MareGreco.com
  • Mare Greco

Ευαγγελία Γοντικάκη, Μεταδιδακτορική Ερευνήτρια: Εξόρυξη υδρογονανθράκων στη βαθιά θάλασσα

Οι σημαντικές ανακαλύψεις κοιτασμάτων φυσικού αερίου στις ΑΟΖ Κύπρου, Ισραήλ και Αιγύπτου την τελευταία δεκατία έχουν αναδείξει την Ανατολική Μεσόγειο ως μια περιοχή υψηλού ενδιαφέροντος για την βιομηχανία ενέργειας. Η Αμερικανική Γεωλογική Εταιρεία υπολογίζει τα συνολικά αποθέματα στις λεκάνες της Λεβαντίνης και του Δέλτα του Νείλου (ΝΑ Μεσόγειος) σε 3.4 δις βαρέλια ανακτήσιμου πετρελαίου και 10 δις κυβικά μέτρα φυσικού αερίου. Τα κοιτάσματα φυσικού αερίου Tamar και Leviathan (Ισραήλ), Aphrodite (Κύπρος) και το μεγαλύτερο όλων Zohr στην ΑΟΖ της Αιγύπτου, που ανακαλύφθηκε απο την Eni το 2015, έχουν προσελκύσει τους ενεργειακούς κολοσσούς και σε άλλες περιοχές της Ανατολικής Μεσογείου, όπως η Ελλάδα. Πρόσφατα, η κοινοπραξία των Total, Exxon Mobil και Ελληνικά Πετρέλαια απέκτησε τα δικαιώματα για έρευνα σε 2 οικόπεδα Δυτικά και Νοτιοδυτικά της Κρήτης, ενώ άλλες εταιρείες όπως η Repsol και Ελληνικά Πετρέλαια πραγματοποιούν έρευνες στην περιοχή του Ιονίου, ΝΔ της Κέρκυρας. Τα προαναφερθέντα κοιτάσματα στην ΝΑ Μεσόγειο και οι προς έρευνα περιοχές στην ελληνική ΑΟΖ έχουν ένα κοινό παρονομαστή: βρίσκονται σε μεγάλα βάθη (>1000 μ). Ειδικότερα στην περιοχή της Κρήτης, το μέσο βάθος των δύο οικοπέδων, που έχουν παραχωρηθεί, είναι 3200 μ. Η αναζήτηση νέων αποθεμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου σε ολοένα και μεγαλύτερα βάθη είναι ένα παγκόσμιο φαινόμενο και οφείλεται αφενός στη σταδιακή εξάντληση των εύκολα προσβάσιμων κοιτασμάτων και αφετέρου στη συνεχή αύξηση της κατανάλωσης ορυκτών πόρων που υπολογίζεται σε περίπου 2% ανά έτος για την επόμενη τουλάχιστον δεκαετία.

Η εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου απο μεγάλα βάθη παρουσιάζει σημαντικές τεχνολογικές προκλήσεις. Ταυτόχρονα, η αντιμετώπιση διαρροών σε περίπτωση ατυχήματος είναι ιδιαίτερα δύσκολη, όπως αποδείχτηκε με το Deepwater Horizon (DWH) στον Κόλπο του Μεξικού το 2010. Στην περίπτωση του DWH, μία έκρηξη στην εξερευνητική γεώτρηση Macondo οδήγησε σε ανεξέλεγκτη διαρροή πετρελαίου και φυσικού αερίου σε βάθος 1500 μ. η οποία τέθηκε υπό έλεγχο μετά από 3 μήνες και αφού είχαν απελευθερωθεί τουλάχιστον 5 εκατ. βαρέλια αργού πετρελαίου και περίπου 250.000 τόνοι φυσικού αερίου στον Κόλπο του Μεξικού.

Παρά την τεράστια οικολογική καταστροφή, το ατύχημα DWH ήταν μια αποκάλυψη από επιστημονική άποψη. Οι επιστήμονες μπόρεσαν για πρωτη φορά να παρατηρήσουν τη συμπεριφορά των υδρογονανθράκων σε συνθήκες υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας που δεν ήταν αναμενόμενη. Πλέον γνωρίζουμε οτι σε περίπτωση ατυχήματος σε μεγάλο βάθος, μέχρι και 50% του πετρελαίου που θα διαρεύσει, παραμένει σε βαθιά νερά υπο τη μορφή μικροσκοπικών σταγονιδίων και διαλυμένου αερίου που ταξιδεύουν σαν «σύννεφο» με τα θαλάσσια ρεύματα (deep water plume), ενώ το υπόλοιπο ανεβαίνει στην επιφάνεια όπου σχηματίζεται πετρελαιοκηλίδα (Εικόνα 1). Είδαμε επίσης ότι υπάρχει άρρηκτη σύνδεση της βαθιάς θάλασσας με τα επιφανειακά νερά. Παρά το γεγονός ότι το πετρέλαιο επιπλέει στο νερό, υπάρχουν πολλές οδοί μέσω των οποίων κατακρημνίζεται στον πυθμένα υπό τη μορφή συσσωματωμάτων με οργανική και ανόργανη ύλη ή αλλιώς σαν «θαλάσσιο χιόνι» (marine oil snow) (Εικόνα 1). Τέλος, είδαμε οτι οι μικροβιακές κοινότητες της βαθιάς θάλασσας μπορούν να αποικοδομήσουν ένα μεγάλο ποσοστό των υδρογονανθράκων που «παγιδεύονται» εκεί, παίζοντας σημαντικό ρόλο στην αποκατάσταση του οικοσυστήματος.

Scoma et al. 2016. Challenging oil bioremediation at deep-sea hydrostatic pressure. Frontiers in Microbiology 7:1203

Εικόνα 1. Μόλυνση της βαθιάς θάλασσας από διαρροή πετρελαίου στον πυθμένα. Διακρίνεται το σημείο διαρροής και το σύννεφο σταγονιδίων που δημιουργείται απο την έκλυση πετρελαίου υπό πίεση. Πρόσθετη μόλυνση προκύπτει απο δειργασίες στην επιφάνεια, όπως η κατακρύμνιση θαλάσσιου χιονιού και πίσσας (tar balls) καθώς και υπολειμμάτων κάυσης. Πηγή: Scoma et al. 2016. Challenging oil bioremediation at deep-sea hydrostatic pressure. Frontiers in Microbiology 7:1203.

Θαλάσσιοι μικροοργανισμοί, κυρίως βακτήρια, έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουν υδρογονάνθρακες σαν πηγή άνθρακα και ενέργειας για το μεταβολισμό τους (Εικόνα 2). Κάποια βακτήρια μάλιστα τρέφονται αποκλειστικά με υδρογονάνθρακες (obligate hydrocarbon-degraders). Υπό φυσιολογικές συνθήκες, τα βακτήρια αυτά είναι σχεδόν μη ανιχνεύσιμα στον πληθυσμό όμως μπορούν να πολλαπλασιαστούν ταχύτατα όταν η πηγή τροφής τους υπάρχει σε αφθονία. Στη βαθιά θάλασσα, όπου οι συμβατικές μέθοδοι αποκατάστασης (μηχανική συλλογή, καύση) δεν είναι δυνατές, η βιο-αποικοδόμηση αποτελεί ίσως τη μοναδική οδό αντιμετώπισης της ρύπανσης απο υδρογονάνθρακες.

Photo credit: Evina Gontikaki

Εικόνα 2. Βακτήρια που αποικοδομούν πετρέλαιο όπως φαίνονται στο μικροσκόπιο φθορισμού (μεγέθυνση 1000x) μετά απο χρώση με τη φθορίζουσα χρωστική ακριδίνη.


Ο ρυθμός βιο-αποικοδόμησης εξαρτάται τόσο απο τις περιβαλλοντικές συνθήκες, όσο και από τη σύνθεση της μικροβιακής κοινότητας σε μία συγκεκριμένη περιοχή. Υπάρχουν τρόποι να επιταχύνουμε αυτή τη φυσική διαδικασία όμως προϋπόθεση είναι να γνωρίζουμε πως λειτουργεί ένα συγκεκριμένο οικοσύστημα. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει μια οικουμενική «θεραπεία». Κάθε τέτοια προσπάθεια, θα πρέπει να είναι προσαρμοσμένη στα δεδομένα της συγκεκριμένης περιοχής.

Στο Εργαστήριο Βιοχημικής Μηχανικής και Περιβαλλοντικής Βιοτεχνολογίας του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος στο Πολυτεχνείο Κρήτης ερευνούμε τα βασικά χαρακτηριστικά των μικροβιακών κοινοτήτων που αποικοδομούν υδρογονάνθρακες σε βαθιά νερά της Ανατολικής Μεσογείου: ποια βακτήρια επικρατούν σε περίπτωση μόλυνσης και πως εξελίσσεται η βιοκοινότητα ανάλογα με την ποιότητα και την ποσότητα των υδρογονανθράκων. Προσπαθούμε να προσδιορίσουμε πόσο γρήγορα αποικοδομείται το πετρέλαιο σε συνθήκες βαθιάς θάλασσας και κατά πόσο η χρήση χημικών διασκορπιστικών ουσιών υποβοηθά αυτή τη διαδικασία. Η διεξαγωγή πειραμάτων σε συνθήκες βαθιάς θάλασσας δεν είναι απλή υπόθεση φυσικά. Οι περισσότερες μελέτες έχουν διεξαχθεί σε ατμοσφαιρική πίεση ενώ σε λίγες περιπτώσεις το δείγμα επανασυμπιέζεται στο εργαστήριο μετά τη συλλογή από ωκεανογραφικό σκάφος. Η επίδραση αυτών των αλλαγών πίεσης στη σύνθεση της μικροβιακής κοινότητας και στην ικανότητα αυτής να αποικοδομεί υδρογονάνθρακες παραμένουν άγνωστες. Σκοπός μας είναι να διεξάγουμε πειράματα χωρίς αποσυμπίεση του δείγματος σε κανένα στάδιο της διαδικασίας, ώστε τα αποτελέσματα να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πραγματικότητα. Ένας ειδικά σχεδιασμένος δειγματολήπτης θα χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή και μεταφορά θαλασσινού νερού απο 1.000 μέτρα βάθος στην in situ πίεση. Πίσω στο εργαστήριο, το δείγμα θα μεταφερθεί σε ένα σύστημα πειραματισμού υψηλών πιέσεων με τη δυνατότητα προσομοίωσης διαρροών «ζωντανού» αργού πετρελαίου (μείγμα αργού πετρελαίου και φυσικού αερίου) όπως αυτή συμβαίνει μετά από έκρηξη σε φρεάτια πετρελαίου σε μεγάλα βάθη (Εικόνα 3). Με κατάλληλες τεχνικές μοριακής βιολογίας και αναλυτικής χημείας, θα παρακολουθούμε την εξέλιξη της μικροβιακής κοινότητας κατά τη διάρκεια της αποικοδόμησης καθώς και την αποτελεσματικότητα μεθόδων εξυγίανσης σε συνθήκες βαθιάς θάλασσας. Προκαταρκτικά πειράματα που έχουμε διεξάγει δείχνουν οτι τα χημικά διασκορπιστικά που χρησιμοποιούνται σε επιφανειακές πετρελαιοκηλίδες συμπεριφέρονται διαφορετικά υπό πίεση.

photo credit: Evina Gontikaki

Εικόνα 3. Αντιδραστήρας υψηλών πιέσεων Κατόπιν του DWH, ενός ατυχήματος - ορόσημου για τη βιομηχανία, η Ευρωπαϊκή Ένωση αναθεώρησε την οδηγία για την ασφάλεια των υπεράκτιων εργασιών πετρελαίου και φυσικού αερίου (Directive 2013/30/EU) με στόχο να αποφευχθούν παρόμοιες καταστροφές στις ευρωπαϊκές θάλασσες. Σύμφωνα με την αναθεωρημένη οδηγία, απαιτείται απο τις εταιρείες να καταθέσουν τη λεγόμενη Έκθεση Μεγάλων Κινδύνων (Μajor Ηazard Report), με απλά λόγια να φανταστούν το χειρότερο σενάριο ατυχήματος και να πάρουν τα κατάλληλα μέτρα ώστε να μη συμβεί ποτέ. Παράλληλα θα πρέπει να καταθέσουν σχέδιο αντιμετώπισης καταστάσεων έκτακτης ανάγκης που περιλαμβάνει μεταξύ άλλων ανάλυση της αποτελεσματικότητας αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδας, ενώ όλα τα παραπάνω θα πρέπει να αξιολογούνται απο μια ανεξάρτητη αρχή. Σήμερα η ΕΕ διαθέτει το πιο ολοκληρωμένο και αυστηρό πλαίσιο για την ασφάλεια των υπεράκτιων εξορύξεων. Παρόλα αυτά, οι κίνδυνοι σχετικά με σοβαρά υπεράκτια ατυχήματα στο πλαίσιο δραστηριοτήτων πετρελαίου και φυσικού αερίου δεν είναι δυνατό να εκμηδενιστούν. Οι επιπτώσεις μιας πετρελαιοκηλίδας μπορεί να είναι καταστρεπτικές και μη αναστρέψιμες για το περιβάλλον των θαλασσών και των παράκτιων περιοχών, και έχουν σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στις παράκτιες οικονομίες. Είναι σημαντικό λοιπόν οι υπεράκτιες εργασίες πετρελαίου και φυσικού αερίου να έχουν σαν πρωταρχικό στόχο τη βιωσιμότητα. Απαιτείται ένα μέρος του οικονομικού οφέλους απο αυτή τη δραστηριότητα να διοχετεύεται στην παρακολούθηση και την προστασία των θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Τέλος, η ανάπτυξη μεθόδων αποκατάστασης (και κυρίως βιο-αποκατάστασης) που έχουν βελτιστοποιηθεί με βάση τις συνθήκες ενός συγκεκριμένου οικοσυστήματος είναι καθοριστικής σημασίας και θέλω να πιστεύω οτι η έρευνά μας θα συμβάλλει προς αυτό το σκοπό.

Η έρευνα αυτή χρηματοδοτείται απο τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) και το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ) στα πλαίσια του προγράμματος ενίσχυσης μεταδιδακτορικών ερευνητών/τριών με τα προτζεκτ: HEALMED “Determination of the self-healing capabilities of the Eastern Mediterranean Sea from accidental deep sea oil releases” Επιστημονικός Υπεύθυνος: Ευαγγελία Γοντικάκη και DEEPSEA “Bioremediation of hydrocarbon releases in the deep sea” Επιστημονικός Υπεύθυνος: Ελευθερία Αντωνίου

Το Mare Greco ευχαριστεί θερμά την κυρία Ευαγγελία Γοντικάκη, Μεταδιδακτορική Ερευνήτρια