جلوگیری از انفجار خطوط لوله استخراج نفت با نانوذرات سازگار با محیط زیست

در فرآیند استخراج نفت، تجمع ذخایر معدنی سخت در خطوط لوله و تجهیزات می‌تواند باعث آسیب جدی عملیاتی، خطرات ایمنی مانند ترکیدگی لوله و همچنین خسارات اقتصادی قابل توجهی شود. این مشکل در صنایع مختلف مانند نفت و گاز وجود دارد، اما راه حل های فعلی برای حذف این رسوبات اغلب اثرات مخرب زیست محیطی دارد. با این حال، محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا موفق به توسعه نانوذراتی شده‌اند که می‌توانند از تجمع رسوب جلوگیری کنند و در عین حال سیستم‌های آب و نفت را بدون آسیب رساندن به محیط زیست حفظ کنند. در آینده با اسمارتک نیوز همراه باشید تا این یافته جدید محققان را ببینید.

مشکل تجمع رسوب در صنایع.

تجمع ذخایر معدنی مانند کربنات کلسیم که به آن رسوب نیز می گویند یکی از مشکلات اساسی در صنایع مختلف است. این مشکل به ویژه در صنایعی که با دو فاز غیرقابل اختلاط کار می کنند مانند آب و روغن دیده می شود. در سیستم های دو فاز مانند نفت و آب، این رسوبات می توانند لوله ها را مسدود کرده و تجهیزات را از بین ببرند و خطرات عملیاتی و ایمنی جدی ایجاد کنند.

امیر شیخی، دانشیار ایرانی تبار دانشگاه پن استیت و استاد مهندسی شیمی مسئول این تحقیق می گوید:

راه حل های موجود برای جلوگیری از تجمع رسوب به محیط زیست آسیب می رساند یا فقط در محیط های آبی تک فاز قابل استفاده است. به همین دلیل نیاز به یک راه حل موثر و سازگار با محیط زیست در سیستم های دو فاز مانند نفت و آب احساس می شود.

توسعه نانوذرات جدید

برای حل این مشکل، محققان دانشگاه پن استیت نوعی نانوذرات مبتنی بر سلولز به نام «نانوکریستال‌های سلولز مودار آنیونی» (AHCNC) تولید کردند که توانست از تشکیل رسوب جلوگیری کند، اما در تثبیت آب در روغن عملکرد خوبی نداشت. امولسیون ها سپس تیم تحقیقاتی نوع جدیدی از نانوذرات چندمنظوره و زیستی را به نام «نانوکریستال‌های سلولز مودار آمفی‌فیلیک» (AmHCNC) توسعه دادند. این نانوذرات جدید دارای خواص شیمیایی و ساختاری منحصربه‌فردی هستند که نه تنها از تشکیل رسوب جلوگیری می‌کند، بلکه امولسیون‌های آب در روغن را که در فرآیند استخراج نفت رایج هستند، تثبیت می‌کنند.

جناب شیخی در توضیح این بدعت می فرمایند:

نوآوری ما در نانومهندسی نوعی از نانوذرات به نام AmHCNC نهفته است که به طور همزمان از تشکیل رسوب جلوگیری می کند و امولسیون های آب در روغن را از طریق مکانیسم Pickering تثبیت می کند. این ترکیبی است که تاکنون محقق نشده است.

مکانیسم Pickering به پدیده ای اشاره دارد که در آن از ذرات جامد کوچک برای تثبیت امولسیون ها (مخلوطی از دو مایع نامحلول مانند آب و روغن) استفاده می شود.

این نانوذرات نه تنها بر پایه زیستی و زیست محیطی ایمن هستند، بلکه مقرون به صرفه هستند و راه حلی پایدار برای مشکل دیرینه رسوب در صنایع مختلف ارائه می دهند.

کاربردهای احتمالی نانوذرات در صنایع دیگر

این نانوذرات جدید نه تنها در صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرند، بلکه می توانند در سایر صنایعی که با سیستم های نفت-آب سروکار دارند نیز استفاده شوند. به عنوان مثال صنایعی مانند داروسازی، مواد غذایی و آرایشی نیز می توانند از این فناوری بهره مند شوند.

امیر شیخی ادامه می دهد:

این فناوری می تواند فرصت های جدیدی را برای صنعت پایدارتر و ایمن تر فراهم کند.

این نانوذرات می‌توانند به کاهش هزینه‌های عملیاتی و ایمنی در صنایعی که با امولسیون‌های نفت-آب کار می‌کنند کمک کند و در نتیجه منجر به کاهش اثرات زیست‌محیطی این صنایع شود.

آزمایشات واقعی و آتی نانوذرات

تیم تحقیقاتی در حال حاضر به دنبال شرکای برای آزمایش این فناوری در محیط های واقعی، مانند بهبود یافته بازیافت نفت، برای ارزیابی عملکرد آن در مقیاس بزرگتر است. هدف تعمیم نتایج آزمایشگاهی به شرایط عملیاتی واقعی و استفاده از فناوری نانوذرات AmHCNC در مقیاس صنعتی است.

نتایج این تحقیق در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده و در جلد همراه این مجله نیز نمایش داده شده است. این تحقیق با حمایت مالی از صندوق تحقیقات نفتی انجمن شیمی آمریکا و همچنین بودجه ایالت پن و منابع دیگر امکان پذیر شد.

نتیجه گیری

با توجه به چالش های موجود در صنعت نفت و گاز و همچنین اثرات مخرب زیست محیطی بسیاری از راه حل های موجود، توسعه نانوذرات سازگار با محیط زیست مانند AmHCNC را می توان یک پیشرفت بزرگ در این صنایع دانست. این نانوذرات نه تنها می توانند از تشکیل رسوبات معدنی که به تجهیزات آسیب می زند جلوگیری کنند، بلکه با تثبیت امولسیون های آب در روغن به بهبود فرآیند استخراج نفت نیز کمک می کنند. علاوه بر این، این نانوذرات از نظر زیست‌محیطی ایمن و مقرون‌به‌صرفه هستند و می‌توانند به راه‌حلی پایدارتر و کارآمدتر برای مشکلات قدیمی صنعتی تبدیل شوند.

در نهایت، این تحقیق نشان می دهد که نانومهندسی و توسعه مواد مبتنی بر زیست می تواند نقش کلیدی در بهبود عملکرد و کاهش اثرات زیست محیطی فرآیندهای صنعتی داشته باشد. محققان امیدوارند در آینده نزدیک از این فناوری در مقیاس وسیع تری استفاده شود و صنایع مختلف از مزایای آن بهره مند شوند.