Il nuovo studio di UniTo: la fisica può accelerare la biodegradazione del petrolio in mare

Nel lavoro "Immiscible Rayleigh-Taylor turbulence: Implications for bacterial degradation in oil spills", pubblicato sui Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), un team di ricerca di cui fa parte il Prof. Guido Boffetta del Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino ha studiato come la fisica ed in particolare la "turbolenza di fluidi immiscibili" possa favorire la formazione di gocce sempre più piccole, accelerando il processo di biodegradazione microbica del petrolio, aiutando quindi il principale metodo di rimozione dall'oceano in caso di incidenti con fuoriuscita di petrolio in mare (“oil spills"),

Gocce piccole per una migliore "pulizia"del mare

Ma cosa significa "turbolenza di fluidi immiscibili?" in fisica, una stratificazione di densità instabile tra due fluidi si mescola spontaneamente sotto l'effetto della gravità, è un fenomeno chiamato "turbolenza di Rayleigh-Taylor (RT)".
Se i due fluidi non si miscelano tra loro, ad esempio petrolio e acqua, la tensione superficiale impedisce la miscelazione a livello molecolare. Tuttavia, la turbolenza frammenta un fluido nell'altro, generando un'emulsione in cui la dimensione tipica delle gocce diminuisce nel tempo a causa della competizione tra l'energia cinetica crescente e la densità di energia superficiale.

I batteri marini che "mangiano" il petrolio non possono penetrare all'interno delle gocce, in quanto necessitano di ossigeno e quindi colonizzano la superficie della goccia. Pertanto l'efficienza del processo dipende dall'interfaccia petrolio-acqua disponibile. Gli esperimenti e le simulazioni della collaborazione hanno mostrato in modo coerente che la dinamica turbolenta produce gocce sempre più piccole e quindi, aumentando la superficie di interfaccia, favorisce l'efficienza dei processi di biodegradazione delle oil spills da parte dei batteri.

Dichiara il Prof. Boffetta:

Anche se la prima teoria fenomenologica che descrive questo processo di miscelamento è stata derivata molti anni fa, è rimasta sfuggente alla verifica numerica e sperimentale, ostacolando la nostra capacità di prevedere in modo preciso la dinamica in applicazioni come gli sversamenti in acque profonde. Qui forniamo la prima verifica sperimentale e numerica della teoria della turbolenza immiscibile RT, svelando le proprietà dello stato turbolento che si origina all'interfaccia olio-acqua

La ricerca è stata condotta grazie alla collaborazione tra le Università di Torino, e Genova, l'OIST di Okinawa per le simulazioni numeriche e l'ETH di Zurigo per quanto riguarda gli esperimenti di laboratorio. I risultati hanno implicazioni di ampio respiro per la comprensione generale della miscelazione di fluidi immiscibili, che vede applicazioni in molti campi della fisica e dell’ingegneria.