Microscale interaction of oil with sea ice for detection and environmental risk management in sustainable operations (MOSIDEO)

Havis gir store utfordringer med hensyn på planlegging, utvikling og produksjon i islagte farvann og Arktis. Å utvikle nye teknologiske løsninger for bærekraftige offshore operasjoner stiller store krav til bedre forståelse av samspillet mellom olje og havis, transportprosesser og deteksjon av olje i havis. MOSIDEO er et forskningsprosjekt som omhandler den grunnleggende forståelsen av oljens oppførsel inne i havis. For å gi bedre forståelse av den komplekse interaksjonen mellom olje og havis, skal det utføres både eksperimenter og modellering som skal gi sentrale resulter for planlegging, respons i felt og oljedeteksjon. En Postdoc og PhD-student har i løpet av det første året startet utviklingen av et temperaturstyrt kammer for å ta bilder av olje-i-is med synkrotrone lyskilder. De første målingene er gjennomført ved ESRF, SLS, og DESY og bildene blir nå analysert. Isprøver er uthentet og oppførselen til olje i is er studert ved Norut Narvik. Et rammeverk for en modell av hvordan olje-i-is vil påvirke forhold i Barentshavet er utviklet, der komponenten som beskriver hva som skjer med oljen over tid er endret. Arbeid med modellering av radardeteksjon er også startet. I prosjektets andre år er det gjennomført en serie av eksperimenter på olje-i-is på Svalbard, som del av PhD-studentens arbeid. Denne aktiviteten har blitt dokumentert bredt i sosiale media, i nyhetssendinger, og på instituttets websider. Vi har startet forberedelsene til neste års olje-i-is eksperimenter ved HSVA i Hamburg, inkludert testing av prosedyrer, materialer og utstyr, samt koordinering med andre deltakende prosjekter. Kjøleplattform utviklet for mikrotomografisk avbildning benyttes nå ved Norwegian Centre for X-ray Diffraction, Scattering and Imaging (RECX). Ut over avbildning av olje-i-is, gir dette muligheter for analyse av snø, permafrost, og materialer ved lave temperaturer. I år tre ble det utført et tre-ukers olje-i-is-eksperiment ved Hamburg Ship Model Basin (HSVA) i samarbeid med RCN SFI CIRFA. Olje-i-is oppførsel og deteksjon ble undersøkt i is dyrket under enten rolige eller vindfulle forhold. 54 råolje-linser ble injisert under kald is, og utviklingen av porevolum, migrasjon av olje og detekterbarhet av oljen ved bruk overflate fjernovervåkningsteknikker ble undersøkt under simulerte økende vårtemperaturer. Forsøkene viser at oljen oppfører seg signifikant forskjellig i ulike istyper. En unik mulighet er dermed skapt for å fastslå den underliggende årsaken siden isen ble avbildet med høyoppløselige computer-tomografiske metoder. Funnene motiverer revisjon av generelle forutsetninger om olje-i-is-oppførsel. Det er også gjennomført to workshops / konferansesamlinger ble gjennomført for å styrke det internasjonale nettverket innen mikrostrukturundersøkelser. Det fjerde og femte året var preget av prøvepreparering og analyse av data. Datagrunnlaget har blitt brukt av to doktorgradsstipendiater i tillegg til de to interne stipendiatene i MOSIDEO. I tillegg har det også blitt sikret finansiering for å følge opp mulighetene som ble identifisert i det andre året slik at kjøleplattformen kan utvides til bruk også for andre materialer. I tilleg ble prosjektresultater også brukt i MOSAiC arktisk isdrift-ekspedisjon.

MOSIDEO has performed oil-in-ice experiments on Svalbard and in the Arctic Environmental Test Basin at HSVA, Hamburg. Two- and three-dimensional profiles of the distribution of oil in sea ice were analyzed. Oil-containing sea ice samples were imaged at synchrotron facilities and x-ray tomographs at NTNU. The potential of radar imaging of oil near the ice surface is subject of ongoing Ph.D. work. A legacy of MOSIDEO is the establishment of sea ice x-ray tomography work at NTNU: the MOSIDEO PostDoc remains employed at NTNU beyond the project period, establishing NTNU as one of only a few research centers that are able to perform cold-temperature x-ray tomography. Experiments in the HSVA ice tank became part of five Ph.D. projects illustrating that MOSIDEO has contributed significantly to education in the field of physical interactions between oil and sea ice. Published results will facilitate improvement of oil spill contingency and response planning when coupled with ice drift models.

Petroleum activity is currently Norway's largest industry, and further development in the Arctic is expected to bring new potential for local value creation and development. Sea ice presents a novel challenge to planning, development, and production in the area. License blocks nominated for the 23rd licence round lie in seasonally ice-covered areas. The petroleum industry on the Norwegian continental shelf aims to be a world leader in ensuring environmental soundness, calling for the interaction of oil with sea ice, its fate, transport, and detection to be understood. "Microscale interaction of oil with sea ice for detection and environmental risk management in sustainable operations" (MOSIDEO) is a research project aiming at understanding the fundamental science of oil behaviour in the sea ice pore space through experiments, observation, and modelling. Pore-scale understanding of the fate of oil in sea ice is limited due to challenges associated with investigating a material close to its melting point, and with immiscible oil-brine displacement processes in complex pore networks. MOSIDEO will develop methodology and equipment that overcomes these challenges. Intercomparisons with different tools will show potential and limits of alternative methods of pore scale investigations, and interpretation of radar signals in the context of oil distribution will be investigated. MOSIDEO will perform coordinated experiments and modelling at the both pore scale and effective medium scale to find formulations best suited to predict oil entrapment, migration and release in and from sea ice. Results will improve oil fate and dispersion models in sea ice-covered waters, and advance radar remote sensing techniques for oil detection in sea ice, supporting the decision process of stakeholders in risk assessment and spill response.