Meer dan 30 staten hebben schalieformaties die aardgas onder de grond herbergen, aldus de Energie Informatie Administratie. Maar experts uit de industrie kunnen het niet eens worden over hoeveel brandstof er precies in zit. Dat komt omdat aardgas en andere koolwaterstoffen op nanoschaal liggen, moeilijk te meten poriën in schaliegesteenten, die eigenschappen hebben die nog niet worden begrepen.

"Als je de opslagcapaciteit van schaliegas wilt inschatten, je moet materialen begrijpen waarin ze zijn opgeslagen, " zei Yun Liu, een aangesloten universitair hoofddocent chemische technologie aan de Universiteit van Delaware en een natuurkundige aan het National Institute of Standards and Technology (NIST) Centrum voor Neutronenonderzoek.

Nutsvoorzieningen, met behulp van neutronenverstrooiing, Liu en een team van onderzoekers van UD, NIST en Aramco Services Company hebben een nieuwe niet-invasieve methode ontwikkeld om de variatie van oppervlakte-eigenschappen diep in poreuze materialen te meten.

Deze methode kan aardgasexperts helpen schaliemonsters beter te begrijpen door de samenstellingsverdeling op poreuze oppervlakken in de schalie te onderzoeken die de opslag en het transport van koolwaterstoffen rechtstreeks beïnvloeden. Dit zou hen uiteindelijk helpen beslissen of ze tijd en middelen zouden investeren om gas te winnen uit de formatie waar de monsters vandaan kwamen. De bevindingen van dit onderzoek, gepubliceerd op donderdag, 22 februari in het tijdschrift Natuurcommunicatie , kan ook worden gebruikt om veel andere verschillende soorten poreuze materialen te begrijpen met behulp van neutronenverstrooiing of röntgenverstrooiing.

Poriën onderzoeken

Het is niet alleen de grootte van de poriën die ertoe doet, maar de oppervlaktestructuur en oppervlaktechemie, aangezien aardgas in wisselwerking staat met de buitenranden van elke kleine porie in de rots. De eigenschappen van de poriën bepalen ook hoe gas uit de formatie zal stromen.

Om deze poriën te begrijpen, het onderzoeksteam begon met monsters van geïsoleerde schaliekerogeen, een organisch materiaal dat de meeste koolwaterstoffen, zoals aardgas, opslaat in schalie. Om in de kerogeen te kijken, ze gebruikten kleine-hoek neutronenverstrooiing, een bundel subatomaire neutronen door een stof schieten en informatie verzamelen over het gedrag van de neutronen om de eigenschappen van de poriën te bepalen. Neutronenverstrooiing is niet-destructief, in tegenstelling tot elektronenmicroscopie, een andere veelgebruikte methode om poreuze materialen te onderzoeken.

Vervolgens mat de groep de verandering van neutronenverstrooiingssignalen met gassorptie bij verschillende drukken. De verandering van neutronenintensiteit weerspiegelt de samenstellingsverdeling op de oppervlakken in een monster.

Deze nieuwe methode kan nieuwe informatie onthullen die andere methoden niet doen, zoals de heterogeniteit van het oppervlak. Simpel gezegd, het biedt informatie die onderzoekers helpt beter te begrijpen waar ze mee werken. Wanneer toegevoegd aan andere informatie verzameld van een site, het kan helpen bij het nemen van beslissingen.

"De meeste andere technieken die in het aardolieveld worden gebruikt, leveren de 'gemiddelde' waarden van monsterparameters, " zei studie auteur Wei-Shan Chiang, een postdoctoraal onderzoeker in chemische en biomoleculaire engineering bij UD die ter plaatse werkt bij NIST Center for Neutron Research en bij Aramco Services Company. "Onze methode geeft zowel 'gemiddelde' als 'afwijking' (de breedte van de verdeling) van de materiaaleigenschappen."

Deze methode zou ook op veel andere materialen moeten werken, zoals cement, en misschien zelfs biologische materialen zoals bloed, zei Liu. Het team kijkt ernaar uit om hun methode toe te passen op nieuwe systemen.