W. Koops Afdeling Rampenbestrijding Rijkswaterstaat, Directie Noordzee Rijswijk
Olieverontreinigingen op zee
•
B
942
j Signatuur: E .
g L / Z
Reeds vele eeuwen lang komen door het gebruik van olieprodukten grote hoeveelheden olie in zee terecht. De vervuiling van de zee is de laatste jaren sterk toegenomen door het toenemende gebruik van olieprodukten. Olie kan tijdens winning, transport, raffinage of gebruik in het mariene milieu terechtkomen. Het meest opvallend zijn natuurlijk de ongevallen, zoals oliespuiters op boorplatforms (blow outs), aanvaringen van schepen en breuken in olietransportleidingen of opslagtanks. Ook tijdens normale werkzaamheden komt echter voortdurend olie vrij, zoals bijvoorbeeld bij het reinigen van de olietanks van schepen en de lozingen vanaf boorplatforms, schepen of raffinaderijen. Zelfs na het gebruik van olie als brandstof kunnen de onverbrande koolwaterstoffen die in de atmosfeer zijn uitgestoten via neerslag weer in het oppervlaktewater terechtkomen. In het eerste deel van dit artikel zal nader worden ingegaan op de kwantitatieve bijdrage die verschillende bronnen leveren aan de verontreiniging van de zeeen door olie. A l s de olie zich eenmaal op het zee-oppervlak bevindt treden allerlei processen op, waardoor de olie van eigenschappen verandert. Deze processen worden in het tweede deel van dit artikel besproken.
Scheepvaart Bij olieverontreinigingen door de scheepvaart op zee kan men twee oorzaken onderscheiden: de onopzettelijke lozingen ten gevolge van scheepsongevallen (30%) en de moedwillige, zogenaamde operationele lozingen (70%). O m beide soorten lozingen tegen te gaan zijn internationaal tal van regelingen getroffen. Ondanks alle veiligheidsvoorschriften komen er toch nog regelmatig scheepsongevallen voor waarbij grote hoeveelheden olie kunnen vrijkomen (zie tabel 1). Ongevallen met tankers worden voornamelijk veroorzaakt door aanvaringen en strandingen. Het eerste grote tankerongeval vond plaats in 1967 toen de Torrey Canyon bij Land's End op de rotsen liep en meer dan 100 000 ton ruwe olie verloor. Ook bij het ongeluk met de Urquiola negen jaar later stroomde meer dan 100 000 ton ruwe olie in zee. Een groot gedeelte van deze hoeveelheid is echter verbrand nadat er een explosie had plaatsgevonden (zie foto rechts hiernaast). De stranding van de Amoco Cadiz op de Bretonse kust sloeg alle records: deze veroorzaakte met een verlies van 220 000 ton olie de grootste verontreiniging van de zee door een scheepsongeluk (zie Intermezzo I op pag. 172-173). De toename van het olieverbruik in de we-
Bronnen van olieverontreiniging Naar schatting komt per jaar over de gehele wereld vijf a tien miljoen ton olie in zee terecht. De oorzaken van deze verontreiniging zijn (in procenten): - aanvoer vanaf het land (43%); - scheepvaart (35%); - natuurlijke sijpeling (10%); - atmosferisch transport (10%); - booractiviteiten (2%). Aanvoer vanaf het land De grootste hoeveelheid olie die in zee terecht komt is van het land afkomstig. Vaak zijn deze chronische olieverontreinigingen zeer moeilijk waarneembaar, omdat ze voorkomen in de vorm van kleine hoeveelheden olie die in het water zijn opgelost of als een dunne film op het water drijven. M e n schat dat de R i j n per jaar 70 000 m olie naar zee afvoert. Deze olie komt in de rivier terecht via het afvalwater van o.a. raffinaderijen en door de scheepvaart. 3
166
TABEL 1. Enkele van de vele tankerongevallen. Jaar
Naam tanker
1967
Torrey Canyon
1970
Pacific Glory
1971
Elisabeth Knudsun
1974
Metula
1975
Jacob Maersk
1975
Pacific Colocotronis
1975
Olympic Alliance
1976
Urquiola
1977
Argo Merchant
1978
Amoco Cadiz
1978
Eleni V
reld heeft er toe geleid dat de afmetingen van de tankers steeds groter worden. Het in bedrijf nemen van de zeer grote olietankers werd versneld door de sluiting van het Suezkanaal in 1956. Het vervoer van ruwe olie uit het Midden
Oosten naar Europa moest daarna noodgedwongen via de bijna tweemaal zo lange Kaaproute om A f r i k a heen plaatsvinden. O m dezelfde hoeveelheid olie naar Europa te kunnen vervoeren moest de tankervlootcapaciteit dras-
Het totaal geblakerde wrak van de Spaanse tanker Urquiola nadat lading en schip twee dagen in brand hadden gestaan tengevolge van een explosie. De
Urquiola was op 12 mei 1976 tijdens het naar binnen varen van de haven van La Coruha (Spanje) op de rotsen gestoten.
Plaats ongeval
Hoeveelheid olie in zee
Engeland
100 000 ton
Engeland/Nederland
5400/900 ton 100 ton
Nederland
56 000 ton
Zuid Amerika
100 000 ton
Spanje Nederland
2 000 ton
Nederland
8 000 ton 107 000 ton
Spanje Noord Amerika
28 000 ton 220 000 ton
Frankrijk Engeland/Nederland
Naluur
en Techniek,
4 000 ton
48, 3 (1980) - Cat. nr. 586
tisch worden vergroot. Het aantal supertankers dat meer dan 400 000 ton olie kan vervoeren bedraagt op dit moment 26. De grootste supertankers kunnen maar liefst 550 000 ton olie transporteren. Op dit ogenblik zijn op de grote scheepswerven in de wereld al supertankers van 600 000 ton in aanbouw. Vanuit milieu-oogpunt is het dan ook belangrijk dat schepen, vooral de grote supertankers, zodanig geconstrueerd worden dat in geval van een calamiteit het uitstromen van olie in zee zoveel mogelijk beperkt wordt. In de 'International Convention for Prevention of Pollution from Ships, 1973 ( M A R P O L ) ' zijn eisen opgenomen betreffende de afmetingen en plaats van de olietanks aan boord van tankers. Hoewel deze conventie pas medio 1981 van kracht zal worden voldoen de meeste na 1971 gebouwde tankschepen al wel aan deze voorschriften. Menselijk falen is de oorzaak van ca. 80 pro-
167
Geheel boven: De haven van Buenos Aires, besmeurd door olie. Regelmatig komt olie in havens terecht door ongelukken aan boord van tankschepen bij het laden of lossen.
168
Hierboven: Een op heterdaad betrapt schip tijdens het overboord pompen van tankwaswater. De operationele olielozingen vormen het grootste aandeel in de olievervuiling door de scheepvaart. Alleen al op het Nederlandse deel van de Noordzee worden jaarlijks meer dan honderd schepen op heterdaad betrapt op het moedwillig overboord pompen van olierestanten.
cent van het aantal scheepsongevallen. Daarom zullen de beste voorschriften en voorzieningen niet kunnen voorkomen dat scheepsongevallen blijven gebeuren. Iedere kuststaat moet met dit feit rekening houden. Z o is voor de Nederlandse situatie de kans per jaar op een bepaalde hoeveelheid vrijkomende olie als gevolg van een scheepsongeval op de zuidelijke Noordzee: op 100 m : 50-100%; 1000 m : 20-30%; 10 000 m : 6-10%; 100 000 m : 0,4-0,6%. Hoewel zich tot nu toe gelukkig nog geen grote ramp met een olietanker voor de Nederlandse kust heeft voorgedaan, hebben er toch een aantal verontreinigingen van middelgrote omvang plaatsgevonden. Hierbij kwamen hoeveelheden olie vrij in de orde van grootte van enkele honderden tonnen tot maximaal 8000 ton (het ongeluk met de Olympic Alliance, zie tabel 1). Een ongeluk met een tanker is in principe op de gehele Noordzee mogelijk. Gezien echter de zeer grote olie-aanvoer naar Rotterdam en de hoge verkeersdichtheid op het zuidelijk deel van de Noordzee zal het aanvaringsrisico op de aanlooproutes naar Rotterdam nog groter zijn. 3
3
3
3
Boven en rechts: Het boorplatform Penrod-58, (35 km ten westen van Den Helder), waar tijdens een olieproduktietest ('well testing') een hoeveelheid olie in zee terecht kwam, doordat bij het affakkelen de olie niet volledig verbrandde. Het Rijksoliebestrijdingsvaartuig 'Smal Agt' was hierbij aanwezig om de op zee gemorste olie meteen te kunnen bestrijden. Natuur
en Techniek,
48, 3 (1980)
169
Fig. 1. In 1978 werden op het Nederlandse deel van de Noordzee in totaal 148 schepen betrapt op een olielozing. Olielozingen afkomstig van vracht- en vissersschepen zijn meestal 'bilgelozingen' (lekolie uit machinekamers). Deze lozingen zijn klein van omvang. Ook het overboord pompen van ballast- en was-
water (met daarin restanten van de lading) van tankschepen vallen onder operationele lozingen. Het totaal aantal betrapte schepen was voor de jaren 1976, 1977 en 1978 resp. 74, 110 en 148. Hiervan maakten tankers 31, 25 en 23% uit, vrachtschepen 65, 72 en 74% en visserijschepen 4, 3 en 3%.
De 'operationele lozingen' zijn kwantitatief de grootste boosdoeners van de door de scheepvaart veroorzaakte olieverontreinigingen. Onder operationele lozingen wordt behalve het overboord pompen van 'lekolie' uit de machinekamers (zgn. bilgewater), ook het overboord pompen van ballastwater en waswater (met daarin restanten van de lading) van tankschepen verstaan (zie de foto op pag. 168 onder). Een overzicht van de in 1978 op het
Nederlandse deel van de Noordzee op olielozing betrapte schepen wordt gegeven in Fig. 1. Olielozingen afkomstig van vracht- en vissersschepen zijn bijna altijd 'bilgelozingen', waarbij betrekkelijk kleine hoeveelheden olie vrij komen. Uit een systematisch onderzoek, in 1977 uitgevoerd door de directie Noordzee van Rijkswaterstaat, blijkt dat per jaar ca. 10 000 olielozingen plaatsvinden op het zeegebied bepaald in het Verdrag van Bonn (zie Fig. 1).
170
Natuurlijke sijpeling Ruwe olie is een natuurprodukt. A l vele duizenden jaren lang komt het zowel op het land als op de zeebodem op natuurlijke wijze naar boven. De asfaltmeren in Trinidad zijn hiervan een goed voorbeeld. Hoewel de schattingen van de totale hoeveelheid olie die door sijpeling in het milieu komt, nogal uiteenlopen, wordt als gemiddelde 600 000 ton per jaar aangehouden. Sijpeling komt maar op een aantal plaatsen op de wereld voor; zo komt in het Noordzeegebied deze vorm van natuurlijke olieverontreiniging niet voor. Atmosferisch transport De uitlaatgassen van auto's, elektriciteitscentrales en andere machines bevatten ten gevolge van onvolledige verbranding koolwaterstoffen. Aangenomen wordt dat deze bestanddelen door de regen uit de atmosfeer worden gewassen en zo ook terecht komen in het mariene milieu. Booractiviteiten Olieverontreiniging wordt ook veroorzaakt door ongevallen tijdens exploitatie- en exploratiewerkzaamheden op zee. Deze ongevallen zijn o.a. het overlopen van tanks e.d., breuken in pijpleidingen, branden op booreilanden en ongecontroleerde olieproduktie ten gevolge van een spuiter (zgn. blow outs). Vooral de spuiters vallen op door de grote hoeveelheden olie die daarbij in het milieu komen.
Linksboven: Evenals op zee komen ook op het land regelmatig 'blow outs' (ongecontroleerde olieprodukties) voor tengevolge van oliespuiters. Meestal ontstaat een blow out door menselijke fouten zoals onoplettendheid, het niet goed onderhouden van de apparatus, ondeugdelijke montage van de onderdelen, enz. Links: De asfaltmeren in Trinidad. Reeds eeuwen komt hier olie aan de oppervlakte, doordat een goed afsluitende bovenlaag hier ontbreekt waardoor de olie zich naar het aardoppervlak kan verplaatsen. Door verdamping van de vluchtige bestanddelen blijft dan een stroperige massa achter.
Natuur
en Techniek,
48, 3 (1980)
171
INTERMEZZO I
De Amoco Cadiz De A m o c o Cadiz, een Liberiaanse tanker van 230 000 ton dwt, was geladen met 220 000 ton 'Light Arabian Crude' op weg naar Rotterdam. Ter hoogte van Bretagne viel de hydraulische stuurinrichting van de 334 meter lange en 51 meter brede tanker uit. Nadat gebleken was dat reparatie van de stuurmachine niet mogelijk was, werd om sleepboothulp verzocht. Een sleepboot van een Duitse maatschappij kwam te hulp doch kon ten gevolge van het slechte weer ( N W wind met windkracht 10) het schip niet houden. De sleeptros brak en het vastmaken van een nieuwe tros wilde door het slechte weer niet lukken. Een tweede Duitse sleepboot kwam te laat. De A m o co Cadiz Hep's avonds 16 maart 1978 op de rotsen van Bretagne nabij Portsall. O m kwart voor zes de volgende ochtend is het schip gebroken waardoor ca. 80 000 ton olie, de inhoud van drie tanks, in zee kon stromen. Een week hierna brak het schip ten gevolge van het slechte weer ook nog op een andere plaats, waardoor een tweede grote uitstroming van olie plaatsvond. Met Smit Internationale was een contract gesloten voor het bergen en verslepen van de A m o c o Cadiz. D o o r het voortdurend slechte weer, de positie van het wrak op de rotsen en het feit dat zich explosief gas in de tanks gevormd had, bleek het onmogelijk het restant van de lading in een andere tanker over te pompen. Ter voorkoming van het steeds weer vervuilen van de schoongemaakte stranden werd besloten het restant van de lading (op 25 maart bedroeg de hoeveelheid olie in het wrak nog 35 000 ton), uit de tanks te laten ontsnappen. O p zondag 26 maart kwam een ploeg van de Franse Marine aan boord van de A m o c o Cadiz. Een ballastleiding naar de voorpiek werd opengezet om het drijfvermogen van het wrak te verminderen. Vervolgens werden de ontluchtingsopeningen aan dek die nog boven water uitstaken, open gezet om de resterende olie in zee te laten stromen. Aangezien de uitstroming van de olie nog te langzaam ging, werd besloten de tanks van de A m o c o C a diz met springstoffen op te blazen. De eerste poging daartoe zou op 28 maart plaatsvinden. In verband met de heersende storm moest deze poging worden uitgesteld. O p 29 en 30 maart werden de resterende nog intact zijnde tanks opgeblazen. Uiteindelijk is de gehele lading, 220 000 ton olie, in zee tercht gekomen.
172
De B R A V O blow out en de Ixtoc 1 blow out (zie de foto's op pag.177) zijn enkele recente voorvallen van olieverontreinigingen door exploratiewerkzaamheden. Ten gevolge van de B R A V O blow out is in 12 dagen tijd ca. 20 000 ton olie in zee terecht gekomen. Vanaf 3 juni 1979 spuit de Ixtoc 1 boorput dagelijks ca. 4000 ton olie in de Golf van Mexico (zie Intermezzo II op pag. 176-177). Een voorbeeld van een olieverontreiniging door normale werkzaamheden is de olievervuiling vanaf het boorplatform Penrod-58 op ca. 20 mijl ten westen van Den Helder. Tijdens de uitvoering van een 'well testing' om de hoeveelheid aangetroffen olie vast te stellen kwam tijdens het affakkelen van de geproduceerde olie een hoeveelheid onverbrande olie in zee terecht (zie de foto's op pag. 169 onder). Op verzoek van de betreffende oliemaatschappij was het Rijksoliebestrijdingsvaartuig 'Smal A g t ' tijdens het affakkelen aanwezig om de gemorste olie meteen te kunnen bestrijden. Wanneer olie eenmaal in zee terecht gekomen is, zal het voor een deel van het wateroppervlak verdwijnen en zullen de eigenschappen van het restant wijzigen ten gevolge van fysische, chemische en microbiologische processen. Deze processen spelen zich gelijktijdig af en treden onmiddellijk na de lozing in werking. In het volgende zal worden ingegaan op de verschillende processen die het gedrag van olie op zee bepalen en die van belang zijn voor de toe te passen oliebestrijdingstechnieken.
TABEL 2. Veranderingen van de eigenschappen van Ekofisk olie ten gevolge van verdamping. Verdamping in procenten
0
15
30
50
5
123
220
300
847
862
885
900
g
14
Begin kookpunt
°C
Soortelijke massa
kg/m
Viscositeit
Cp(20°C)
Stolpunt
•c
-15
-12
12
18
Vlampunt
•c
-89
-
56
109
174
3
9
68 1470
Gedrag van olie op het water Om een olieverontreiniging adequaat te kunnen bestrijden is het van belang te weten hoe op zee terecht gekomen olie zich zowel kwalitatief als kwantitatief als functie van de tijd, gedraagt. De fysische, chemische en biologische processen die daarbij een rol spelen (zie Fig. 2), zijn: - verdamping; - emulsievorming; - bezinking; - oplossing; - oxydatie; - spreiding; - verplaatsing. Verdamping De lichte componenten van ruwe olie zullen verdampen zodra de olie zich over het water uitspreidt. In de praktijk blijkt dat alle alkanen met minder dan 13 koolstofatomen binnen 24 uur uit de ruwe olie verdwenen zijn, dat wil zeggen dat vluchtige bestanddelen met een kookpunt lager dan 220°C verdampt zijn. De minder vluchtige bestanddelen van ruwe olie zullen slechts langzaam verdampen, waardoor uiteindelijk een taaie massa (residu) overblijft die in de vorm van teerballen (zie foto's hieronder) op de stranden aanspoelt. Doordat de lichtere componenten van de ruwe olie verdampen, veranderen de eigenschappen van de resterende olie (zie tabel 2).
Foto-oxydatie
Verdamping
«j
Spreiding
EMULSIEVORMING
Oplossing
Natuurlijke dispersie
Spreiding
^
Teerbal vorming
Opname door organismen
Neerslag
Biologische afbraak
SEDIMENT
Linksonder: Teerballen, met een diameter van enkele mm tot wel 10 cm, spoelden in januari 1978 in grote hoeveelheden (meer dan 250 m3) aan op de Nederlandse kust. De dader van deze moedwillige lozing is onbekend gebleven; vermoedelijk was deze olie afkomstig van het tankwassen van een supertanker.
Boven: Fig. 2. Zodra olie op zee terecht komt zullen een aantal fysische, chemische en biologische processen plaatsvinden. Door deze processen veranderen de eigenschappen van de olie en zal na verloop van tijd het grootste deel van de olie van het zeeoppervlak verdwenen zijn.
I N T E R M E Z Z O II
De grootste olieramp in de geschiedenis De oliebron 'Ixtoc 1' in de baai van Campeche bij de G o l f van Mexico spuit al sinds 3 juni 1979 grote hoeveelheden olie in zee. Deze oliespuiter die de kusten van Mexico en de Amerikaanse staat Texas ernstig vervuilt, kan nu al de grootste olieramp in de geschiedenis worden genoemd. Tot begin februari 1980 is vanuit de oliebron namelijk al 516 000 ton olie in zee gestroomd. Dat is ruim twee maal zoveel als de hoeveelheid die bij de A m o c o Cadiz, de grootste tankerramp aller tijden, in het zeemilieu terecht kwam. De Ixtoc 1 was de twaalfde exploratieboring die de Mexicaanse staatsoliemaatschappij P E M E X (Petroleos Mexicanos) in het gebied rond de G o l f van Mexico uitvoerde. Toen men op ruim 3600 meter diepte was, ging deze boring ten gevolge van menselijke fouten, evenwel spuiten. Hoe kan z o ' n spuiter nu ontstaan? Bij exploratieboringen wordt door middel van een zgn. boorvloeistof (met een hoge soortelijke massa) een hydrostatische druk in het geboorde gat in stand gehouden die hoger is dan de druk
van het te verwachten olieveld (zie tekening). B i j de Ixtoc 1 is tengevolge van boorspoelingsverlies de hydrostatische druk in het boorgat op een gegeven moment beneden de druk die in de olielaag heerst gekomen. Hierdoor kon een olie/gasmengsel het boorgat binnendringen. Het ongecontroleerd binnenst'romen van het olie/gasmengsel ging steeds sneller naarmate de hydrostatische druk in het boorgat lager werd. Tengevolge van de expansie van het gas werd dit proces nog weer versneld. Een poging om met de zgn. Blow Out Preventers het boorgat af te sluiten, mislukte. De oliebron ging ongecontroleerd spuiten. Het boorplatform S E D C O 135, raakte in brand doordat de vrijkomende gassen in brand vlogen. De bemanning kon gelukkig bijtijds wegkomen. Het beschadigde platform werd zo snel mogelijk van zijn boorpositie boven het spuitende boorgat vandaan gehaald. Uit het boorgat stroomde in het begin per dag ca. 4000 m olie waarvan naar schatting de helft meteen verbrandde. Z o snel mogelijk na de 3
Put onder controle —
600 m
3600 m
3000 m
Soortelijke massa boorspoeling 2000 kg/m
Verlies va
1
Doorspoel
1
ng
E O
o
Ondooriaatbare laag
!/ kg/cm
176
2600 m
1
o CD
\
1000 m
It a
Po = '
Po = 720 kg/cm
'blow out' is men begonnen met het boren van een tweede put (onder een hoek) naar dezelfde plaats in het olieveld. V i a dit tweede boorgat heeft men door injectie van een zware boorspoeling getracht de hydrostatische druk in Ixtoc 1 weer op peil te brengen. Zodra dit doel bereikt zou zijn hoopte men het boorgat van de Ixtoc 1 eveneens via de tweede put af te kunnen sluiten met cement. Nadat enkele pogingen mislukt waren, werd besloten nog een derde gat, eveneens onder een hoek, naar dezelfde positie in de olielaag te boren. Door middel van de twee nieuwe putten hoopt men nu dan het Ixtoc 1 boorgat toch onder controle te krijgen. O m de uitstroming van de olie in zee zoveel mogelijk te beperken heeft P E M E X verschillende methoden gebruikt. Z o heeft men door injectie van loden en stalen ballen de uitstroming inmiddels teruggebracht tot ca. 1000 m olie per dag. O o k heeft men geprobeerd om met behulp van een omgekeerde trechter met een gewicht van 310 ton die op de spuiter werd neergelaten, de uitstromende olie op te vangen. De pogingen met deze 'sombrero', zoals de Mexicanen de omgekeerde trechter noemden, zijn echter mislukt. 3
Links: Een schematische weergave van het ontstaan van een spuiter (blow out). Door het verlies van de zgn. boorvloeistof stroomde een olie/gasmengsel het boorgat binnen, hetgeen leidde tot een spuiter en uiteindelijk tot de grootste olieramp in de geschiedenis.
Natuur
en Techniek,
48, 3 (1980)
177
Dit verdampingsproces treedt vooral de eerste uren na het vrijkomen van de olie op. De snelheid van het verdampingsproces hangt af van de samenstelling van de olie, de dampspanning, de windsnelheid, de temperatuur en de laagdikte van de olievlek. Het verdampingspercentage van olie uit het Ekofisk veld is 30, 32 en 40 procent na respectievelijk 1, 5 en 30 dagen bij een omgevingstemperatuur van 15 tot 20°C en een olielaagdikte van ca. 1 mm. Men schat dat van de olie die uit de Amoco Cadiz is gestroomd tenminste 30 procent door verdamping is verdwenen. De rest is via andere processen van het zee-oppervlak verdwenen.
INTERMEZZO
Emulsievorming Een emulsie bestaat uit twee wederzijds niet oplosbare vloeistoffen, waarvan de een als druppeltjes gedispergeerd is in de ander. Ingeval van een olieverontreiniging kunnen we twee soorten emulsies onderscheiden namelijk: water-in-olie emulsies (olie is de continue fase) en olie-in-water emulsies (water is de continue fase). In het vakjargon wordt het eerste 'emulsie' genoemd en het tweede 'natuurlijke dispersie'. O m een emulsie te verkrijgen moeten de druppels van de ene vloeistof in de andere vloeistof gedispergeerd worden. O m de twee vloeistoffen te mengen is energie nodig, die op
III
De samenstelling van olie In Nederland wordt jaarlijks ca. 75 miljoen ton aan aardolie en aardolieprodukten uit de gehele wereld ingevoerd. De ingevoerde aardolie komt o.a. uit het Midden Oosten (Kuwait, Iran), uit A f r i k a (Nigeria, Libie) maar ook uit landen zoals Venezuela en Rusland. Ook wordt er aardolie in de Noordzee aangetroffen, bijv. in het Ekofisk veld waar de B R A V O blow out plaatsvond. A l deze aardoliesoorten hebben verschil-
lende fysische en chemische eigenschappen (zie de tabel hieronder). In hoofdzaak bestaat ruwe olie uit koolstof (84-87%) en waterstof (11-14%), daarnaast komen ook zwavel, stikstof en zuurstof in ruwe olie voor, evenals diverse metalen zoals bijvoorbeeld vanadium en nikkel. Ruwe olie is een complex mengsel van honderden verschillende koolwaterstofverbindingen varierend van zeer vluch-
Oe eigenschappen van diverse aardoliesoorten. HERKOMST
Noordzee
Iran
Mexico
Nigeria
SOORT OLIE
Ekofisk
Iranian Light
Isthmus
Nigerian Light
847
854
860
828
4,9
6,2
6
3,1
Eigenschappen
Soortelijke massa
kg/m
Viscositeit
cS 38°C
Stolpunt
•c
Zwavelgehalte
gew. %
0,18
tot 71 °C
gew. %
71 °C - 200°C 200°C - 300°C
3
-12
-15
<- 36
3
1,4
1,56
0,076
6,5
5,5
3,5
4
gew. %
26,5
25
24,5
28
gew. %
20
17
18
30
300°C - 450°C
gew. %
47
24,5
54
27
Meer dan 450°C
gew. %
47
28
54
11
Kookpunten
178
zee, in de vorm van turbulente golven, in voldoende mate aanwezig is. Een oppervlakteactieve stof die de gevormde druppels omringt, zorgt daarna voor de stabiliteit van de emulsie. In ruwe olie, maar ook in stookolie zitten van nature reeds in meer of mindere mate oppervlakte-actieve stoffen, zoals bijv. harsen, cresolen, fenolen of de zwavelverbindingen in de asfaltenen. De hoeveelheid water die door olie opgenomen (gedispergeerd) kan worden is ca. 80 volume procenten. Uit waarnemingen (Amoco C a diz 80%, Ixtoc I 60% en de Torrey Canyon 80%) is gebleken dat een water-in-olie emulsie
Boven: Een water-in-olie emulsie. Bij een stabiele water-in-olie emulsie, (de zgn. chocolate mousse) hebben de gedispergeerde waterdruppeltjes een diameter van 0,01 mm of minder.
tige componenten tot teerachtige verbindingen. In ruwe olie komen verschillende groepen koolwaterstofverbindingen voor o.a. de alkanen (de verzadigde rechte koolstofketens C H2 + 2). de cycloalkanen (de verzadigde koolstofringverbindingen C H ) en de aromaten (de onverzadigde koolstofringverbindingen C H2 -6)n
n
n
2 n
n
n
Venezuela
Saudi Arabie
Kuwait
Bachaquero
Arabian Light
Kuwait
978
851
869
1121
6,1
10,5
-21
-20
-21
2,4
1,1
2,54
2
8
5,5
9
26
22,5
12
20,5
15
27
24,5
24
50
21
33
Natuur
en Techniek,
48, 3 (1980)
op zee, bij grote olieverontreinigingen en/of dikke olielagen, vrij snel gevormd wordt. Het belangrijkste kenmerk van een stabiele waterin-olie emulsie is haar rood-bruine kleur (zie de foto op pag. 177 boven). Daarom wordt deze emulsie ook wel 'chocolate mousse' genoemd. Kenmerkend voor een 'chocolate mousse' is dat de vloeistof zich thixotropisch gedraagt. Thixotropisch wil zeggen dat een stilstaande mousse een veel hogere viscositeit heeft dan een eenmaal in beweging zijnde mousse, dit in tegenstelling tot een ruwe olie die zich meestal als een gewone (newtonse) vloeistof gedraagt. Door de opname van de waterdruppels (tot 80%) in de olie, veranderen zowel de soortelijke massa als de viscositeit. De soortelijke massa van een water-in-olie emulsie is vaak erg hoog (meer dan 950 kg/m ) waardoor het drijvend vermogen zodanig afneemt dat de olie in het water kan gaan zweven en uiteindelijk door absorptie van allerlei vaste stoffen op de bodem van de zee neerslaat. Als we rekening houden met verdamping en andere processen waardoor olie verdwijnt dan kunnen we globaal stellen dat door emulsievorming het volume van de olieverontreiniging met een factor 2,5 toeneemt. Door turbulentie gevormde oliedruppels kunnen zich ook in de bovenste waterkolom verspreiden (natuurlijke dispersie). De gevormde oliedruppels zullen weer stijgen in de 3
179
180
waterkolom met een snelheid v die afhankelijk is van de soortelijke massaverschillen ( o - Q ), de druppeltjesgrootte (d) en de viscositeit van het water (TJ). Voor rustig water geldt de wet van Stokes s
w
_
(ew-eo)g-d 18 q
0
2
Des te kleiner de druppeltjes zijn des te gemakkelijker wordt de stijgsnelheid (v ) door verticale stromingen (omlaag) in het water teniet gedaan. De stabiliteit van een olie-in-water emulsie wordt bevorderd door de aanwezigheid van oppervlakte-actieve stoffen. B i j afwezigheid van deze stoffen worden relatief grote oliedruppels gevormd die geleidelijk weer deel uit zullen gaan maken van de oorspronkelijke olievlek. Door de vorming van oliedruppels in het water wordt het contact-oppervlak enorm vergroot, waardoor micro-organismen de in water gedispergeerde olie veel sneller kunnen afbreken dan olie in een drijvende olievlek. A f hankelijk van de samenstelling van de olie en de turbulentie van het zee-oppervlak kan per dag 5 tot 30 procent op natuurlijke wijze dispergeren en verder afgebroken worden. De olieverontreinigingen door de Olympic Alliance en de Pacific Colocotronis in 1975 waren door het slechte weer binnen enkele dagen door natuurlijke dispersie volledig van het zee-oppervlak verdwenen. De meeste kleine operationele lozingen (zie de foto op pag. 168 onder) zijn door natuurlijke dispersie binnen enkele uren van het zee-oppervlak verdwenen. s
Unksboven en boven: Door het ongeluk met de Amoco Cadiz in maart 1978 raakten de havens van Portsall en Roscoft geheel door de olie vervuild. De kust van Bretagne werd over een lengte van 200 kilometer verontreinigd door een dikke laag olie. Behalve de schade aangebracht aan het milieu (vogels, vissen) leed de plaatselijke bevolking grote economische schade doordat oesterbanken en visgronden verloren gingen. Door de vervuiling van de stranden kreeg ook het toerisme een grote klap.
Natuur
en Techniek,
48, 3 (1980)
Oplossing Bij het oplossen van olie in water worden slechts bepaalde componenten uit de ruwe olie opgenomen door het grote volume zeewater dat de vlek omringt. Met name de laagkokende aromatische fracties en in mindere mate de onverzadigde verbindingen zijn enigszins in water oplosbaar. Het oplossen van ruwe olie is een langdurig proces, doordat ten gevolge van oxydatie en microbiologische afbraak voortdurend polaire verbindingen worden gevormd die beter in water oplosbaar zijn dan de koolwaterstoffen die in de oorspronkelijke ruwe olie aanwezig waren. In het algemeen is het verlies aan componenten in de ruwe olie door oplossing klein in vergelijking met eerder genoemde processen.
181
Bezinking (neerslag) Oliecomponenten kunnen geadsorbeerd worden door zwevende deeltjes die zich van nature in zeewater bevinden. De kans op adsorptie neemt toe bij ruwe zee, waarna bij kalme zee bezinking kan optreden. Als de olie bezonken is, kan het heel lang als bodemsediment blijven bestaan voordat het uiteindelijk wordt afgebroken. Dit komt omdat processen zoals verdamping en foto-oxydatie (bijna geen zonlicht) niet meer optreden. Oxydatie en biologische afbraak De oxydatie van olie onder invloed van zonlicht (foto-oxydatie) is een langzaam verlopend proces. De oxydatiesnelheid hangt af van de temperatuur, de lichtintensiteit en de samenstelling van de olie. Ook de hoogte van de bovenstaande waterlaag speelt een rol. Door oxydatie kunnen in water oplosbare stoffen en stoffen die emulsievorming bevorderen, ontstaan. Bij een volledige oxydatie zal ruwe olie uiteindelijk via relatief eenvoudige verbindingen zoals alcoholen, aldehyden of ketonen in water en kooldioxyde (CO2) zijn overgegaan. Olie die zich in of drijvend op zee bevindt wordt ook door micro-organismen afgebroken. Door de micro-organismen wordt een deel van de olie omgezet in kooldioxyde en water en een ander deel wordt omgezet in wateroplosbare stoffen. De snelheid van de biologische afbraak is afhankelijk van de temperatuur, de aanwezigheid van nutrienten voor de micro-organismen (zoals nitraat en fosfaat), de hoeveelheid giftige elementen die in de olie zitten en natuurlijk de aanwezigheid van microorganismen. Uit onderzoek is gebleken dat per dag ca. 0,01 gram olie per m zeewater afgebroken wordt. De micro-organismen kunnen alleen het gedeelte van de olie dat in contact met water is, afbreken. De op natuurlijke wijze gedispergeerde olie wordt dus sneller afgebroken dan een aaneengesloten vlek. 'Chocolate mousse' wordt heel langzaam afgebroken. Dat dit zo langzaam gebeurt komt doordat de opname van zuurstof in het water belemmerd wordt door de omringende olie. In zeegebieden waar door de eeuwen heen door natuurlijke sijpeling olie in het zeemilieu komt blijkt het dat door biologische afbraak van de olie geen ophoping van olie ontstaat. 3
182
Spreiding en verplaatsing De horizontale spreiding van de olie op water wordt veroorzaakt door de zwaartekracht en door het verschil in oppervlaktespanning van olie en water. Naarmate de olievlek verder uitspreidt en de laagdikte van de olie dus kleiner wordt, zal de invloed van de zwaartekracht afnemen. De spreiding ten gevolge van de oppervlaktespanning duurt echter veel langer. Door de spreiding neemt de verdamping toe, waardoor de vluchtige componenten verdwijnen en de viscositeit toeneemt. Spreiding is een proces dat zichzelf vertraagt als de oppervlaktespanning van de olie zich wijzigt ten gevolge van verdamping of emulsievorming.
Het transport van een olievlek wordt hoofdzakelijk bepaald door de wind en waterstroming. De waarden die voor de verplaatsing van een olievlek op zee zijn gevonden varieren van 2 tot 4,5 procent van de windsnelheid op 10 meter boven het zeeniveau plus de verplaatsing door waterstroming. Dikkere olielagen, zoals bijv. emulsies, zijn minder afhankelijk van de wind dan dunne lagen; ook golven beinvloeden de windfactor. Ten gevolge van de rotatie van de aarde zal de olievlek naar rechts worden afgebogen (coriolis effect). De grootte van deze afbuiging (Ekman hoek) is op het noordelijk halfrond ca. 10° naar rechts gericht ten opzichte van de windrichting.
Wanneer men weet welke eigenschappen de op zee liggende olie heeft en hoe die olieverontreiniging zich gedraagt, dan kan men de juiste bestrijdingsmethode bepalen. Naar aanleiding van de diverse ongelukken met tankers, met name na de ramp met de Torrey Canyon in 1967, zijn er voor de bestrijding van olie op zee verschillende technieken ontwikkeld. Deze bestrijdingsmethoden zullen in een volgend artikel aan de orde worden gesteld. Met name de tot nu toe meest toegepaste chemische oliebestrijdingsmethode met behulp van detergenten en de recentelijk door Rijkswaterstaat ontwikkelde olieverwijderingsmethode zullen uitvoerig worden behandeld.
Links: Het strand van Portsall was door de ramp met de Amoco Cadiz in een inktzwarte poel veranderd. Franse militairen en vrijwilligers zijn hier bezig met opruimwerkzaamheden. Doordat steeds weer opnieuw een stroom olie op het strand aanspoelde was het opruimen in het begin vaak een hopeloos karwei.
Bronvermelding illustraties Georg Gerster/Rapho, Parijs: pag. 164-165. Bernard P. Wolff/Photoresearchers, Inc., New York: pag. 168-169 boven. Shell Nederland B . V . , Rotterdam: pag. 171. John Launois/Rapho, Parijs: pag. 172-173. Frank Mohn, Nederland bv: pag. 177. A . Lepain, Labofina SA, Brussel: pag. 180 boven, 181. Jack Dermid/Bruce Coleman Ltd: pag. 180 onder. De Sazo-Rapho, Parijs: pag. 182-183. Alle overige opnamen zijn afkomstig van Rijkswaterstaat, Directie Noordzee, Rijswijk.
Natuur
en Techniek,
48, 3 (1980)
183
Aantekeningen
>
Aantekeningen
Aantekeningen
