Levende sensor kan potentielt forhindre miljøkatastrofer fra brændstofspild

Den koloniale rørledning, som transporterer brændstof fra Texas til New York, bristede sidste efterår, dumper en kvart million gallons gas i det landlige Alabama. På det tidspunkt, hvor lækagen blev opdaget under rutineinspektion, dampe fra frigivet benzin var så stærke, at de forhindrede reparation af rørledninger i dagevis. Nu, videnskabsmænd udvikler teknologi, der vil advare pipeline managers om lækager, så snart fejlen begynder, undgå miljøkatastrofer og brændstofdistributionsforstyrrelser som følge af rørledningslækager.

Forskerne præsenterer deres arbejde i dag ved det 255. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS).

"Fordelen med vores sensor er, at den kan registrere meget små lækager, og operatører kan tage hurtige skridt for at reparere dem, " siger Veera Gnaneswar Gude, Ph.D., leder af projektet. "Vi behøver ikke længere at vente, indtil lækagen er ude af hånden. Plus, hvis vi er i stand til at udvikle dette system i større skala, den samme enhed ville være i stand til at behandle affaldet og sanere jord og vand, der er blevet forurenet."

Rørledninger inspiceres i øjeblikket af en enhed kaldet en smart gris, en elektronisk sensor, der bevæger sig gennem røret og registrerer revner eller svejsefejl. Trods regelmæssig inspektion, lækager forekommer stadig. Gude, der er på Mississippi State University, udvikler en sensor, der vil supplere denne proces ved at give yderligere information om rørenes integritet. Denne sensor klæber til ydersiden af ​​røret, og udnytter bakteriers metaboliske proces til at opdage gaslækager i realtid.

I tidligere forskning, Gude undersøgte brugen af ​​mikroorganismer i spildevandsrensning, og han har for nylig vendt sit fokus mod at bygge biosensorer fra lignende arter. I den aktuelle undersøgelse, han tester bakterier, der vil fremkalde en tilstrækkeligt målbar katodespænding og samtidig være i stand til at overleve i et havmiljø til anvendelse af offshore-olieudslipsdetektion. For at dette skal virke, bakterierne skal forblive robuste gennem en række alkaliniteter, tryk og pH-forhold.

En type bakterier, han tester, omtales som "elektrogene, " hvilket betyder, at det frigiver elektroner til sit miljø gennem stofskifteprocesser. Gude skabte en organisk sensor bestående af en elektrogen anode bestående af bakterier, der forbruger kulstofbaseret materiale (gas eller olie) og udstøder elektroner. Elektronerne bevæger sig derefter hen over en modstand til en katode. Et andet sæt bakterier, sulten efter elektroner, opholder sig ved katoden, hvilket fremmer elektronstrømmen. En stigning i anodebakteriernes metaboliske processer vil svare til en spændingsstigning i sensoren, som kan advare en tekniker om en potentiel lækage.

"Sensoren er ikke svær at implementere, ", siger Gude. "At placere sensoren på et rør er ikke en stor udfordring. Det er en meget alsidig teknik."

I øjeblikket, Gude leder efter et medium til at immobilisere bakterierne. Han tester plastik med høj porøsitet og biobaserede film, der optimerer det overfladeareal, som de elektrogene bakterier kan dække.

Når robuste bakterier er identificeret og immobiliseret, de kan bruges som lækagedetektorer i en række olietransport- og boreapplikationer, herunder fracking. Det er muligt, at sensoren på et tidspunkt i fremtiden kan sprøjtes som en belægning på ydersiden af ​​rør, hvilket sikrer, at hele længden overvåges kontinuerligt.