作者：Tracy Staedter

編譯：小蠶

校對：卷卷

在美國，每年有超過34萬千米的石油和天然氣管道用于運輸160億桶左右的原油、精煉石油及液化天然氣。此外，還有長達數(shù)千千米的管道蜿蜒于海底。 這些管道一旦破裂，無論從商業(yè)還是環(huán)境角度來看，代價都是慘重的。

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比如人類工業(yè)史上最大的石油泄漏事故、美國歷史上最嚴(yán)重的環(huán)境和生態(tài)災(zāi)難——2010年4月 墨西哥灣原油泄漏事件 ，造成至少56萬噸原油流入墨西哥灣。污染導(dǎo)致墨西哥灣沿岸1600千米的濕地和海灘被毀，漁業(yè)受損，浮油及沉到海底的油污大面積威脅動植物安全，嚴(yán)重影響海洋生態(tài)平衡。

因此，采用可靠的方法來監(jiān)測這個龐大網(wǎng)絡(luò)的油氣泄漏，無疑至關(guān)重要。

監(jiān)控方式多樣，事故依 舊頻發(fā)

目前，在美國，管道操作員采用多種方式監(jiān)控基礎(chǔ)管道設(shè)施。比如雇傭技術(shù)人員巡視管道，利用手持式感應(yīng)器尋找從極其細(xì)微的裂縫中釋放的天然氣；或者利用配有激光或紅外線攝像頭的無人機、飛機或直升機在空中掃描整個管道網(wǎng)絡(luò)；又或向管道里放置“聰明的小豬”——一個圓柱形、載有傳感器的機器，用于檢查整個管道的內(nèi)部情況。

然而，盡管如此，事故依舊頻發(fā)。

據(jù)管道和有害物質(zhì)安全署的統(tǒng)計，在1998年至2017年間，美國本土一共發(fā)生了超過11700起石油和天然氣管道事故，導(dǎo)致超過70億美元的商業(yè)虧損，并造成1296人受傷和334人死亡。因此，開發(fā)一種可靠、有效的監(jiān)控方式迫在眉睫。

吃掉碳?xì)浠衔锏募?xì)菌傳感器

致力于解決此項問題的科學(xué)家們注意到有一些自然生長在土壤和海洋中的微生物可以吞噬某些碳?xì)浠衔铮热缂淄椤⒁彝椤⒍⊥椤⒈楹臀焱椤＿@些微生物的菌落能夠在墨西哥灣原油泄漏事件中英國石油公司的馬孔多油井里泄漏的石油中茂盛繁殖。其實攝取化學(xué)物質(zhì)并產(chǎn)生電子作為副產(chǎn)物的微生物已經(jīng)被科研人員研究得很透徹，比如從廢水中除去污染物并同時產(chǎn)生電流的微生物燃料電池。

來自密西西比州立大學(xué)的環(huán)境工程師維拉·納內(nèi)什沃·古德（Veera Gnaneswar Gude）解釋說： “某些微生物能夠降解或吃掉污染物，并在此過程中產(chǎn)生一定的電壓”。 

古德和他的團隊希望可以利用這些微生物與生俱來的本領(lǐng)，將他們包裝成傳感器。
傳感器長約幾厘米，附著在管道外部。 它們能夠探測泄漏的碳?xì)浠衔铮⑾虮O(jiān)測人員發(fā)送無線警報信號。 而更大版本的、長達數(shù)米的傳感器，則會用來幫助泄漏后的清理工作。

傳感器示意圖。圖片來源：pixabay.com

據(jù)古德介紹，這些依附在管道外部的細(xì)菌傳感器可以與現(xiàn)有的設(shè)備協(xié)同工作，優(yōu)化儀器檢測和反應(yīng)時間，并減少從管道中泄漏并污染環(huán)境的石油和天然氣的數(shù)量。

工作似微生物電池

古德的新傳感器工作時就像一塊以生活在海水和海洋沉積物里的微生物為基礎(chǔ)的電池。它一側(cè)的陽極由含有一定濃度、嗜食碳?xì)浠衔锏奈⑸锒嗫啄ぶ瞥伞．?dāng)碳?xì)浠衔锓肿油ㄟ^該膜，微生物便會吃掉它們。接著電子穿過調(diào)節(jié)和測量電子流的電阻器，不斷移向陰極。這樣， 陰極里面嗜食電子的細(xì)菌菌落便可以美美地飽餐一頓了。

細(xì)菌示意圖。圖片來源：pixabay.com

正常情況下，沒有發(fā)生泄漏的時候，這些微生物以水或土壤里的有機化合物為食。假如油氣泄漏，它們發(fā)現(xiàn)了碳?xì)浠衔锏镊吟咽⒀纾陨泶x便會加劇，從而引起電子數(shù)量激增。這個變化的高峰可以被電阻器或陰極里面極其微小的電路所捕獲。 一旦峰值超過了閾值，傳感器便會發(fā)射一段無線信號通知技術(shù)人員。

可靠性仍有局限

馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋研究所的資深科學(xué)家克里斯特·雷迪（Christ Reddy）高度評價了此項研究，在他看來利用細(xì)菌作為依附在油管外部的傳感器是一個很聰明的想法。他說： “細(xì)菌是非常能干的微生物降解器” ，“研究者面對的是一項有趣的挑戰(zhàn)”，“如果他們能成功，那實在太棒了！”

但同時他也提醒，有時候細(xì)菌可能會停止對碳?xì)浠衔锏臄z取。雷迪解釋：“這就像一頓自助餐。細(xì)菌挑的盡是肥碩的蝦和頂級肋排。 但倘若食物難以攝取或者不那么可口的話，它們很可能選擇不吃，停止進食”。 這樣一來，人們便很難完全依賴細(xì)菌來從事這項特殊的監(jiān)測任務(wù)。

展望 盡管有瑕疵，細(xì)菌傳感器仍不失為一種令人期待的新型監(jiān)測工具。古德在今年3月18號新奧爾良的一場美國化學(xué)協(xié)會的會議中做了關(guān)于傳感器研究的報告。


古德表示，他們的目標(biāo)是開發(fā)一種可以為監(jiān)測油氣泄漏提供整體方案的傳感器。這樣的傳感器既可以用于管道，也可用于油輪、卡車和儲油罐。而最終，他們希望開發(fā)一個更大的系統(tǒng)來吞噬泄漏物，以減輕污染后的清理工作。
 

所以， 能 夠吃掉碳?xì)浠衔锏募?xì)菌傳感器，小可監(jiān)測油氣泄漏，大可清理污染物。 非常希望它能早日面世，造福人類，保護地球。

 

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題圖來源： pixabay

翻譯來源：insightscience.org, Bacteria-Based Sensor Could Detect Oil and Gas Leaks

AIP | Insight Science

https://www.insidescience.org

美國物理聯(lián)合會張錚錚供稿

 

 

油氣泄漏怎么辦？讓細(xì)菌來吃掉！

圖文簡介

石油運輸中的碳?xì)浠衔锏募?xì)菌傳感器