Twee onderzoekers van de Colorado State University onderzoeken hoe nanodeeltjes ondergronds bewegen, kennis die uiteindelijk zou kunnen helpen het herstel in olievelden te verbeteren en te ontdekken waar hydraulische frackingchemicaliën naartoe gaan.

Vivian Li, assistent-professor bij de afdeling Design en Merchandising, en William Sanford, universitair hoofddocent bij de vakgroep Geowetenschappen, proberen patronen te vinden in hoe bepaalde nanodeeltjes ondergronds bewegen. Indien succesvol, ze zouden de nanodeeltjes kunnen trainen om aan te geven wanneer specifieke chemicaliën in de ondergrond aanwezig zijn, inclusief die gevonden in ondergrondse waterafzettingen. Deze gemodificeerde "slimme" nanodeeltjes, bekend als tracers, kan hoge pH-waarden of de aanwezigheid van hydraulische frackingchemicaliën detecteren.

In de beginfase van hun onderzoek gefinancierd door een subsidie ​​van het CSU Water Center, Li en Sanford testen hun speciaal ontworpen koolstofnanodeeltje om te zien hoe het door de grond beweegt. Als ze eenmaal begrijpen hoe het deeltje door een aantal ondergrondse omgevingen reist, het zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om naar chemicaliën te zoeken in enkele van de meest vijandige ondergrondse omgevingen van de aarde.

"We willen ook zien hoe nanodeeltjes de samenstelling van de natuurlijke omgeving beïnvloeden en hoe bepaalde elementen in de grond de samenstelling van het nanodeeltje veranderen, " legde Li uit.

Temperatuur, waterverzadiging, en de fysische en chemische samenstelling van de bodem zijn de belangrijkste factoren die de beweging van nanodeeltjes kunnen veranderen.

Controversiële praktijk

Het hydraulisch breken van putten heeft de afgelopen jaren een politieke storm veroorzaakt, aangezien inwoners van Colorado de gezondheids- en veiligheidsrisico's van het injecteren van chemicaliën in de grond in twijfel trekken om olie en aardgas vrij te maken. Er is nog steeds discussie over de vraag of deze chemicaliën schadelijk zijn voor het milieu, en een vraag waar de chemicaliën naartoe gaan na injectie, uit angst dat ze de grondwatervoorraden zouden kunnen vervuilen.

Met behulp van tracers, Li en Sanford theoretiseren dat ze de deeltjes in de aarde zouden kunnen injecteren in de buurt van fracking-locaties en hen in staat zouden stellen om ondergrondse waterstroompaden te volgen tot op een afstand van de injectieplaats. Als de teruggevonden tracers fluorescerend zijn, ze reageren op de frackende chemische stof waarvoor ze zijn ontworpen om te detecteren, die het pad demonstreert dat die chemicaliën hebben afgelegd.

In het verlengde van Li's postdoctorale werk, deze tracers kunnen ook worden gebruikt om de winning van olie uit reserves diep in de aarde te verbeteren, waarmee wetenschappers de hoeveelheid olie die kan worden verpompt kunnen vergroten, tijd en geld besparen bij het boren van nieuwe putten.

"Slechts ongeveer 50 procent van de aardoliereservoirs wordt afgetapt, " zei Li. "Met het potentieel om de huidige oliereserves snel leeg te maken, de noodzaak om de oliewinning te verbeteren en de andere verborgen 50 procent te vinden, wordt uiterst belangrijk."

Zware omstandigheden

Echter, deze reservoirs zijn vaak erg diep in de grond en kunnen de thuisbasis zijn van extreme omstandigheden die het moeilijk maken voor nanodeeltjes om te overleven. Veel ontwikkelde nanodeeltjes zijn niet bestand tegen het hoge zoutgehalte van de oliereserve en verslechteren tijdens het vinden van de olie. Echter, Li en Sanford geloven dat ze een nanodeeltje hebben ontwikkeld dat zowel in de barre omgeving kan overleven als zijn slimme vermogens voor een lange periode kan behouden.

"Het gebruik van deze nanodeeltjes is potentieel vrij uitgebreid, ", legt Sanford uit. "Door slimme deeltjes te creëren, kunnen we zien hoe verontreinigingen zich in de ondergrond verspreiden, het terugwinnen van economische mineralen in water kan worden gedaan, en de toepassingen in de olie-industrie zijn veelvoudig."

Nog in de beginfase van het onderzoek, Li en Sanford patenteren hun nieuwe nanodeeltje en blijven het testen ter voorbereiding op studies in het veld.