hydraulisch breken, of fracken, levert kritische energie voor de samenleving, maar gebruikt ook grote hoeveelheden zoet water en produceert daarbij overeenkomstige hoeveelheden afvalwater. Schuimen op waterbasis, die ongeveer 90 procent minder water gebruiken dan frackingvloeistoffen, een alternatief bieden, maar het mechanisme voor door schuim aangedreven breuk bij dergelijk boren is niet goed begrepen.

Nutsvoorzieningen, Princeton-onderzoekers onder leiding van Howard Stone, de Donald R. Dixon '69 en Elizabeth W. Dixon hoogleraar Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, hebben experimenteel een gedetailleerde beschrijving van het breukgedrag van schuim getest. De onderzoekers rapporteerden hun resultaten in een artikel van 26 juli in het tijdschrift PNAS .

Schuim, gasbellen gesuspendeerd in een vloeistof, zijn samendrukbaar; vloeistoffen niet. Bij typisch hydraulisch breken, onsamendrukbare vloeistof wordt onder hoge druk geïnjecteerd om het schaliereservoir te breken. Wanneer samendrukbare schuimen worden geïnjecteerd, het gedrag van schuim is complexer. Druk uitgeoefend op schuim zorgt ervoor dat bellen samenknijpen en uitzetten, het creëren van veranderingen door het schuim.

Met behulp van een tafelopstelling, de onderzoekers simuleerden fracking met behulp van een gewoon schuim (scheerschuim) dat in een met gelatine gevulde kamer werd geïnjecteerd. Het experiment, die fracking-omstandigheden nabootst, stelden hen in staat parameters zoals injectiesnelheid en vloeistofviscositeit te bestuderen. De onderzoekers gebruikten de gegevens om een ​​gedetailleerde beschrijving te geven van de impact van samendrukbaar schuim op breuken.

"Het schuim dat we hier gebruiken, bestaat [uit] slechts ongeveer 10 procent van het water per volume, " zei Ching-Yao Lai, de hoofdauteur van het artikel, die dit voorjaar haar doctoraat in mechanische en ruimtevaarttechniek behaalde aan Princeton. "Het grootste deel van de ruimte in schuim wordt ingenomen door gasbellen. Het gebruik van schuim verandert de dynamiek van breukvoortplanting aanzienlijk in vergelijking met de standaardgevallen met waterinjectie.

"Foam fracturing is ontwikkeld in Canada om het gebruik van water en andere milieuproblemen veroorzaakt door de waterinjectie te minimaliseren. Dit motiveert ons om een ​​systeem te ontwikkelen om de fysica achter het breken met schuim te bestuderen, ' zei Lay.

De onderzoekers zeiden dat de analyse kan worden uitgebreid naar andere stroomsystemen die samendrukbare schuimen gebruiken, zoals brandbestrijding en energieopslag.

"Dit project stelde ons in staat om een ​​weinig bestudeerd aspect van door vloeistof aangedreven breuken te bestuderen, Stone zei. "Het stelde ons ook in staat om nieuwe inzichten te ontwikkelen die relevant zijn voor andere slecht begrepen schuimstromen, die we in de toekomst hopen te bestuderen."