Quando si verifica una grave fuoriuscita di petrolio in mare, le squadre di soccorso si trovano spesso di fronte a una scelta difficile. Possono lasciare che il petrolio si diffonda nell’acqua, minacciando le coste e la vita marina, oppure possono dargli fuoco.
Bruciare il petrolio, una tecnica nota come combustione in situ, può impedire l’espansione della chiazza. Tuttavia, produce anche dense nubi di fumo nero, rilascia fuliggine nell’atmosfera e lascia uno strato di residui incombusti che galleggiano sulla superficie dell’oceano.
Ora, i ricercatori hanno dimostrato un nuovo approccio sorprendente che potrebbe rendere questo processo molto più efficace. In uno studio su larga scala, il primo nel suo genere, gli scienziati hanno creato giganteschi vortici di fuoco, colonne rotanti di fiamme che ricordano i tornado di fuoco, e hanno scoperto che bruciano il petrolio più velocemente e in modo più pulito rispetto ai metodi convenzionali.
Il vortice rotante aspira grandi quantità di ossigeno, creando una fiamma più calda ed efficiente. Di conseguenza, il vortice di fuoco consuma il petrolio più rapidamente producendo al contempo una quantità di inquinamento significativamente inferiore.
Lo studio, finanziato dal Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE), è stato condotto dalla Dott.ssa Elaine Oran e dal Dott. Qingsheng Wang della Texas A&M University e dal Dott. Michael Gollner dell’Università della California, Berkeley.
“Questa è la prima volta che si pensa di utilizzare i vortici di fuoco per la bonifica di sversamenti di petrolio, ed è solo l’inizio”, ha affermato Oran, professore di ingegneria aerospaziale presso la Facoltà di Ingegneria. “Il nostro obiettivo è sfruttare la natura caotica dei vortici di fuoco come strumento di ripristino potente e preciso, per proteggere le coste, gli ecosistemi marini e l’ambiente nel suo complesso.”
Un metodo più rapido e pulito per combattere le fuoriuscite di petrolio.
La ricerca introduce una strategia non convenzionale per affrontare una delle emergenze ambientali più devastanti.
Il devastante disastro della Deepwater Horizon del 2010 rimane un potente monito sull’impatto che le fuoriuscite di petrolio in mare aperto possono avere. L’incidente, il più grande sversamento di petrolio in mare aperto nella storia degli Stati Uniti, ha causato la morte di 11 lavoratori, di migliaia di animali marini e danni ingenti agli ecosistemi oceanici.
“Stiamo esaminando disastri ambientali come le fuoriuscite di petrolio e individuando modi per bonificarli in maniera più rapida, ecologica e sostenibile”, ha affermato Oran.
Uno dei vantaggi più promettenti dei vortici di fuoco è la velocità.
Secondo i ricercatori, i vortici di fuoco possono bruciare il petrolio greggio quasi due volte più velocemente rispetto ai tradizionali incendi in situ. Una rimozione più rapida del petrolio potrebbe dare alle squadre di intervento un vantaggio cruciale, consentendo loro di eliminare le fuoriuscite prima che si propaghino in habitat sensibili e regioni costiere protette.
“I vortici di fuoco bruciano le fuoriuscite di petrolio greggio quasi due volte più velocemente rispetto alle pozze di fuoco in situ, offrendo potenzialmente alle squadre di bonifica tempi operativi e di risposta più rapidi per impedire la diffusione del petrolio”, ha affermato Oran.
Questa tecnica potrebbe anche ridurre uno dei maggiori svantaggi della combustione del petrolio: il fumo.
“Una delle maggiori difficoltà legate all’incenerimento delle fuoriuscite di petrolio è l’enorme quantità di fumo emesso”, ha affermato Oran. “I nostri risultati dimostrano che i vortici di fuoco, rispetto agli incendi in loco, riducono drasticamente le emissioni complessive.”
Agendo come un gigantesco inceneritore, le fiamme rotanti distruggono molte delle particelle responsabili delle dense colonne di fumo. Il processo vaporizza anche la maggior parte del petrolio prima che possa depositarsi sull’acqua sotto forma di residuo catramoso e tossico.
I risultati potrebbero avere applicazioni che vanno oltre la gestione delle fuoriuscite di petrolio. Una migliore comprensione di come si formano e si comportano i vortici di fuoco potrebbe aiutare gli ingegneri a sviluppare sistemi di combustione più efficienti e a migliorare gli sforzi per prevedere e gestire gli incendi boschivi.
“Il nostro studio ha applicazioni universali”, ha affermato Oran. “Comprendendo le leggi fisiche che governano i vortici di fuoco, possiamo sfruttarne la potenza anche al di là della bonifica delle fuoriuscite di petrolio.”
Costruire un vortice di fuoco alto 5 metri
La maggior parte degli studi precedenti sui vortici di fuoco sono stati condotti su scala molto più ridotta, in ambienti di laboratorio.
Per valutare se il fenomeno potesse essere utile nella bonifica di sversamenti di petrolio reali, il team di ricerca ha progettato un esperimento di dimensioni sufficientemente ampie da simulare condizioni più realistiche.
“La portata del nostro esperimento è uno dei motivi per cui la nostra ricerca è così unica e ciò che la distingue come la prima nel suo genere”, ha affermato Oran.
I ricercatori hanno costruito una struttura triangolare alta circa 4,8 metri con tre pareti che ha permesso loro di controllare con precisione il flusso d’aria. Al centro, hanno posizionato una vasca di petrolio greggio larga 1,5 metri che galleggiava sull’acqua.
Una volta acceso presso il campo di addestramento antincendio Brayton del Texas A&M Engineering Extension Service (TEEX), l’impianto ha generato un potente vortice di fuoco che ha raggiunto quasi 5 metri di altezza.
I risultati, pubblicati sulla rivista Fuel , hanno mostrato notevoli miglioramenti rispetto alle tecniche convenzionali di combustione del petrolio.
“I vortici di fuoco hanno bruciato il petrolio circa il 40% più velocemente, ridotto le emissioni di fuliggine del 40% e raggiunto un’efficienza di consumo di carburante fino al 95% rispetto ai test di combustione in loco”, ha affermato Oran.
Alla ricerca della zona “Riccioli d’oro” del vortice di fuoco
Nonostante le loro impressionanti prestazioni, i vortici di fuoco non sono facili da controllare.
“I vortici di fuoco sono incredibilmente potenti e possono essere estremamente benefici”, ha affermato Oran. “Ma sono anche delicati e raggiungono la massima efficacia solo quando le condizioni sono ottimali.”
Venti forti possono destabilizzare la colonna rotante o provocarne il collasso. Un controllo insufficiente del flusso d’aria può impedire la formazione del vortice, facendo sì che il fuoco si comporti più come una combustione convenzionale.
I ricercatori hanno inoltre scoperto che lo spessore dello strato di petrolio gioca un ruolo importante. Quando la chiazza diventava troppo spessa, i vortici di fuoco si spegnevano prima di consumare tutto il combustibile.
Questa ristretta gamma di condizioni ideali, descritta dai ricercatori come una “zona Riccioli d’oro”, evidenzia sia le potenzialità che le difficoltà legate all’applicazione pratica di questa tecnologia.
I tornado di fuoco come futuri strumenti di pulizia
Il team immagina un futuro in cui sistemi portatili potrebbero essere dispiegati direttamente sopra le fuoriuscite di petrolio in fiamme per generare intenzionalmente vortici di fuoco su richiesta.
Se avessero successo, tali sistemi potrebbero rivoluzionare la gestione delle emergenze legate agli sversamenti di petrolio, trasformando i normali incendi in strumenti di bonifica altamente efficienti.
“Questo studio è più di un semplice esperimento, è uno sguardo su un futuro in cui il fuoco non è una forza distruttiva, ma uno strumento per proteggere i nostri oceani e il nostro pianeta”, ha affermato Oran.
Per ora, la ricerca rappresenta una dimostrazione impressionante di ciò che può accadere quando gli scienziati ripensano un fenomeno naturale familiare.
Ciò suggerisce che persino una delle forze più imponenti della natura può potenzialmente essere riorientata per affrontare alcune delle sfide ambientali più urgenti del mondo.
Abstract
I vortici di fuoco, un fenomeno che intensifica la combustione, offrono il potenziale per bruciature più pulite ed efficienti con emissioni ridotte in applicazioni ambientali come la bonifica di sversamenti di petrolio. Sebbene la maggior parte delle conoscenze sui vortici di fuoco derivi da esperimenti su scala di laboratorio e solo un sottoinsieme limitato di questi esperimenti abbia rilevato le emissioni, questo studio affronta una lacuna di ricerca critica conducendo uno dei più grandi esperimenti controllati sui vortici di fuoco fino ad oggi, concentrandosi sul miglioramento della combustione in situ. Utilizzando una pozza di petrolio greggio di 1,5 metri di diametro con spessori di 15 mm e 40 mm su una superficie d’acqua libera, sono stati generati con successo vortici di fuoco all’interno di una struttura a tre pareti alta 5 metri sotto l’influenza di diverse condizioni di vento. Le misurazioni della geometria della fiamma, della velocità del flusso, dei profili di temperatura, del flusso di calore, del consumo di massa e delle emissioni sono state confrontate con quelle di incendi in pozza. I risultati hanno rivelato che i vortici di fuoco, con altezze medie della fiamma quasi doppie rispetto a quelle degli incendi in pozza, hanno aumentato i tassi di combustione del 40% e ridotto le emissioni di fuliggine del 40%. La massima efficienza di consumo di carburante, pari al 95%, è stata raggiunta in un esperimento con vortice di fuoco con uno spessore di 15 mm, mentre in altri esperimenti con vortici di fuoco, in particolare quelli con uno spessore di 40 mm, si è osservata un’estinzione prematura che ha ridotto l’efficienza di consumo di carburante finale. Le prestazioni migliorate rispetto ai tradizionali incendi in pozza suggeriscono che i vortici di fuoco potrebbero essere più efficaci per la combustione in situ; tuttavia, questa efficienza è attualmente raggiunta solo in condizioni ambientali calme. Questo studio discute i potenziali effetti interattivi delle condizioni ambientali, delle dimensioni della configurazione e del fenomeno di ebollizione sulla dinamica dei vortici di fuoco, evidenziando la necessità di una continua ricerca su diverse scale per ottimizzare le configurazioni e mitigare le emissioni dannose, migliorando così l’efficacia della combustione in situ in scenari di sversamenti di petrolio su larga scala.
Materials provided by Texas A&M University. Original written by Zaid Elayyan. Note: Content may be edited for style and length.
Wuquan Cui, Joseph L. Dowling, Mohammadhadi Hajilou, Mitchell Huffman, Bhushan Pawar, Johanna Aurell, Qingsheng Wang, Elaine Oran, Karen N. Stone, Michael J. Gollner. Large-scale field experiments on enhancing In-Situ burning with fire whirls. Fuel, 2026; 403: 136093 DOI: 10.1016/j.fuel.2025.136093
by 