Metody remediacji zatopionej amunicji na świecie

Amunicja trafiała do mórz także w wyniku operacji wojskowych – spora jej ilość została uwolniona w wyniku wielu konfliktów morskich a także ćwiczeń. Taka amunicja definiowana jest jako niewybuchy – z angielskiego unexploded ordnance (UXO). Ale prawdopodobnie najwięcej materiałów wojskowych zostało celowo zrzucone do mórz i oceanów. Ta amunicja i materiały definiowane są jako amunicja porzucona – z angielskiego discarded military material (DMM). Przed 1975 rokiem, wyrzucanie amunicji, czy to konwencjonalnej czy chemicznej do morza było całkowicie legalne. W rezultacie, mamy kilkaset znanych miejsc zatapiania amunicji na całym świecie – i chyba w każdym możliwym morzu.

I co z tym wszystkim robić? Po pierwsze, potrzebna jest decyzja, która jest oczywiście dość skomplikowanym procesem – gdyby tak nie było, amunicja nie leżałaby w wodzie od 70 lat! Chyba…. Ale do tego wrócimy. Aby podjąć decyzję, należy oszacować ryzyko dla ludzi i środowiska, koszty oraz zyski. Szacowanie ryzyka bierze pod uwagę po pierwsze obiekty chronione – czy amunicja znajduje się w pobliżu jakichś inwestycji, miejsc atrakcyjnych turystycznie, szlaków żeglugowych lub łowisk. Jeśli tak, należy przeprowadzić poszukiwania i identyfikację. Musimy wiedzieć, czy mamy do czynienia z pojedyńczą bombą czy pociskiem, czy może jest ich wiele, albo rozrzuconych na dnie, albo przysypanych mułem. W większości wykorzystuje się do tego badania akustyczne – sonar boczny i echosondy wielowiązkowe pozwalają na stworzenie mapy dna

cf10f285c6b4f2940651002082f5fc66e10db1ff-647d0d7

Mapy dna wykonane sonarem bocznym (górna) i sondą wielowiązkową w rejonie Zatoki Kilońskiej (źródło: projekt DAIMON)

Następnie, za pomocą kamer należy zidentyfikować z jaką amunicją mamy do czynienia, i jaki jest jej stan, np. co do korozji. Kolejnym krokiem jest wpływ na środowisko – tu oceniane jest skażenie dna w pobliżu i stan zdrowia ekosystemu. Jak dotąd, każdy z tych kroków był oceniany przez specjalistę, a następnie na podstawie indywidualnych raportów formułowano wnioski końcowe.

Obecnie, projekt DAIMON opracował rozwiązanie oparte na sieciach neuronowych, które kontaktują się z bazą danych zawierającą informacje o obiektach i badania środowiskowe i na tej podstawie przedstawiają poziom ryzyka (www.daimonproject.com). Oprogramowanie to nazywa się Decision Support System (DSS) i jego wdrożenie planowane jest w październiku 2020.

Po podjęciu decyzji, następuje wybór działania. Oparty jest o kilka scenariuszy. Pierwszy z nich to…. Nie robić nic. Jeśli ryzyko nie występuje, to po cóż drążyć temat? No i ta opcja była jak na razie zwycięska – ludzkość nie zdawała sobie sprawy z zagrożenia, więc zakładano, że ryzyko jest znikome. Jeśli jednak ryzyko jest, ale zagrożenie może pojawić się za jakiś czas – do głosu dochodzi druga opcja – monitoring. Trzeba co jakiś czas sprawdzać poziom zagrożenia, aby wiedzieć czy rośnie czy maleje. To podejście jak dotąd nie było stosowane jeśli chodzi o amunicję chemiczną, ale właśnie dochodzi do zmiany. W nowym projekcie aktualizacji programu monitoringu wód morskich, Główny Inspektor Ochrony Środowiska zaproponował poszerzenie badań nad stanem wód Bałtyku o substancje pochodzące z zatopionej amunicji. Jest to chyba pierwsze takie działanie na świecie – systematyczne badania nie były jeszcze nigdzie prowadzone w zorganizowany sposób.

A co jeśli ryzyko rośnie, lub już obecnie jest wysokie? Zależy to od tego, czy wynika ono z działalności człowieka, której da się uniknąć, czy z procesów naturalnych. W pierwszym przypadku dany obszar morza może być zamknięty dla niektórych rodzajów działalności komercyjnej – na przykład objęty zakazem połowów. W drugim przypadku jedynym wyjściem jest remediacja – czyli pozbycie się zagrożenia.

W niniejszym artykule chciałbym omówić dostępne opcje takiej właśnie remediacji.

Neutralizacja in situ

Wiercenie
Jedną ze strategii remediacji chemicznej jest tzw. Drilling approach, czyli metoda wiercenia. Polega ona na wywierceniu niewielkiej dziury w obudowie pocisku lub bomby i odessaniu toksycznej zawartości – jak wypicie napoju przez słomkę. Jako że BST w większości były płynne lub półpłynne, taka strategia ma szansę powodzenia. Trwają także próby zastosowania tej metody do materiałów stałych, takich jak materiały wybuchowe. W tym przypadku używa się noży wodnych (water jets), będących po prostu cienkim strumieniem wody pod olbrzymim ciśnieniem do rozdrobnienia materiału na cząstki na tyle małe, by mogły być wyssane przez przysłowiową słomkę. Nóż wodny jest potężnym narzędziem – wystarczy przypomnieć sobie sceny z filmów, gdzie urwany nit wypada z kadłuba łodzi podwodnej, a cienki strumień wody uderza z siłą zdolną ucinać ręce marynarzom. Takie przypadki naprawdę miały miejsce. Teraz wyobraźmy sobie, że „ostrze” noża wodnego uderza nie z siłą 20 atmosfer (tyle jest na 200m), a 200! Jest to siła, która może wręcz rozpylić materiał wybuchowy, jednocześnie nie wywołując iskrzenia czy wzrostu temperatury.

Separacja
Amunicja na dnie jest groźna z dwóch powodów – po pierwsze działalność człowieka może prowadzić do przypadkowej detonacji lub skażenia sprzętu i ludzi. Po drugie, korozja obudów prowadzi do uwalniania toksycznych substancji do wody naddennej i może mieć negatywny wpływ na organizmy morskie. A gdyby tak odseparować amunicję od ludzi i zwierząt morskich? Takie podejście nazywa się separacją, i realizowane jest za pomocą przykrywania amunicji jakimś nieprzepuszczalnym materiałem. Jest to z reguły cement, piasek lub amorficzna krzemionka. Zastosowano to np. na Morzu Czarnym, gdzie post sowieckie zrzuty amunicji chemicznej zabetonowano. Ale nie jest to metoda szczególnie popularna. Na skutek prądów morskich, ruchów dna czy działalności człowieka „pokrywy” mogą zostać naruszone lub ulec erozji. Nie załatwia to więc problemu na zawsze. Aby zapewnić szczelność i długotrwałość takiego rozwiązania, trzeba tego doglądać, co wiąże się z długotrwałym finansowaniem, no i oczywiście z wyłączeniem takiego kawałka dna z normalnego użytkowania…

Hydroliza
Wariacją na temat obydwu poprzednich metod jest hydroliza. Zarówno BST jak i materiały wybuchowe to przecież związki chemiczne. Można by je metodami chemicznymi zneutralizować – i to na dnie morza. Wystarczy przysypać miejsce zrzutu odpowiednimi chemikaliami i odseparować, tak jak w poprzedniej metodzie. Albo przykryć miejsce zrzutu kopułą i napuścić tam chemikaliów. Brzmi jak science fiction? Słusznie, bo ten pomysł funkcjonuje na razie jedynie w książkach. Został on sformalizowany w książce „strategie utylizacji amunicji chemicznej” w 199r, i nigdy nie wyszedł poza karty tej książki. Jest on po prostu zbyt niebezpieczny dla środowiska.

Detonacja in situ
Jeśli mamy bombę, można sprowadzić sapera, który ją bezpiecznie wysadzi – to się sprawdza na lądzie. Na morzu ta metoda też jest stosowana, aczkolwiek wiąże się z wieloma efektami ubocznymi. Najpopularniejszym wariantem jest detonacja przy użyciu ładunku odpalającego (z ang. Donor chargé) – ładunek zostaje umieszczony na amunicji do zniszczenia, a jego wybuch odpala materiał wewnątrz tego, czego chcemy się pozbyć. I następuje naprawdę spektakularne BUM. Wszyscy słyszeli o łowieniu ryb dynamitem. Woda jest nieściśliwa, więc fala uderzeniowa jest potworna i podróżuje pod wodą dość daleko. Ryby z okolicy zostaną zabite, do wody wzbije się chmura osadów… Czego brakuje w tym obrazku? Na przykład ssaków morskich. Morświny i foki, a poza Bałtykiem także i delfiny i wieloryby, mają naprawdę czuły słuch. Taka detonacja może uszkodzić go nieodwracalnie, nawet kilkanaście kilometrów dalej. Dlatego też stosuje się kilka metod mających osłabić hałas. Po pierwsze – ładunki odstraszające. Niewielkie petardy wrzucane do wody przed główną detonacją mają odstraszyć ryby z okolicy (swoją drogą, wyobraźmy sobie jak czują się małże – już wiedzą, że mają uciekać, ale nie wiedzą jak…). Po drugie – kurtyny bąbelkowe. Jest to rozkładany wokół bomby, czy innej amunicji do zniszczenia, perforowany wąż, przez który tłoczy się powietrze. Coś jak giga napowietrzacz do akwarium. Otacza to strefę wybuchu masą bąbelków – częściowo tłumi ona rozchodzący się dźwięk i falę uderzeniową. Czy to załatwia sprawę? Do pewnego stopnia. Bo oprócz hałasu mamy jeszcze jeden problem. Detonacja nigdy nie jest całkowita Niedopalone resztki materiału wybuchowego rozrzucane są po dnie i uwalniane do wody. Tak więc skażenie częściowo pozostaje…

Wydobycie i utylizacja
Ta metoda jest obecnie najbardziej obiecująca, gdyż wydaje się następcą detonacji in situ – ale niestety, niesie za sobą szereg trudności i zagrożeń, których jeszcze nie rozwiązano.

Zacznijmy od pierwszego etapu – wydobycia.

Wydobycie amunicji z dna morza jest operacją wysokiego ryzyka. Czy amunicja jest konwencjonalna czy chemiczna – zawsze istnieje obawa uszkodzenia mechanicznego. Może to spowodować wyciek lub nawet wybuch. Wyciek jest zwłaszcza groźny w przypadku amunicji chemicznej, ponieważ BST mają długotrwały, negatywny wpływ na środowisko. Istnieje też zagrożenie dla ludzi zaangażowanych w wydobycie. Jeśli amunicję podejmują nurkowie, wzrasta ryzyko przypadkowej detonacji amunicji. Jest to związane m.in. z widocznością – amunicja, po latach na dnie może być częściowo przysypana osadem lub porośnięta organizmami – zaś na dnie morza pracować trzeba przy sztucznym oświetleniu (chyba, że woda jest naprawdę płytka), a zawiesina wzbijająca się przy każdym ruchu odbija światło i dodatkowo ogranicza widoczność. Na Bałtyku mamy jeszcze jeden problem – poniżej 60m ciągle pada śnieg… Naprawdę! Jest to tak zwany śnieg morski (z ang. Marine Snow) – powstający się ze sklejania drobin zawiesiny w większe płatki, na styku powierzchniowej, słodszej i cieplejszej wody z głęboką – zimną i bardziej słoną. Opadają one powoli na dno, a woda oświetlona podwodną lampą przypomina wtedy jazdę na długich światłach w śnieżycy. W takich warunkach rozbrojenie amunicji i jej bezpieczne wydobycie bez uszkodzenia jest mocno problematyczne.

Czy da się te trudności jakoś ominąć? W zasadzie tak, ale jesteśmy na razie na początku drogi. Po pierwsze, w celu uniknięcia rozpadu/wycieku czy detonacji wymyślono ładowanie amunicji już na dnie w szczelne pojemniki – z ang.. Overpack. Metodę te zastosowano m.in. w Japonii, przy wydobyciu amunicji chemicznej z portu Kanda na początku 21 wieku. Po drugie – zastępując nurków robotami. Unikamy w ten sposób zagrożenia ludzi na dnie, no i robot jest w stanie przebywać na dnie znacznie dłużej, więc nie musi się spieszyć. Ale jak to rozwiązuje problemy z widocznością?

Tu muszę na chwilę przerwać narrację i wyjaśnić czym jest robot podwodny, a dokładniej zdalnie sterowany pojazd podwodny (ROV – Remotely Operated Vehicle). To nie humanoidalny twór podobny do C3PO z Gwiezdnych Wojen, czy corocznie pokazywanych w sezonie ogórkowym w TV kolejnych generacji sztucznych kelnerów czy recepcjonistek. Słowo „pojazd” bardziej oddaje sprawę. To miniaturowa łódź podwodna, z reguły zbudowana na prostopadłościennej ramie, wyposażona w kamery, manipulatory i pędniki, sterowana i zasilana kablem z powierzchni.

989b47462b3d95145a533bd0f47fda74b8a951a1-b556615

Otóż robota można wyposażyć nie tylko w kamerę wizyjną – istnieją także kamery akustyczne. To tak naprawdę sonary wielkiej częstotliwości (2250 kHz), wysyłające kilkaset wiązek ultradźwięków na sekundę, i skanujących otoczenie przed sobą jak laser w filmie science fiction. Obraz z nich wygląda nieco jak USG u lekarza, ale pozwala na uzyskanie naprawdę ostrego obrazu nawet w odległości 10m, a nieco gorszego i do 100m. To się może wydawać niewiele na powietrzu, ale w wodzie, i to mętnej? Widoczność z reguły nie przekracza 2m, a tam, gdzie pada „śnieg morski”, potrafi spaść do 20cm!

165a5bc474861717f4cf82838480425bad62aef8-cd79eea

Tak więc, odpowiednio wyposażony robot mógłby bezpiecznie i efektywniej od nurków zapakować i wydobyć zatopioną amunicję. Jest to rozwiązanie nieomal w zasięgu ręki – kilka lat temu koncept i prototypy takich robotów zostały przedstawione na konferencji International Dialogue for Underwater Munitions, zaś obecnie nad kompeksowym rozwiązaniem pracuje polska firma Geofusion (o czym szerzej za chwilę).

Przechodzimy zatem do etapu drugiego – zniszczenia wydobytych obiektów.

Techniki niszczenia amunicji na lądzie można podzielić na chemiczną neutralizację, Otwartą detonację/spalanie i zamkniętą detonację/spalanie. W związku z tym, że mogą być one używane również do amunicji lądowej, zostały one dość dobrze opanowane i są dostępne w wielu krajach

Techniki chemicznej neutralizacji polegają na cięciu amunicji nożem wodnym, wypłukania zawartości i jej mineralizacji (czyli zamienieniu na jak najprostsze związki) – czy to silnymi kwasami czy innymi agresywnymi chemikaliami. Wadami tego procesu jest spora ilość odpadów chemicznych do zagospodarowania, oraz niebezpieczeństwo związane z cięciem i otwieraniem amunicji, a także jej specyfika – metody takie są zoptymalizowane do jednego typu BST. Niemniej jednak, są przykłady stosowania tych metod z sukcesami. W Tarnowskich zakładach azotowych, za pomocą redukcji kwasem fosforowym, zutylizowano 10 ton pozostałego z czasów wojny adamsytu (ten związek również leży na dnie Bałtyku), zaś toksyczny arsen powstający jako najbardziej groźny z odpadów użyto w hutach szkła. Instalacje do chemicznej neutralizacji Iperytu są między innymi w USA, gdzie używa się stężonych zasad i utleniania wodą nadkrytyczną

Technika otwartego spalania/detonacji są już pieśnią przeszłości – były one używane w okresie międzywojennym i tuż po wojnie, między innymi w Belgii, Francji, Szwecji i USA – ale miały bardzo negatywny wpływ na środowisko. W pobliżu pól bitew pierwszej wojny, pod Ypres w Belgii, w miejscach gdzie wypalano amunicję chemiczną, skażenie gleby jest tak wielkie, że do dziś nic tam nie rośnie.

Technika zamkniętego spalania/detonacji jest obecnie uznawana za jedną z bardziej przyjaznych środowisku. Jednym z jej wariantów jest komora detonacji statycznej (Static detonation chamber, SDC). Komory takie to szczelne pojemniki , w których amunicja doprowadzana jest do wybuchu lub wypalenia za pomocą wysokiej temperatury. Przykładem takiej instalacji jest komora w Munster (Niemcy), gdzie m.in. niszczono broń chemiczną z rejonów Libii i Syrii. Amunicja jest w tym systemie przenoszona z overpacków do kartonowych pudeł, i transportowana zdalnie sterowanym taśmociągiem do odpornej na wybuchy komory. Komora podgrzewana jest elektrycznie do temperatury zapłonu amunicji. Po detonacji lub spaleniu powstające gazy transportowane są do systemu wysokowydajnych filtrów, które zatrzymują szkodliwe substancje. Całość instalacji w Munster ma rozmiary całkiem sporej fabryki, której większą część zajmują właśnie filtry.

5c7d2b8882b60451c5be5e3468e1ce5b3b8c6978-988093f

Komora SD 1500 do neutralizacji amunicji konwencjonalnej (po prawej) i komora SDC 1200 do neutralizacji amunicji chemicznej (po lewej) (źródło: Dynasafe)

Innym wariantem metody zamkniętej detonacji jest komora kontrolowanej detonacji (Controlled detonation chamber, CDC). W tym przypadku amunicja umieszczana jest w odpornej na wybuch komorze, i odpalana ładunkiem wyzwalającym. Rozpraszające się gazy są kierowane potężnymi rurami na podobny jak w SDC system filtrów. Przykładem takiej instalacje jest np. japoński DAVINCH. Jest to obecnie jeden z najbardziej kompaktowych systemów niszczenia amunicji – mieści się zaledwie w kilku kontenerach. Początkowo także przypominał fabrykę, jednak okoliczności zmusiły wynalazców do miniaturyzacji. System ten był używany do niszczenia amunicji chemicznej zatopionej w porcie Kanda, w Japonii. Przepisy dotyczące transportu broni chemicznej są tam tak surowe, że każdorazowe przewiezienie wyłowionej amunicji do instalacji niszczącej było logistycznym koszmarem – włączając w to ewakuację ludności z domów w pobliżu trasy przejazdu. Po kilku takich wypadkach, firma odpowiedzialna za niszczenie zdecydowała się na miniaturyzację systemu i umieszczenie go na terenie portu. Doprowadziło to przy okazji do stworzenia instalacji mobilnej, którą można zapakować w kontenery i przewieźć na kolejne miejsce. W tej chwili, ta akurat komora używana jest do niszczenia starej japońskiej broni chemicznej na terenie Chin. Operacja ta finansowana jest w całości przez japoński rząd.

ebdc99b17c408f4ef6f8aefbda41841691fe30e5-8da7d52

Komora CDC w wersji mobilnej (źródło Masahiko Sugimoto, Kobe Steel LTD, CWD2014 Conference, London)

Zintegrowany system wyciągania i niszczenia amunicji chemicznej jest w tej chwili opracowywany przez wspomnianą wcześniej polską firmę Geofusion. Zakłada on wysokie zautomatyzowanie systemu i sporą miniaturyzację. W skrócie, oparty jest on o pakowanie amunicji pod wodą do overpacków przez roboty podwodne i instalację przypominającą metodę in-situ z programu ROBEMM, wspomnianą wcześniej, na statku w miejscu wyciągania. Pojemniki z amunicją po wyciągnięciu byłyby transportowane za pomocą automatycznych podajników do instalacji, gdzie najpierw prześwietlano by obiekty aby ustalić czy amunicja jest chemiczna czy konwencjonalna, następnie rozbrajano za pomocą noży wodnych i za pomocą tych samych noży rozdrabniano wypełnienie. Rozdrobniony materiał byłby rozpuszczany i wtryskiwany do reaktora plazmowego. Tam, kilka plazmowych palników, wytwarzających temperaturę blisko 20 000 °C rozbijałoby płyn na atomy. Oczywiście powstające gazy wyłapywane byłyby przez system filtrów. Jest to obiecujący system, ze względu na jego zautomatyzowanie – umożliwi to zmniejszenie ryzyka dla obsługi i zwiększy przepustowość systemu.

Podsumowanie

Podsumowując, metody remediacji zatopionej amunicji na świecie, obejmują cały wachlarz opcji administracyjnych i technologicznych. Ich zastosowanie jednak, zwłaszcza w stosunku do amunicji chemicznej jest w skali świata niewielkie. Wiąże się to zarówno z wysokimi kosztami i ryzykiem środowiskowym, jak i stosunkowo niedawnym pojawieniem się wiedzy o zagrożeniach związanych z zatopioną amunicją. Nie zapominajmy też o fakcie, że do niedawna dno morskie nie było postrzegane jako atrakcyjny zasób. Dopiero w dwudziestym pierwszym wieku zaczęły się coraz poważniejsze inwestycje morskie – jak np. energetyka wiatrowa czy coraz szersze stosowanie kabli i rurociągów podmorskich. Kolejnym aspektem są trudności technologiczne. Nie wystarczy fakt, że technologia istnieje i została przetestowana w jakimś zakątku świata. Różne rejony mórz i oceanów charakteryzują się specyficznymi trudnościami, więc to co zadziała np. na Morzu Czarnym nie zda egzaminu na Bałtyku bez gruntownych przygotowań. Dlatego też przygotowania do remediacji muszą się wiązać z badaniami środowiskowymi, studium przypadku i testem technologii. Obecna sytuacja międzynarodowa wydaje się chylić w tym kierunku, ale długotrwałość tych procesów sprawia, że nie zobaczymy raczej wielkich akcji remediacyjnych w perspektywie kilku lat.

Być może rozwiązaniem jest metoda hybrydowa, opracowywana obecnie przez polską firmę Grupa Geofusion. Bazuje ona na połączeniu metody chemicznej neutralizacji i wypalania w zamkniętej komorze. To unikalne połączenie bazuje na rozpuszczaniu zawartości amunicji, i spalaniu w reaktorze plazmowym powstałego roztworu. Pozwala to na tak znaczną miniaturyzację instalacji, że może być ona podłączana bezpośrednio do wydobytego z morza overpacka na pokładzie statku. Jest to osiągnięte kosztem wydajności, ale sprawia, że może być to rozwiązaniem dla likwidacji pojedynczych sztuk amunicji chemicznej rozproszonej na dnie Bałtyku.

Autor tekstu: prof. J. Bełdowski

Artykuł powstał w ramach projektu NCBiR nr POIR.01.01.01-00-0540/19

Zespół Grupy Geofusion Sp.z o.o. od ponad 13 lat jest gwarantem tworzenia bezpiecznej przestrzeni do rozwoju biznesu. Wykorzystując wiedzę, zasoby oraz doświadczenie naszych spółek partnerskich, dostarczamy kompleksowy pakiet usług, związany z szeroko rozumianymi badaniami gruntu. Dowodem naszego profesjonalizmu jest obszerne portfolio zawierające realizacje współpracy w zakresie prac terenowych ze szczególnym uwzględnieniem prac saperskich, zarówno lądowych, jak i w akwenach wodnych. Posiadamy również doświadczenie w projektach związanych z geologią oraz geofizyką. Aktualnym celem, na który szczególnie stawiamy w procesie rozwoju naszej grupy, jest obszar podwodnych prac saperskich. Dotychczas wykonane projekty stawiają nas na pierwszym miejscu w Europie wśród podmiotów prywatnych zajmujących się tego typu działalnością. Grupa Geofusion Sp. z o.o. z powodzeniem zajmuje się powyżej opisanymi działaniami współpracując z jednostkami rządowymi, jak i wykonując badania na własne potrzeby.

Zapraszamy do zapoznania się z ofertą oraz publikacjami naukowymi.
Kontakt telefoniczny 698 927 874
www.grupageofusion.pl
www.bronchemiczna.pl