hydraulisch breken, ook wel bekend als "fracking, " vertrouwt op water, zand en andere chemicaliën om de weg vrij te maken voor ingenieurs om olie of gas te verwijderen uit schalie-poreuze rotsen onder de grond.

Ingenieurs weten wat ze de grond in pompen, maar ze hebben niet begrepen waarom ze bepaalde zeer gevaarlijke verbindingen in flowback hebben gevonden - het mengsel van water, zout en andere chemicaliën die terugstromen naar de oppervlakte nadat ze door de schalie zijn gepompt.

Nutsvoorzieningen, onderzoek uit het lab van Kimberly Parker, universitair docent bij de afdeling Energie, Environmental &Chemical Engineering aan de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis, toont aan dat ondergrondse aanwezigheid van halogeenradicalen een sleutel is tot de vorming van deze gehalogeneerde organische verbindingen, die gevaarlijk zijn voor de menselijke gezondheid en schadelijk zijn voor het milieu.

Het onderzoek werd op 15 januari gepubliceerd, 2021, in het journaal Milieuwetenschap en -technologie .

"Voor een lange tijd, we wisten niet echt waar ze vandaan kwamen, "Zei Parker. "We wisten dat ze niet met opzet in het systeem werden opgenomen. Het leek duidelijk dat ze onder de grond werden gegenereerd."

Behalve dat ze wisten waar ze vandaan kwamen, onderzoekers hadden een redelijk goede reden om te vermoeden dat halogeenradicalen - moleculen met een ongepaard elektron - de aanmaak van deze verbindingen aanstuurden.

De ongepaarde radicale elektronen maken ze extreem reactief met andere chemicaliën, inclusief organische verbindingen.

Moshan Chen, een doctoraat student in Parker's lab, pakte dit probleem aan omdat hij vermoedde dat fracking een vruchtbare voedingsbodem was voor de vorming van halogeenradicalen.

Een van de redenen waarom hij vermoedde dat halogeenradicalen een rol speelden, hij zei, had te maken met de "breker" - een additief dat de viscositeit van de frackvloeistof verlaagt, zodat deze gemakkelijker terugstroomt zodra de schalie is gebroken. Het bevat persulfaat dat, in de extreme omstandigheden van fracken, kunnen sulfaatradicalen vormen.

Chen wist ook dat frackvloeistoffen hoge concentraties halogeniden bevatten, inclusief chloride en bromide. In feite, halogeniden in frackvloeistoffen komen in veel hogere concentraties voor dan in andere brakke wateren, zoals zeewater.

Chen vermoedde dat de halogeniden en sulfaatradicalen reageerden om halogeenradicalen te vormen. Eerder onderzoek naar zeewater en andere pekels had aangetoond dat gehalogeneerde radicalen kunnen interageren met organische verbindingen om gehalogeneerde organische verbindingen te produceren.

Het leek, dan, dat alle voorwaarden voor de vorming van deze giftige verbindingen aanwezig waren in het breekproces. Chen overwoog wat eerder onderzoek over het onderwerp, bedacht toen een experiment en ging naar het laboratorium.

Met behulp van experimenten op laboratoriumschaal, hij was in staat om gehalogeneerde organische verbindingen te maken zoals die in flowback worden aangetroffen. Maar om er zeker van te zijn dat de interactie tussen halogeenradicalen en organische verbindingen echt nodig was om de gehalogeneerde organische verbindingen te vormen, hij gebruikte een "radicalendover, " een chemische stof die ervoor zorgt dat de radicaal niet reageert met verbindingen.

Opnieuw en opnieuw, het experiment toonde aan dat als het radicaal niet kon interageren met de organische verbinding, er zouden geen gehalogeneerde organische verbindingen zijn.

Parker's lab werkt al aan het volgende stukje van de puzzel - een dat moet informeren wat, indien van toepassing, maatregelen zijn de moeite waard om het ontstaan ​​van deze gevaarlijke verbindingen te verminderen.

Chen onderzoekt momenteel de natuurlijke vorming van deze gehalogeneerde organische verbindingen. "Als blijkt dat veel van hun productie op natuurlijke wijze plaatsvindt, en we kunnen er niets aan doen, het is misschien geen goed idee" om de breukprocedures te wijzigen voor een klein rendement.

"Maar als dit pad de dominante is, " zei Parker, "Het kan het overwegen waard zijn om de chemicaliën die bij fracken worden gebruikt te veranderen."