Teknik. “Tujuan kami adalah memanfaatkan kekacauan pusaran api sebagai alat restorasi yang ampuh dan tepat, untuk melindungi garis pantai, ekosistem laut, dan lingkungan secara keseluruhan.”
Cara yang lebih cepat dan bersih untuk memerangi tumpahan minyak
Penelitian ini menyajikan strategi yang tidak konvensional untuk mengatasi salah satu keadaan darurat lingkungan yang paling merusak.
Bencana Deepwater Horizon yang menghancurkan pada tahun 2010 tetap menjadi pengingat yang kuat akan dampak tumpahan minyak di lepas pantai. Kecelakaan tersebut, yang merupakan tumpahan minyak terbesar dalam sejarah AS, menewaskan 11 pekerja, merenggut nyawa ribuan hewan laut, dan menyebabkan kerusakan luas pada ekosistem laut.
“Kami mempelajari bencana lingkungan seperti tumpahan minyak dan mengidentifikasi cara untuk mengatasinya dengan cara yang lebih cepat, lebih ramah lingkungan, dan berkelanjutan,” kata Oran.
Salah satu manfaat Fire Whirls yang paling menjanjikan adalah kecepatan.
Menurut para peneliti, pusaran api dapat membakar minyak mentah hampir dua kali lebih cepat dibandingkan sumber api tradisional. Penghilangan minyak yang lebih cepat dapat memberikan keuntungan penting bagi tim tanggap darurat, memungkinkan mereka menghilangkan tumpahan sebelum menyebar ke habitat sensitif dan wilayah pesisir yang dilindungi.
“Pusaran api membakar tumpahan minyak mentah hampir dua kali lebih cepat dibandingkan kebakaran di tempat, sehingga dapat memberikan waktu operasi dan respons yang lebih cepat bagi kru pembersihan untuk mencegah penyebaran hidrokarbon,” kata Oran.
Teknik ini juga dapat mengurangi salah satu kelemahan terbesar dari pembakaran minyak: asap.
“Salah satu tantangan terbesar terkait kebakaran tumpahan minyak adalah banyaknya asap yang dikeluarkan,” kata Oran. “Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa pusaran api, dibandingkan dengan kebakaran di tempat, secara signifikan mengurangi emisi secara keseluruhan.”
Bertindak seperti insinerator raksasa, nyala api yang berputar menghancurkan banyak partikel yang menyebabkan kepulan asap tebal. Proses ini juga menguapkan sebagian besar minyak sebelum tersisa sebagai residu beracun seperti tar di air.
Temuan ini dapat diterapkan lebih dari sekadar menanggapi tumpahan minyak. Pemahaman yang lebih baik tentang pembentukan dan perilaku pusaran api dapat membantu para insinyur mengembangkan sistem pembakaran yang lebih efisien dan meningkatkan upaya prediksi dan pengelolaan kebakaran hutan.
“Studi kami memiliki penerapan universal,” kata Oran. “Dengan memahami hukum fisik yang mengatur pusaran api, kita dapat memanfaatkan kekuatannya lebih dari sekedar remediasi tumpahan minyak.”
Bangun angin puyuh api setinggi 17 kaki
Sebagian besar penelitian sebelumnya mengenai pusaran api telah dilakukan pada skala laboratorium yang jauh lebih kecil.
Untuk menentukan apakah fenomena ini dapat berguna untuk pembersihan tumpahan minyak di dunia nyata, tim peneliti merancang eksperimen yang cukup besar untuk meniru kondisi yang lebih realistis.
“Luasnya pengalaman kami adalah salah satu alasan mengapa penyelidikan kami begitu unik dan membedakannya sebagai yang pertama,” kata Oran.
Para peneliti membangun struktur segitiga setinggi 16 kaki dengan tiga dinding yang memungkinkan mereka mengontrol aliran udara dengan hati-hati. Di tengahnya, mereka menempatkan genangan minyak mentah selebar 1,5 meter yang mengapung di atas air.
Setelah dinyalakan di Lapangan Pelatihan Kebakaran Brayton Texas A&M Engineering Extension Service (TEEX), instalasi tersebut menghasilkan angin puyuh api yang kuat yang tingginya mencapai hampir 17 kaki.
Hasilnya, dipublikasikan di Bahan bakartelah menunjukkan kemajuan besar dibandingkan teknik pembakaran bahan bakar minyak konvensional.
“Pusaran api membakar minyak sekitar 40 persen lebih cepat, mengurangi emisi jelaga sebesar 40 persen dan mencapai efisiensi konsumsi bahan bakar hingga 95 persen dibandingkan dengan uji kebakaran di lokasi,” kata Oran.
Temukan area “Goldilocks” dari angin puyuh api
Meskipun kinerjanya mengesankan, angin puyuh api tidak mudah dikendalikan.
“Angin puyuh api sangat dahsyat dan sangat bermanfaat,” kata Oran. “Tetapi mereka juga sensitif dan hanya mencapai efisiensi tinggi ketika kondisinya ideal.”
Angin kencang dapat mengganggu kestabilan kolom yang berputar atau menyebabkannya runtuh sepenuhnya. Kontrol aliran udara yang tidak memadai dapat mencegah terbentuknya pusaran, sehingga menyebabkan api berperilaku lebih seperti luka bakar konvensional.
Para peneliti juga menemukan bahwa ketebalan lapisan minyak memegang peranan penting. Jika kolam menjadi terlalu dalam, pusaran api akan padam sebelum menghabiskan seluruh bahan bakar.
Kondisi ideal yang sempit ini, yang digambarkan oleh para peneliti sebagai zona “Goldilocks”, menyoroti janji dan tantangan dalam menerapkan teknologi ini.
Tornado api sebagai alat pembersihan masa depan
Tim tersebut membayangkan masa depan di mana sistem portabel dapat digunakan tepat di atas tumpahan minyak yang terbakar untuk secara sengaja menghasilkan pusaran api sesuai permintaan.
Jika berhasil, sistem seperti ini dapat mengubah respons darurat terhadap tumpahan minyak dengan mengubah kebakaran biasa menjadi alat pembersihan yang sangat efektif.
“Studi ini lebih dari sekedar eksperimen, ini adalah gambaran sekilas ke masa depan di mana kebakaran bukanlah sebuah kekuatan penghancur, namun sebuah alat untuk melindungi lautan dan planet kita,” kata Oran.
Untuk saat ini, penelitian ini berfungsi sebagai demonstrasi yang mengesankan tentang apa yang bisa terjadi ketika para ilmuwan memikirkan kembali fenomena alam yang sudah dikenal.
Hal ini menunjukkan bahwa salah satu kekuatan alam yang paling menakutkan pun berpotensi untuk digunakan untuk mengatasi beberapa tantangan lingkungan hidup yang paling mendesak di dunia.
