Brug af nanoteknologi til at forbedre effektiviteten i olieudvinding

Hvem sørger for, at verden opfylder sit energibehov, samtidig med at risici for planeten minimeres? Dit første gæt er måske ikke verdens største olieselskab. Men under et sabbatsforskningsprojekt med Saudi Aramco, WPI-professor Nancy Burnham - en erklæret miljøforkæmper - lærte, at faktisk, virksomheden bruger metoder som nanoteknologi til at udvinde ressourcer med mindst mulig forstyrrelse af miljøet.

"Før jeg lærte meget om olieselskaber, Jeg tænkte på dem som en typisk miljøforkæmper, " siger Burnham, som tidligere har rådført sig med Saudi Aramco. Saudi Aramco er det statsejede olieselskab i Kongeriget Saudi-Arabien og et fuldt integreret, global olie- og kemikalievirksomhed.

"Det er sandt, olieselskaber har en masse rigdom. Men de giver os også en værdifuld ressource, som vi er afhængige af, og de fleste har foretaget investeringer i vedvarende energi. De ved, for virksomhedens fremtid, de skal begynde at investere i vedvarende energi, " hun siger.

Under hendes sabbatår, Burnham, lektor i fysik og biomedicinsk teknik, arbejdet med virksomhedens nanoteknologiske forskningscenter i Boston. Forskningen fokuserede på, hvordan man kan gøre olieudvinding mere effektiv.

"Det viser sig, når du putter en oliebrønd ned, olien sidder ikke der og venter på dig. Det hele fosser ikke lige ud, som du ser på fjernsynet, " siger hun. Omkring 10-25 procent af den tilgængelige olie kommer op af sig selv. De næste 20-25 procent er sværere at udvinde, og de resterende 50-70 procent er endnu sværere, afhængigt af stedets geologi, forklarer hun.

Olieselskaber kunne lade resten af ​​olien være på plads og gå videre til et andet felt for at fjerne de lettere første 25–50 procent. Men den mulighed er ineffektiv og kortsigtet, Burnham forklarer. Først, det kræver en stor mængde infrastruktur at fjerne halvdelen af ​​olien; det er ineffektivt og dyrt at trække indsatser op og flytte til et andet websted, efterlader tilgængelig olie. Også, "Mange af sikkerhedsspørgsmålene ved olieudvinding er forbundet med spild på jorden. Så jo færre oliebrønde har vi brug for, jo lavere skal risikoen [for et spild] være, " tilføjer Burnham.

I øvrigt, selv en meget optimistisk tidslinje for USA til at blive fuldstændig fornybar er 30 år, og vedvarende energi er ikke en stabil energikilde, påpeger hun. For at opvarme boliger, elbiler, og lave produkter, olieselskaber har ikke råd til at efterlade olie.

Løsningen er at lokke den resterende olie op af jorden ved hjælp af værktøjer og teknologi.

"Oliefelter er meget komplicerede, med mange lag sten. Du kan ikke bare hoppe i et magisk rumskib og flyve ned for at se, hvor det er. Du har brug for værktøjer til at vurdere, hvor det er, " siger Burnham.

En teknik drager fordel af at have flere brønde i et felt. Udvinding fra én brønd får olien under jorden til at flyde lidt. Ved at skyde konstruerede nanopartikler i den ene brønd, du kan overvåge omkringliggende brønde og på flere uger opdage, hvor partiklerne dukker op. Dette fortæller ingeniørerne, hvilken vej olien diffunderer, som peger på, hvor fremtidige brønde skal være for at få resten af ​​olien ud, siger Burnham.

En anden udfordring er, at oliepartikler har en tendens til at klæbe til hinanden og andre klippevægge, gør dem svære at udvinde. Den klæbrighed, plus væskens sammensætning af olie, saltlage, og vand, gør det kemisk svært for partiklerne let at diffundere fra den ene brønd til den næste. Burnham og hendes Aramco-kollega Shannon Eichmann har udgivet et papir om, hvordan gennem nanoteknologi, ingeniører kunne ændre kemien, så partiklerne har en tendens til ikke at klæbe til klippevæggene og migrere lettere til den næste brønd.

Burnhams arbejde har resulteret i to papirer, et manuskript under revision, og tre inviterede foredrag. Hun siger, at hendes sabbatår gav hende en ny forståelse for sten som nanostrukturer og lærte hende, hvordan man hjælper folk med at forstå, at olieselskaber kunne opfattes mere bredt som energiselskaber.

"Jeg lærte virkelig meget. Det var forfriskende, fordi arbejdet var så anderledes, og jeg så, hvordan ting, jeg ved, kan anvendes på et helt andet felt, " hun siger.

Den afgående direktør for bæredygtighed John Orr erkender, at i takt med at grønne energikilder og teknologier vokser, det er vigtigt at gøre udvinding af fossilt brændsel så miljøvenligt som muligt.

"På campus og globalt, meninger spænder vidt omkring vores udvinding og brug af olieprodukter, " siger Orr. "Heldigvis, en stor og voksende del af befolkningen erkender vigtigheden af ​​at flytte til rene og vedvarende energikilder så hurtigt som muligt. I mellemtiden, vi skal arbejde for at minimere den miljømæssige skade ved produktionen og bruge vores kulstofbaserede energikilder.

"Professor Burnhams forskning er et eksempel på det videnskabelige og teknologiske arbejde, der foregår på WPI for at forbedre balancen mellem nuværende samfundsmæssige fordele og langsigtet global bæredygtighed, " han siger.

Burnhams erfaring gav hende indsigt i forskellene mellem industri og akademisk verden.

"Interaktion med studerende, Jeg kan nu sige, at jeg har en vis erfaring i industrien og bedre kan rådgive studerende om deres karriere, " siger hun. Faktisk, gennem hendes tilknytning til Saudi Aramco, hun var i stand til at anbefale en WPI-studerende til et job der. Eleven blev efterfølgende ansat, et resultat fra hendes sabbatår, som hun finder meget givende.