Μια ερευνητική ομάδα με Έλληνες επιστήμονες κατάφερε να αναπαραστήσει με ακρίβεια την εξάπλωση επικίνδυνων αερίων κατά τη διάρκεια πραγματικού βιομηχανικού ατυχήματος, χρησιμοποιώντας προηγμένα υπολογιστικά μοντέλα. Τα αποτελέσματα ανοίγουν νέους δρόμους για την πρόληψη και τη διαχείριση κρίσεων σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις.
Σε μια εποχή που οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις γίνονται ολοένα και πιο σύνθετες, τα ατυχήματα με διαρροή τοξικών ουσιών παραμένουν ένας από τους μεγαλύτερους φόβους τόσο για τις τοπικές κοινωνίες όσο και για τις αρχές πολιτικής προστασίας. Η ιστορία έχει καταγράψει πολλά δυστυχήματα, από τη Σεβέζο της Ιταλίας μέχρι το Μποπάλ της Ινδίας, που άφησαν ανεξίτηλα σημάδια με ανθρώπινες απώλειες και καταστροφικές περιβαλλοντικές συνέπειες.
Ωστόσο, η επιστήμη δεν μένει απαθής. Μια πρόσφατη μελέτη, στην οποία συμμετείχαν Έλληνες ερευνητές από το Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Ερευνών του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και το Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, έδειξε πώς τα υπολογιστικά μοντέλα προσομοίωσης μπορούν να «ξαναζωντανέψουν» ένα πραγματικό ατύχημα και να βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών διασποράς επικίνδυνων αερίων.
Το σενάριο – Ένα ατύχημα με χλωριούχο βινύλιο
Η μελέτη επικεντρώθηκε σε βιομηχανικό ατύχημα που συνέβη σε εργοστάσιο παραγωγής χλωριούχου βινυλίου (VCM), μιας ουσίας που χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή πλαστικών, αλλά είναι ταυτόχρονα εξαιρετικά τοξική, εύφλεκτη και καρκινογόνα. Κατά τη διάρκεια του συμβάντος, περίπου 900 κιλά VCM απελευθερώθηκαν στην ατμόσφαιρα μέσα από πέντε ανοίγματα ενός κτιρίου, σε διάρκεια μόλις 48 λεπτών.
Η ουσία διέφυγε ως αέριο, αφού είχε προηγουμένως εξατμιστεί από υγρές λίμνες μέσα στο εργοστάσιο. Οι μετεωρολογικές συνθήκες την ώρα εκείνη παρουσίαζαν αβεβαιότητες, καθώς η κατεύθυνση του ανέμου κυμαινόταν μεταξύ 25° και 90°, γεγονός που καθιστούσε τη συμβατική ανάλυση εξαιρετικά δύσκολη.
Εικόνα 1. Η δύναμη της Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD) στην υπηρεσία της βιομηχανικής ασφάλειας: Ψηφιακή τρισδιάστατη αναπαράσταση της διασποράς επικίνδυνων αερίων με τον κώδικα ADREA-HF, σε σύγκριση με πραγματικό περιστατικό.
Η τεχνολογία που «βλέπει» τον άνεμο και το δηλητήριο
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα ισχυρό υπολογιστικό εργαλείο που λέγεται CFD-RANS (Προσομοίωση με βάση τις εξισώσεις Navier-Stokes). Πρόκειται για ένα σύστημα που λύνει μαθηματικές εξισώσεις της ροής του αέρα και της διάχυσης των ρύπων, λαμβάνοντας υπόψη κάθε εμπόδιο, όπως κτίρια, δεξαμενές και άλλες κατασκευές του εργοστασίου.
Για την ακρίβεια, οι επιστήμονες «έχτισαν» ένα τρισδιάστατο ψηφιακό μοντέλο ολόκληρης της εγκατάστασης, με 71 κτίρια και εκατοντάδες χιλιάδες υπολογιστικά κελιά. Στη συνέχεια, προσομοίωσαν τρία διαφορετικά σενάρια κατεύθυνσης ανέμου (30°, 60° και 90°), για να εξετάσουν πώς η αβεβαιότητα στις μετεωρολογικές συνθήκες επηρεάζει τη διασπορά του αερίου.
Η επαλήθευση με τις πραγματικές μετρήσεις
Το εργοστάσιο διέθετε σύστημα παρακολούθησης με αισθητήρες μέτρησης συγκέντρωσης VCM. Οι ερευνητές συνέκριναν τις προβλέψεις του μοντέλου τους με τις πραγματικές μετρήσεις. Το αποτέλεσμα; Το μοντέλο κατάφερε να προβλέψει με αξιοσημείωτη ακρίβεια τις συγκεντρώσεις του τοξικού αερίου, ειδικά κοντά στα σημεία διαρροής.
Πιο συγκεκριμένα, η προσομοίωση ταίριαξε καλύτερα με τις μετρήσεις όταν ο άνεμος τέθηκε στις 60°, ενώ για κάποιους αισθητήρες, η απόκλιση λίγων μοιρών στην κατεύθυνση μπορούσε να οδηγήσει σε υποεκτίμηση των συγκεντρώσεων ακόμα και κατά τάξεις μεγέθους. Αυτό δείχνει πόσο σημαντική είναι η ακριβής πρόγνωση του καιρού σε μια βιομηχανική περιοχή.
Γιατί έχει σημασία για εμάς
Η συγκεκριμένη έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο διεθνές περιοδικό Journal of Loss Prevention in the Process Industries, έχει πολλαπλά οφέλη:
1. Ενισχύει την ασφάλεια των εργαζομένων και των κατοίκων γύρω από βιομηχανικές μονάδες, καθώς επιτρέπει την εκτίμηση της έκτασης ενός τοξικού νέφους.
2. Βοηθά στον σχεδιασμό σχεδίων έκτακτης ανάγκης, δείχνοντας ποιες περιοχές πρέπει να εκκενωθούν και πότε.
3. Μπορεί να αξιοποιηθεί σε πραγματικό χρόνο, ακόμα και κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος, εάν συνδυαστεί με μετρητικά δεδομένα.
4. Μειώνει το κόστος των δοκιμών, αφού αντί για επικίνδυνα πειράματα πεδίου, οι προσομοιώσεις γίνονται σε υπολογιστές.
Ο ρόλος της ελληνικής επιστημονικής κοινότητας
Η συμμετοχή Ελλήνων ερευνητών σε αυτή τη δουλειά δεν είναι τυχαία. Οι Ευρωπαϊκοί μηχανισμοί, όπως το πρόγραμμα COST ES1006, στο οποίο εντάσσεται η μελέτη, επιτρέπουν τη συνεργασία επιστημόνων από διάφορες χώρες για την αντιμετώπιση κοινών προκλήσεων. Το ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και το Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας πρωταγωνιστούν σε τέτοιες διεθνείς δράσεις, αναδεικνύοντας την ελληνική ερευνητική ικανότητα.
Το μέλλον – Προς ακόμα πιο ακριβείς προσομοιώσεις
Παρά την επιτυχία της μεθόδου, οι ερευνητές σημειώνουν ότι η αβεβαιότητα παραμένει, ειδικά όταν δεν υπάρχουν επαρκή μετεωρολογικά δεδομένα. Γι’ αυτό, η επόμενη πρόκληση είναι η σύγκριση της μεθόδου RANS με πιο εξελιγμένα μοντέλα (LES – Large Eddy Simulation), που απαιτούν ακόμα μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ αλλά υπόσχονται λεπτομερέστερη απεικόνιση της τυρβώδους ροής.
Μια επένδυση στη ζωή
Η πρόληψη και η ετοιμότητα είναι τα πιο ισχυρά όπλα απέναντι σε βιομηχανικά ατυχήματα. Όπως έδειξε η μελέτη, η αξιοποίηση της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής μπορεί να σώσει ζωές, να προστατεύσει το περιβάλλον και να θωρακίσει τις κοινωνίες απέναντι σε απρόβλεπτους κινδύνους.
Το ερώτημα δεν είναι αν θα ξανασυμβεί ένα ατύχημα, αλλά αν θα είμαστε έτοιμοι να το αντιμετωπίσουμε. Η ελληνική επιστημονική κοινότητα δείχνει ότι είναι.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε το 2017 και πραγματοποιήθηκε με τη συμμετοχή του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας. Οι προσομοιώσεις έγιναν με τον κώδικα ADREA-HF, που αναπτύχθηκε από την ελληνική ερευνητική ομάδα.
Αναφορές
Efthimiou G.C., Andronopoulos S., Tavares R., Bartzis J.G. 2017. CFD-RANS prediction of the dispersion of a hazardous airborne material released during a real accident in an industrial environment, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 46, 23-36.
Γιώργος Ευθυμίου, Διδάκτωρ Μηχανολόγος Μηχανικός – Ανώτερος Ερευνητής
