Uma esponja de captura de óleo barata e reutilizável foi desenvolvida para recuperar efluentes de fraturamento hidráulico em alta temperatura
por Pavani Cherukupally
Na conferência COP26, os líderes globais se comprometeram a reduzir as emissões de carbono e enfrentar os desafios da água. No entanto, nenhuma decisão foi tomada em termos de redução dos subsídios aos combustíveis fósseis - a partir de 2021, a indústria do petróleo sozinha ajuda a atender até 32% das necessidades mundiais de energia.
Infelizmente, a extração de petróleo bruto com vapor, conhecida como fracking, gera aproximadamente 100 bilhões de litros de água residual por ano . Essas águas residuais são coletadas em temperaturas elevadas (80 ℃ ou mais), tornando a limpeza difícil devido à falta de tecnologias de gerenciamento de águas residuais em alta temperatura. Os processos de recuperação atuais exigem práticas laboriosas, poluentes e que consomem muita energia.
Para superar esses desafios, uma esponja de captura de óleo barata, reutilizável e termicamente estável foi desenvolvida para recuperar efluentes de fraturamento hidráulico em suas altas temperaturas de descarga e para recuperar óleo cru residual dos resíduos. O filtro de esponja elimina a necessidade de armazenar água de fraturamento difícil de tratar em tanques de rejeitos e reduz as emissões durante sua reutilização.
Eliminando o processamento que consome muita energia
Embora os atuais processos de remediação da água de fraturamento hidráulico sejam eficazes, eles são muito lentos, trabalhosos, desperdiçam calor e energia e causam poluição significativa. Por exemplo, no Canadá, os efluentes de fraturamento hidráulico são resfriados de sua alta temperatura de descarga (80 ° C) até a temperatura ambiente (2 ° C no inverno e 25 ° C no verão), armazenados em lagoas, tratados com tecnologias tradicionais de água e, em seguida, reaquecidos para extrair o petróleo bruto.
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| Tratamento de águas residuais (a) sem e (b) com o filtro de esponja |
Devido aos processos lentos de resfriamento / aquecimento que consomem muita energia, a partir de agora, aproximadamente 1,2 trilhão de litros de águas residuais oleosas aguardam para serem tratados nas famosas lagoas de rejeitos que medem 220 km 2 em Alberta, Canadá. Este processo e essas lagoas são uma fonte prejudicial de poluição do ar, da água e do solo, com o declínio da vida selvagem sendo registrado em locais de extração de petróleo como estes.
Os materiais de separação atuais, como as membranas, são caros e se degradam facilmente quando expostos a altas temperaturas, tornando-os ineficazes nessas situações. Como alternativa, as esponjas coletoras de óleo fabricadas com o revestimento de esponjas comuns de poliuretano com nanossilício com cobertura orgânica provaram ser eficazes na limpeza de águas residuais, puxando minúsculas gotículas de óleo como um ímã. Com a seleção estratégica de materiais, esponjas coletoras de óleo podem ser instaladas para preencher essa lacuna na purificação de água em alta temperatura.
Uma nova esponja absorvente de óleo para o resgate
Para este fim, uma nova esponja de nanosilício feita por uma esponja de poliuretano "termoendurecível" demonstrou suportar temperaturas de até 220ºC - mais do que o dobro das temperaturas de recuperação de efluentes de fraturamento de 80-100ºC - como resultado de sua estrutura em colmeia 3D rígida e estável . A velocidade de remoção do óleo aumentou 27% quando a temperatura do efluente foi aumentada de 30 para 40 ºC. Suspeitou-se inicialmente que a remoção das gotículas de óleo seria mais rápida em temperaturas de água mais altas por causa da viscosidade decrescente do petróleo bruto.
A velocidade de remoção do óleo não aumentou muito quando a temperatura foi elevada de 40 para 100ºC. Isso porque os cristalitos de cera presentes no óleo cru tornam as gotas de óleo demoradas para serem removidas e, uma vez que derretem a 40ºC, as gotas de óleo podem ser capturadas rapidamente. As gotículas de óleo capturadas podem então ser recuperadas da esponja enxaguando com um solvente seguro e a esponja reutilizada.
Aproximadamente 1g da esponja removeu 99% das gotículas de óleo de 1L da água residual em cinco minutos. Se aumentadas, essas esponjas poderiam limpar cerca de 25-35 milhões de litros de água de fraturamento produzida a cada dia. Por sua vez, poderia evitar o armazenamento de água de fraturamento em tanques de rejeitos, eliminando os ciclos de resfriamento / aquecimento desnecessários para reduzir as emissões de carbono e melhorar a economia de energia.
Atualmente, estamos trabalhando na compreensão da estrutura física das gotículas nos complexos sistemas de fluxo em colaboração com pesquisadores do BP Institute e da Cambridge University, e do Rutherford Appleton Laboratory no Reino Unido. Além disso, ampliar as esponjas para recuperar grandes volumes de águas residuais para implementação no mundo real sob o Programa de Pesquisa de Derramamentos de Óleo de vários parceiros apoiado pelo Departamento de Pesca e Oceanos do Canadá.
Escrito por: Pavani Cherukupally 1 e Geoffrey Ozin 2
[1] Departamento de Engenharia Química, Imperial College London, Reino Unido
[2] Solar Fuels Group, University of Toronto, Ontario, Canada, Email: g.ozin@utoronto.ca ; Sites: www.nanowizard.info , www.solarfuels.utor o nto.ca , www.artnanoinnovations.com
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