Mekanisme ansvarlig for at skabe halogenerede organiske forbindelser i fracking opdaget

Hydraulisk brud, også kendt som "fracking, "afhængig af vand, sand og andre kemikalier for at rydde vejen for ingeniører til at fjerne olie eller gas fra skifer-porøse sten under jorden.

Ingeniører ved, hvad de pumper ned i jorden, men de har ikke forstået, hvorfor de har fundet visse meget farlige forbindelser i flowback - blandingen af ​​vand, salt og andre kemikalier, der flyder tilbage til overfladen efter at være blevet pumpet gennem skiferen.

Nu, forskning fra laboratoriet af Kimberly Parker, adjunkt ved Institut for Energi, Environmental &Chemical Engineering ved McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis, viser, at underjordisk tilstedeværelse af halogenradikaler er en nøgle til dannelsen af ​​disse halogenerede organiske forbindelser, som er farlige for menneskers sundhed og skader miljøet.

Forskningen blev offentliggjort 15. januar, 2021, i journalen Miljøvidenskab og -teknologi .

"I lang tid, vi vidste ikke rigtig, hvor de kom fra, " sagde Parker. "Vi vidste, at de ikke blev sat ned i systemet med vilje. Det virkede klart, at de blev genereret under jorden."

Ud over at vide, hvor de kom fra, forskere havde en ret god grund til at antage, at halogenradikaler - molekyler med en uparret elektron - var drivkraften bag genereringen af ​​disse forbindelser.

De uparrede radikale elektroner gør dem ekstremt reaktive med andre kemikalier, herunder organiske forbindelser.

Moshan Chen, en ph.d. studerende i Parkers laboratorium, tacklede dette problem, fordi han havde mistanke om, at fracking var grobund for dannelsen af ​​halogenradikaler.

En grund til, at han mistænkte, at halogenradikaler spillede en rolle, han sagde, havde at gøre med "breakeren" - et tilsætningsstof, der nedsætter viskositeten af ​​fracking-væsken, så den lettere flyder tilbage, når skiferen er blevet brækket. Den indeholder persulfat, under de ekstreme forhold med fracking, kan danne sulfatradikaler.

Chen vidste også, at fracking-væsker har høje koncentrationer af halogenider, inklusive chlorid og bromid. Faktisk, halogenider i fracking-væsker forekommer i meget højere koncentrationer, end de er i andre brakvande, såsom havvand.

Chen havde mistanke om, at halogeniderne og sulfatradikalerne reagerede og dannede halogenradikaler. Tidligere forskning i havvand og andre saltlage har vist, at halogenerede radikaler kan interagere med organiske forbindelser for at producere halogenerede organiske forbindelser.

Det så ud til, derefter, at alle betingelserne for dannelsen af ​​disse giftige forbindelser var til stede i fraktureringsprocessen. Chen overvejede noget tidligere forskning om emnet, udtænkte derefter et eksperiment og gik til laboratoriet.

Ved at bruge forsøg på bænkskala, han var i stand til at skabe halogenerede organiske forbindelser som dem, der findes i flowback. Men for at være sikker på, at interaktionen mellem halogenradikaler og organiske forbindelser virkelig var nødvendig for at danne de halogenerede organiske forbindelser, han brugte en "radikal quencher, "et kemikalie, der forhindrer radikalet i at reagere med forbindelser.

Igen og igen, eksperimentet viste, at hvis radikalet ikke kunne interagere med den organiske forbindelse, der ville ikke være halogenerede organiske forbindelser.

Parkers laboratorium arbejder allerede på den næste brik i puslespillet - en der skal informere om hvad, hvis nogen, handlinger er værd at tage for at reducere dannelsen af ​​disse farlige forbindelser.

Chen ser i øjeblikket på den naturlige dannelse af disse halogenerede organiske forbindelser. "Hvis det viser sig, at meget af deres produktion foregår naturligt, og der er intet vi kan gøre ved det, det er måske ikke en god ide" at ændre fraktureringsprocedurer for en lille retur.

"Men hvis denne vej er den dominerende, " sagde Parker, "at ændre de kemikalier, der bruges i fracking, kan være værd at overveje."