Fysikprognoser for fracking og brændstoffer

Samfundets efterspørgsel efter energi afhænger hovedsageligt af olie og gas, som er begrænsede ressourcer. Fremtidige teknologier kan reducere energiforbruget, men indtil da, eksisterende ressourcer skal forvaltes omhyggeligt. Direktør for Ali I. Al-Naimi Petroleum Engineering Research Center ved KAUST Tadeusz Patzek bruger fysik til at tackle denne udfordring ved at modellere produktionen af ​​gas fra fracking.

Patzek og hans kolleger beskriver to visioner om det globale energiforbrug. Optimister mener, at menneskelig befolkning, energiforbrug og økonomier kan fortsætte med at vokse eksponentielt, fordi mennesker vil blive ved med at opfinde innovative måder at overleve på. Andre, imidlertid, bemærk, at Jorden sætter klare grænser for vækst, hvilket betyder, at energiproduktionen vil nå sit højdepunkt, inden den stopper.

Olie- og gasproduktionen har faktisk nået toppe tidligere, men disse er blevet overtaget af opdagelser af nye reserver og teknologier til udvinding af brændstoffer fra tidligere utilgængelige områder. Den mest komplekse og kontroversielle nye proces er fracking (hydraulisk frakturering) af gamle havbunde kaldet skiferformationer. Fracking involverer indsprøjtning af højtryksvand og sand i skiferlag flere kilometer under jorden, producerer revner, der frigiver fangede kulbrinter.

"Mine medforfattere, Scott Tinker og Michael Marder, og jeg, arbejdede på et Sloan Foundation -projekt, hvis mål var at modellere gasindvinding fra skifer i USA i enestående detaljer, "siger Patzek. I stedet for at anvende eksisterende gasbrønsimuleringer, som er komplekse og tidskrævende at køre, forskerne blev inspireret af det elegante, simple modeller af kondenseret fysik, såsom dem, der styrer elektrontransport ved lave temperaturer.

Deres resulterende model kræver meget få parametre for at modellere diffusion af gas ud af fracking brønde, og forskerne validerede det ved nøjagtigt at forudsige produktionen af ​​14000 gasbrønde i USA.

Samlet set, undersøgelsen viste, at kun 10-20% af naturgas i frackingfelter udvindes med nutidens teknikker. Dette tyder på, at mens tekniske forbedringer kan forlænge levetiden for fracking som en nyttig brændstofkilde, den oversvømmelse af gas, der er forudsagt af nogle industrialister, er endnu ikke garanteret.

Patzek vil ikke oplyse, om han er optimist eller pessimist med hensyn til fracking. "Det er jeg heller ikke, "siger han." Jeg er en videnskabsmand, og mit syn på naturen styres strengt af kemien og fysikken i de aktuelle processer. Imidlertid, Jeg er også en ivrig miljøforkæmper, og fra dette perspektiv, business as usual slutter for menneskeheden. "

Patzek og kolleger har helt sikkert vist, at fysikere har en rolle i udviklingen af ​​nye forretningsmodeller for fremtidige energikilder.