[科普中国]-油气泄漏怎么办？让细菌来吃掉！

作者：Tracy Staedter

编译：小蚕

校对：卷卷

在美国，每年有超过34万千米的石油和天然气管道用于运输160亿桶左右的原油、精炼石油及液化天然气。此外，还有长达数千千米的管道蜿蜒于海底。 这些管道一旦破裂，无论从商业还是环境角度来看，代价都是惨重的。

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比如人类工业史上最大的石油泄漏事故、美国历史上最严重的环境和生态灾难——2010年4月 墨西哥湾原油泄漏事件 ，造成至少56万吨原油流入墨西哥湾。污染导致墨西哥湾沿岸1600千米的湿地和海滩被毁，渔业受损，浮油及沉到海底的油污大面积威胁动植物安全，严重影响海洋生态平衡。

因此，采用可靠的方法来监测这个庞大网络的油气泄漏，无疑至关重要。

监控方式多样，事故依 旧频发目前，在美国，管道操作员采用多种方式监控基础管道设施。比如雇佣技术人员巡视管道，利用手持式感应器寻找从极其细微的裂缝中释放的天然气；或者利用配有激光或红外线摄像头的无人机、飞机或直升机在空中扫描整个管道网络；又或向管道里放置“聪明的小猪”——一个圆柱形、载有传感器的机器，用于检查整个管道的内部情况。

然而，尽管如此，事故依旧频发。

据管道和有害物质安全署的统计，在1998年至2017年间，美国本土一共发生了超过11700起石油和天然气管道事故，导致超过70亿美元的商业亏损，并造成1296人受伤和334人死亡。因此，开发一种可靠、有效的监控方式迫在眉睫。

吃掉碳氢化合物的细菌传感器致力于解决此项问题的科学家们注意到有一些自然生长在土壤和海洋中的微生物可以吞噬某些碳氢化合物，比如甲烷、乙烷、丁烷、丙烷和戊烷。这些微生物的菌落能够在墨西哥湾原油泄漏事件中英国石油公司的马孔多油井里泄漏的石油中茂盛繁殖。其实摄取化学物质并产生电子作为副产物的微生物已经被科研人员研究得很透彻，比如从废水中除去污染物并同时产生电流的微生物燃料电池。

来自密西西比州立大学的环境工程师维拉·纳内什沃·古德（Veera Gnaneswar Gude）解释说： “某些微生物能够降解或吃掉污染物，并在此过程中产生一定的电压”。

古德和他的团队希望可以利用这些微生物与生俱来的本领，将他们包装成传感器。
传感器长约几厘米，附着在管道外部。 它们能够探测泄漏的碳氢化合物，并向监测人员发送无线警报信号。 而更大版本的、长达数米的传感器，则会用来帮助泄漏后的清理工作。

传感器示意图。图片来源：pixabay.com

据古德介绍，这些依附在管道外部的细菌传感器可以与现有的设备协同工作，优化仪器检测和反应时间，并减少从管道中泄漏并污染环境的石油和天然气的数量。

工作似微生物电池古德的新传感器工作时就像一块以生活在海水和海洋沉积物里的微生物为基础的电池。它一侧的阳极由含有一定浓度、嗜食碳氢化合物的微生物多孔膜制成。当碳氢化合物分子通过该膜，微生物便会吃掉它们。接着电子穿过调节和测量电子流的电阻器，不断移向阴极。这样， 阴极里面嗜食电子的细菌菌落便可以美美地饱餐一顿了。

细菌示意图。图片来源：pixabay.com

正常情况下，没有发生泄漏的时候，这些微生物以水或土壤里的有机化合物为食。假如油气泄漏，它们发现了碳氢化合物的饕餮盛宴，自身代谢便会加剧，从而引起电子数量激增。这个变化的高峰可以被电阻器或阴极里面极其微小的电路所捕获。 一旦峰值超过了阈值，传感器便会发射一段无线信号通知技术人员。

可靠性仍有局限马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的资深科学家克里斯特·雷迪（Christ Reddy）高度评价了此项研究，在他看来利用细菌作为依附在油管外部的传感器是一个很聪明的想法。他说： “细菌是非常能干的微生物降解器” ，“研究者面对的是一项有趣的挑战”，“如果他们能成功，那实在太棒了！”

但同时他也提醒，有时候细菌可能会停止对碳氢化合物的摄取。雷迪解释：“这就像一顿自助餐。细菌挑的尽是肥硕的虾和顶级肋排。 但倘若食物难以摄取或者不那么可口的话，它们很可能选择不吃，停止进食”。 这样一来，人们便很难完全依赖细菌来从事这项特殊的监测任务。

展望 尽管有瑕疵，细菌传感器仍不失为一种令人期待的新型监测工具。古德在今年3月18号新奥尔良的一场美国化学协会的会议中做了关于传感器研究的报告。
古德表示，他们的目标是开发一种可以为监测油气泄漏提供整体方案的传感器。这样的传感器既可以用于管道，也可用于油轮、卡车和储油罐。而最终，他们希望开发一个更大的系统来吞噬泄漏物，以减轻污染后的清理工作。

所以， 能 够吃掉碳氢化合物的细菌传感器，小可监测油气泄漏，大可清理污染物。 非常希望它能早日面世，造福人类，保护地球。

编辑：卷卷

排版：卷卷

题图来源： pixabay

翻译来源：insightscience.org, Bacteria-Based Sensor Could Detect Oil and Gas Leaks

AIP | Insight Science

https://www.insidescience.org

美国物理联合会张铮铮供稿