Dankzij een ongekende ramp weten we meer over de aanpak van olielekken

Een enorme explosie markeerde het begin van een maanden durende natuurramp. Deepwater Horizon, een olieplatform in de Golf van Mexico, explodeerde op 20 april 2010. De ontploffing was het gevolg van defecte veiligheidssystemen en een serie verkeerde beslissingen door onvoldoende getraind personeel. Elf mensen kwamen om.

Op dertienhonderd meter diepte spoot vanuit de oliebron onder hoge druk acht miljoen liter olie per dag de zee in, 87 dagen lang. Het werd daarmee de grootste olieramp ooit, afgezien van het doelbewuste olielek in de Perzische Golf tijdens de Golfoorlog in 1991. Tweeduizend kilometer kustlijn en elfduizend vierkante kilometer zee-oppervlakte raakten ernstig vervuild.

In de jaren daarna spoelden steeds meer dode dolfijnen aan, vooral tuimelaars (Tursiops truncatus). De olie verstoorde hun immuunsysteem, waardoor ze sneller aan bacteriële infecties overleden. Pas in 2015 begon het aantal aangespoelde dolfijnen te dalen. Zeevogels en ecosystemen in kwelders hadden aanvankelijk veel te lijden onder de aanspoelende olie, maar bleken ook veerkrachtig. Op de lange termijn zijn de effecten groot voor grotere vissen, koralen, zeeschildpadden en ecosystemen in zeegrasvelden.

Lichtpuntje voor de wetenschap

De ramp was vernietigend, maar onderzoekers spreken ook van een ‘lichtpuntje’ voor de wetenschap. De milieuwetenschap moest het lang hebben van laboratoriumstudies naar de afbraak van oliemoleculen onder gecontroleerde omstandigheden, maar de werkelijkheid is grilliger. Voor een opruimstrategie is het essentieel om te weten wat er met olie gebeurt in de vrije natuur.

Opruimstrategieën zijn bovendien elke dag relevant, want olielekken zijn alledaags. De mensheid verbruikt 15 miljard liter olie per dag, het is onvermijdelijk dat een klein deel in de natuur weglekt. Alleen al in Nederland rukt Rijkswaterstaat wekelijks uit voor olie-incidenten rond havengebieden, waar meestal tientallen tot honderden liters lichte olie in het water vrijkomen. Daarnaast komt elk jaar wereldwijd een handjevol ‘nieuwswaardige’ olielekken voor: grote vervuilingen die lokale ecosystemen verstikken.

Het onderzoek naar de afbraak van olie in de natuur kwam op gang na de eerste echt grote olieramp ter wereld, ruim veertig jaar voor Deepwater Horizon. De olietanker Torrey Canyon, varend onder Liberiaanse vlag, liep in maart 1967 aan de westkust van het Verenigd Koninkrijk op de rotsen. Het grote publiek zag voor het eerst de destructieve kracht van olie: meer dan 25.000 zeevogels werden verstikt en de stranden kleurden zwart. Datzelfde jaar toonden diverse studies aan dat bacteriën sommige grotere koolwaterstofketens uit ruwe olie afbreken naar kortere molecuulketens.

Dergelijke studies brachten nuttige kennis: bacteriën zouden in de oceaan íéts aan afbraak kunnen doen. Maar ze zeggen niks over hoeveel olie daadwerkelijk afbreekt in de natuur, en hoeveel zich verspreidt over de natuur. Als de olie uit zicht is gedreven, waar is ze dan gebleven?

„Onderzoek doen naar olielekken is moeilijk, want je kunt niet zomaar olie in de oceaan dumpen om het gedrag ervan te bestuderen”, zegt Collin Ward. Hij is geochemicus aan het Woods Hole Oceanographic Institution in de Verenigde Staten en onderzoekt de chemische transformaties die olie in de natuur ondergaat. „Als je zoekt in de literatuur, vind je vele studies van losse afbraakprocessen van moleculen, soms vijftig jaar oud, die nooit met veldstudies zijn opgevolgd. Dat maakt het moeilijk om die belangrijke vindingen toe te passen op grootschalige olielekken.”

Het geluid was zo luid dat je lichaam ervan trilde

Chris Reddy wetenschapper

Het onmogelijke experiment diende zich aan in de vorm van een ongekend grote olieramp. En dus spreekt ook Ward over een ‘lichtpuntje’ van Deepwater Horizon. „Het lichtpuntje was dat we wetenschappelijke kennis uit het lab eindelijk in het echt konden valideren. Dat kwam doordat de olie 87 dagen lang vrijkwam en 102 dagen bleef drijven. Wetenschappers hadden ruim de tijd om goede monsters te nemen op verschillende plekken en momenten. Dat is heel anders dan na een schipbreuk, waar het lek maar kort duurt en olie snel aanspoelt.”

Chris Reddy, eveneens onderzoeker aan Woods Hole Oceanographic Institution, zat bij het handjevol wetenschappers dat in een boot mocht stappen naar het lek van Deepwater Horizon. Hij verzamelde er vele oliemonsters. De meeste mensen mochten niet binnen een straal van vijf kilometer van de rampplek komen, maar hij werd al snel gevraagd om te komen helpen. Zijn hele carrière had hij al olievervuiling onderzocht, waaronder de vroegste lekken uit de jaren 60.

„Tegen de tijd dat ik aankwam, had de overheid een manier gevonden om een deel van de vrijkomende olie en gassen met een soort trechter af te vangen”, herinnert hij zich. „Daardoor kon je de olie nog maar een beetje ruiken. Wat ik me vooral nog goed herinner, is de hitte van het vrijkomende gas dat werd verbrand. En het geluid. Het was zo luid dat je lichaam ervan trilde, en je tanden klapperden. De helderrode vlammen waren overweldigend. Het was apocalyptisch.”

Dicht bij de rampplek komen was nodig om ‘verse’ oliesamples te verzamelen op verschillende plekken: dicht bij het lek, op de zeebodem, op het strand, en overal daartussen. Voor het eerst werd zo de chemische transformatie van grote hoeveelheden olie in de natuur in kaart gebracht.

Belangrijke afbraakroutes

De olie die op strand aanspoelt, is allang niet meer de olie die de zee in spuit. Dat werd in de jaren na de ramp steeds duidelijker. Tegenwoordig is bekend dat er zes belangrijke afbraak- of verspreidingsroutes zijn. Olie kan oplossen in water, verdampen naar de lucht, mengen met water, binden aan sedimentdeeltjes, bacteriën kunnen olieketens afbreken en zonlicht kan chemische reacties aansturen.

De meeste routes waren al wel bekend, maar de mate waarin ze onderling bijdragen aan het opruimen van olie was dat niet. Zo werd voorafgaand aan de ramp gedacht dat bacteriën al vanaf de eerste uren een noemenswaardige rol spelen in de afbraak van drijvende olie. Nu is duidelijk dat dat pas na maanden zo is, maar de afbraak door bacteriën gebeurt wel grondiger dan gedacht.

Een grote les is dat ‘foto-oxidatie’ een van de belangrijkste afbraakroutes voor drijvende olie is. Hierbij stuurt zonlicht allerlei reacties aan waarbij oliemoleculen met zuurstof reageren. Studies die het belang ervan aantonen blijven verschijnen, zo ook namens Ward afgelopen jaar in wetenschappelijk tijdschrift Science Advances. Deze afbraakroute is lang over het hoofd gezien in modellen, terwijl er al in de jaren 70 voor het eerst over werd gepubliceerd.

Al die tijd dachten milieuwetenschappers dat foto-oxidatie een verwaarloosbaar proces was, om twee redenen. Ten eerste bereikt zonlicht alleen maar het bovenste laagje olie dat op zee drijft. Alles wat daaronder zit, zou dus onaangeroerd moeten blijven. Ten tweede kan maar een zeer klein deel van de oliemoleculen überhaupt zonlicht opnemen. Moleculen die geen zonlicht absorberen, reageren niet onder invloed van zonlicht. Ongeveer 10 procent van het bovenste laagje drijvende olie van Deepwater Horizon kon direct zonlicht opnemen.

Zeesneeuw

Toch foto-oxideerde bijna de helft van alle gelekte olie van Deepwater Horizon. Er blijkt nog zoiets te zijn als ‘indirecte foto-oxidatie’. Andere aanwezige moleculen in zee absorbeerden zonlicht en reageerden met zuurstof, waardoor zeer reactieve zuurstofrijke moleculen ontstonden. Die reageerden ruimschoots met olie, en niet alleen in het bovenste drijvende laagje.

De consequenties van foto-oxidatie zijn groot: het verandert de chemische eigenschappen van olie die in zee komt. Terwijl olie en water elkaar normaal gesproken afstoten, is dat bij geoxideerde olie niet meer het geval. Zodra zuurstofatomen aan vettige oliemoleculen zijn vastgeplakt, wordt olie veel ‘hydrofieler’, ofwel waterminnend. Daarna is de olie vaak kleveriger, stroperiger en soms giftiger: in vissen of andere organismen bindt de olie makkelijker aan eiwitten en tast zo het immuunsysteem aan. Wie olie wil opruimen, kan beter snel zijn.

Naast foto-oxidatie bleek door Deepwater Horizon dat nóg een verspreidingsroute over het hoofd was gezien. Al in de eerste weken werd op de bodem in de Golf van Mexico centimeters dikke ‘zeesneeuw’ ontdekt. Dat ontstaat wanneer kleine oliedruppeltjes samenklonteren met klei en algen. Deze zeesneeuwvlokken zijn zwaar en zakken omlaag. De massa verweert uiteindelijk tot een slijmerige substantie, en dus wordt het ook ‘zeesnot’ genoemd.

Normaal gesproken blijft olie drijven. En dus keek men alleen naar de oppervlakte

Edwin Foekema Wageningen Universiteit

„Het bodemleven heeft daar heel veel last van”, zegt Edwin Foekema. Hij is onderzoeker aan de Wageningen Universiteit, opgeleid in ecologie en milieuchemie. Bacteriën op de bodem voeden zich met deze zeesneeuw, maar laten de olie erin meestal links liggen. „De bacteriën gebruiken daarbij zuurstof, dus de bodemlaag ónder de sneeuw wordt heel zuurstofarm. De olie blijft heel lang liggen, omdat er geen zuurstof meer is voor bacteriën die olie afbreken. Het bodemleven kan erdoor sterven.”

Dat zou het meest dramatische scenario zijn geweest: volledige uitputting van zuurstof op de zeebodem en daaropvolgend het ontstaan van grote zuurstofloze dead zones. Maar dat bleef na Deepwater Horizon gelukkig uit, concludeerde een overzichtsstudie in 2016.

En weer blijkt Deepwater Horizon een leermoment: daarvoor hadden onderzoekers nooit goed naar het bodemleven gekeken na een olielek, zegt Foekema. „Normaal gesproken blijft olie drijven. En dus keek men alleen naar de oppervlakte: de stranden waar het aanspoelt en de vogels. Na Deepwater Horizon bleek dat de bodem wel degelijk beïnvloed wordt. En zeesneeuw werd later ook teruggevonden op locaties van eerdere olielekken.”

Stimuleren van afbraakroutes

Zo kent elk van de zes belangrijkste afbraak- of verspreidingsroutes nadelen, maar ook voordelen. Het is aan de mens om ze na een olieramp af te wegen: welke afbraakroutes moet je zien te beperken, en welke wil je stimuleren? Welke vorm van olie kan de meeste schade aanrichten aan de bodem, zee, lucht en land?

Zeesneeuw blijft lang op de bodem liggen, maar vogels hebben er weinig last van. Verdampte olie komt niet in de natuur terecht, maar is wel korte tijd gevaarlijk voor reddingswerkers – en de lucht vervuilt. En alleen de lichte olie verdampt, waardoor dikke en moeilijk op te ruimen drab overblijft. Als olie oplost in water, wordt de grote verstikkende olievlek wat kleiner, maar opgeloste olie is in grote hoeveelheden ook schadelijk voor het waterleven. Bacteriën breken olie daadwerkelijk gedeeltelijk af, meestal tot minder schadelijkere stoffen, maar het duurt lang. Bovendien introduceren bacteriën oliemoleculen in het ecosysteem, zodat uiteindelijk ook andere organismen aan de schadelijke stoffen worden blootgesteld.

Ook veranderen bij elke route de eigenschappen van olie. Soms op chemisch niveau: de moleculen veranderen, zoals bij foto-oxidatie. En soms fysisch: grote hoeveelheden olie gaan zich anders gedragen, zonder dat er chemische reacties plaatsvinden, zoals bij zeesneeuwvorming of verdamping.

Opruimacties

Tussen alle afbraak- en verspreidingsroutes ontstaat één groot samenspel. Hoe meer fotochemische reacties er plaatsvinden, hoe meer olie er oplost. Hoe meer olie oplost, hoe meer bacteriën het afbreken. Ook is er een soort „synergie” tussen foto-oxidatie en emulsievorming, zegt Ward: geoxideerde oliemoleculen vormen mengsels met water en sediment. „Deze residuen blijven decennia op stranden liggen.” Wie weet waar te zoeken, vindt in meerdere Amerikaanse staten nog vele teerballetjes terug op de stranden.

Het ontstaan van zeesneeuw bij Deepwater Horizon werd flink gestimuleerd door een veelbesproken en soms controversiële opruimmethode: het gebruik van dispergeermiddelen. Dat zijn zeepachtige chemicaliën die ervoor zorgen dat een gigantische olievlek zich opdeelt in kleinere druppeltjes. Zo krijgen bacteriën meer kans om dicht bij de oliedruppeltjes te komen en ze af te breken. En zo worden bijvoorbeeld vogels niet overspoeld door één grote zwarte olievlek.

Zodra we kunnen, leggen we een oliegeleidend scherm en een olie-absorberende worst neer

Dennis van der Veen Rijkswaterstaat

Maar ook bleek uit het Wageningse onderzoek dat de kleinere druppeltjes makkelijker met sediment binden en als zeesneeuw massaal de bodem bereiken. Bijna drie miljoen liter dispergeermiddel werd in de Golf van Mexico gebruikt. Het heeft ertoe geleid dat de Amerikaanse kust niet één grote zwarte vlek werd. De olie verspreidde zich naar de bodem. Wat is beter? Daarover bestaat nog altijd discussie.

Indien mogelijk, is het voorkomen van álle mogelijke afbraakroutes het beste, zegt Dennis van der Veen, hoofd incidentmanagement van Rijkswaterstaat. Het agentschap is verantwoordelijk voor de bestrijding van incidenten op wateren, inclusief olieverontreinigingen. Dat zijn kleinschalige olielekken die wekelijks plaatsvinden in bijvoorbeeld havengebieden, of soms grotere lekken.

„Onze strategie is erop gericht om zo snel mogelijk olie bij de bron in te dammen en te verwijderen”, zegt hij. „Zodra we kunnen, leggen we een oliegeleidend scherm en een olie-absorberende worst neer.” De geleidende schermen drijven op het water en hangen verticaal omlaag de zee in. De ‘worsten’ zijn een soort sponsen, die olie opnemen. Samen dammen ze een drijvende olievlek in met een diameter tot honderden meters groot. Vervolgens kunnen drijvende ‘stofzuigers’ olie aan boord van een boot pompen.

Dit ‘mechanisch verwijderen’ is de beste optie, omdat het voorkomt dat olie verdwijnt in de lucht, bodem, kust of ecosystemen. Maar er zijn grenzen aan de inzetbaarheid ervan: een absorberende worst is geen partij voor een gigantische olieramp als Deepwater Horizon. En sommige zware, stroperige olie is moeilijk op te pompen – helemaal olie die door zonlicht aangetast is. En het weer moet meezitten: bij een grote storm zal olie zich te snel verspreiden. Ook is het werk op schepen dan gevaarlijk.

Toch maak je met dispergeermiddelen het zeewater tijdelijk heel toxisch

Chris Reddy wetenschapper

Bovendien is soms het „middel erger dan de kwaal”, zegt Van der Veen. „Als je met heel veel zwaar materieel in kwetsbare kwelders beweegt, trap je de bodem in. Dan kan je beter de natuur zijn werk laten doen. De bacteriën die toch al aanwezig zijn, breken het dan af. Soms kan je dat proces versnellen door extra nutriënten toe te voegen.”

In 1982 zette Rijkswaterstaat nog dispergeermiddelen in, bij de zwaarste olieramp die Nederland heeft meegemaakt, na het lekslaan van de Griekse olietanker Katina voor de kust bij Hoek van Holland. Omdat de olie zo dik en stroperig was, werkten de pompinstallaties niet goed, staat te lezen in een oud rapport. De stroperigheid nam met de tijd alleen maar toe – door fotochemische reacties, doet kennis van nu vermoeden – maar met speciale pompinstallaties ging het nog. Pas toen het weer omsloeg, lukte het pompen niet meer, en werd 44.000 liter dispergeermiddel ingezet. In totaal was 85 procent van alle olie mechanisch op te ruimen, stelt het rapport, de rest spoelde aan op stranden.

In het decennium erna verschenen echter veel studies die de hoge toxiciteit aantonen van het gebruikte middel, Finasol OSR-2. Dat bleek zo te zijn voor verreweg de meeste ouderwetse dispergeermiddelen. Het gebruik werd verboden in Nederland.

Tijdelijk heel toxisch

„Tegenwoordig zijn de middelen zelf niet meer toxisch”, zegt Reddy. „Maar toch maak je met dispergeermiddelen het zeewater tijdelijk heel toxisch, omdat grote hoeveelheden olie tegelijk in zee oplossen. Vissen krijgen dat binnen.” Sinds 2006 staat de opruimmethode toch weer op het lijstje van mogelijkheden in Nederland, voor als het écht niet anders kan.

Bij de kleinschalige ongelukken waarmee Rijkswaterstaat wekelijks te maken heeft, zijn de zwaarste middelen nooit nodig. De absorberende worsten, geleidende schermen en stofzuigers volstaan om de meeste olie te verwijderen, maar een restje verdwijnt altijd in de omgeving.

Het wordt onderdeel van ‘chronische vervuiling’: kleine beetjes olie die elke dag weglekken, net als via auto-uitlaten op de weg. In totaal komt wereldwijd bijna 19 miljoen ton olie per jaar in wateren terecht, zo schatte het Amerikaanse overheidsinstituut van oceaanwetenschappen in oktober in een rapport. Dat is iets minder dan een half procent van het totale oliegebruik.

Het is onduidelijk hoe erg dat is: onderzoek naar de effecten van kleine maar constante vervuilingen over lange tijd is moeilijk. Bacteriën kunnen kleine hoeveelheden wel aan, en de zeeën zijn groot. Wel raken op lange termijn havengebieden sterker verontreinigd dan elders. Wanneer bacteriën, zonlicht en reddingswerkers hun werk hebben gedaan, is de achtergebleven olie slechts een fractie van de vele dagelijkse vervuilingen.