Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые разработали «зеленые» реагенты для добычи нефти из отходов растений
Бурение — единственный способ добычи подземных углеводородов, но традиционные буровые растворы на основе нефтехимии создают серьезную экологическую угрозу. Их токсичные отходы отравляют почву и грунтовые воды, нанося долгосрочный ущерб экосистемам и здоровью людей. В качестве решения разрабатываются «зеленые» альтернативы: биоразлагаемые компоненты из отходов сельского хозяйства, растительных масел и природных полимеров, а также наночастицы. Однако у них есть недостатки: органические составы не всегда устойчивы к температурным условиям в скважинах, а нанотехнологии — дороги и не всегда экологичны. Это препятствует массовому переходу на безопасные методы. Ученые Пермского Политеха совместно с международными исследователями разработали новые классы реагентов для нефтедобычи, сочетающие биоразлагаемые компоненты с наночастицами. Данные составы сокращают вредные утечки более чем на 31% и при этом полностью разлагаются, не нанося ущерба природе.
Бурение скважин — это единственный физический метод, позволяющий добраться до подземных углеводородных ресурсов. Поскольку доступ к ним остается критически важным для мировой экономики, объемы таких работ в мире стабильно растут. Согласно прогнозам, к 2026 году ежегодно будут осваиваться около 60 000 новых объектов.
По сути, это строительство многослойной трубы, уходящей на километры вглубь. Специальная буровая установка разрушает породу мощной вращающейся головкой (долотом). Параллельно в скважину непрерывно закачивается буровой раствор, который охлаждает инструмент, выносит на поверхность образующийся шлам и создает давление, предотвращающее обрушение стенок и выброс нефти и газа. По мере углубления ствол укрепляется стальными обсадными трубами, которые цементируются, формируя прочную и безопасную конструкцию.
Главная проблема заключается в том, что традиционный буровой раствор, от которого зависит успех всей этой сложной операции, сам по себе становится источником долгосрочной экологической угрозы. Для выполнения своих функций в его состав включают синтетические полимеры и химические реагенты на нефтяной основе. После использования тысячи кубометров этой токсичной жидкости вместе с захваченной горной породой образуют опасные отходы, которые медленно разлагаются, отравляя почву и грунтовые воды.
В свою очередь, это запускает цепную реакцию для всей экосистемы. Токсины, попадая в водоносные горизонты, снижают качество питьевой воды и наносят ущерб сельскому хозяйству. Загрязнение ведет к деградации мест обитания, накоплению ядов в растениях и потере биоразнообразия. Таким образом, негативное воздействие отходов становится долгосрочной угрозой для здоровья людей и устойчивости природы в регионах бурения.
На сегодня существуют решения, направленные на смягчение этой проблемы. Основной путь — поиск и внедрение биоразлагаемых добавок, которые могут заменить опасные компоненты в составе бурового раствора. В качестве таких используются природные материалы: например, отходы сельского хозяйства (кожура цитрусовых, скорлупа орехов, жмых), растительные масла (рапсовое, льняное) вместо нефтяных, а также природные полимеры вроде ксантановой камеди (загуститель, который производят бактерии). Их ключевое преимущество — способность распадаться в окружающей среде на безопасные вещества (углекислый газ, вода, биомасса) после завершения работ.
Другой, более технологичный подход — использование наночастиц (микроскопических частиц оксидов металлов или кремния) для кардинального улучшения свойств раствора: они хорошо «запечатывают» поры и выдерживают высокие температуры. Однако у каждого подхода есть свой существенный недостаток: простые растительные отходы часто не выдерживают экстремальных условий в глубоких скважинах — высоких температур и давлений, теряя работоспособность. А сами по себе наночастицы, хоть и эффективны, часто требуют сложного и дорогого производства, не всегда являясь полностью «зелеными». Эта разрозненность создает технологический барьер для широкого промышленного применения экологичных решений.
Ученые Пермского Политеха совместно с международными коллегами разработали новые классы реагентов для добычи нефти, которые сочетают в себе биоразлагаемые добавки с наночастицами. Статья опубликована в журнале «Journal of Molecular Liquids».
Сначала специалисты изучили десятки исследований, чтобы систематизировать все известные «зеленые» добавки — от простой картофельной кожуры до сложных биополимеров. Основной задачей было понять, какие комбинации природных материалов и наночастиц могут обеспечить эффективную и стабильную работу бурового раствора в широком диапазоне условий — от умеренных до экстремально высоких температур (свыше 150°C), характерных для глубоких скважин.
— Мы выяснили, что ключевой принцип заключается во взаимном усилении грубых растительных частиц и микроскопических наноусилителей. Первые создают прочный каркас, а вторые, как умный герметик, заполняют мельчайшие трещины и поры, которые не под силу более крупным частицам, — рассказал Дмитрий Мартюшев.
В результате исследователи разработали серию из трех конкретных готовых реагентов — точных «рецептов» для бурового раствора.
— Один из наиболее эффективных — это гибридная композиция на основе порошка из семян дикорастущего растения гунделии и наностержней оксида цинка. Порошок из гунделии здесь работает как структурная основа, а наночастицы, которые ученые синтезируют экологичным способом с помощью растительных экстрактов, выступают в роли усилителя. Вместе они создают мощный реагент, который удерживается в скважине, не уходя в породу, даже при сильном нагреве, — пояснил Дмитрий Мартюшев.
В отличие от обычных синтетических наноматериалов, которые высокоэффективны, но часто токсичны, наночастицы в этом реагенте созданы «зеленым» методом и не отравляют геологическую среду. Таким образом, разработка превосходит простые материалы по результативности, а обычные синтетические добавки — по безопасности.
Для решения других технологических задач ученые разработали реагенты на альтернативной основе. Для улучшения вязкости и контроля фильтрации они создали состав на основе нанобиополимера из обычной пшеничной муки. Ее измельчение до наноразмеров превращает ее в ультрамелкий порошок, который не только стабилизирует реологические свойства раствора (текучесть и вязкость), но и значительно сокращает его потери в пласт.
По сравнению с синтетическими полимерами этот аналог работает экологичнее, так как производится из возобновляемого сырья и безопаснее разлагается. В то время как грубые природные добавки (простая молотая кожура или необработанный крахмал) часто недостаточно эффективны, наноразмерная структура обеспечивает более высокую результативность, стабильное и экономичное действие, формируя в жидкости однородную систему.
Однако для экстремальных условий — например, в скважинах с температурами от 150–200 °C — потребовалось более сложное решение. Ученые создали комбинацию из натуральной трагакантовой камеди (природного загустителя) с наночастицами оксида цинка. Такая добавка делает раствор значительно гуще и резко сокращает его вредные утечки в породу, что критически важно для безопасного бурения на больших глубинах. В отличие от чистой трагакантовой камеди, которая при таких температурах быстро разлагается и теряет свои загущающие свойства, наночастицы цинка стабилизируют ее структуру, выступая термостойким каркасом.
В итоге все разработанные реагенты значительно улучшают рабочие характеристики раствора, снижая вредные утечки на 31% и более, но при этом сохраняют способность к быстрому и безопасному разложению в окружающей среде.
Тем не менее, все эти инновации касаются именно добавок. Для фундаментального решения экологической проблемы также необходимо менять саму основу бурового раствора — токсичную нефтяную жидкость.
— В качестве полноценной замены можно использовать эфиры масла черного тмина или миндаля. Эти жидкости способны полностью заменить токсичное дизельное топливо в составе бурового раствора. По своим рабочим характеристикам — смазывающей способности и стабильности — они сопоставимы с традиционными нефтяными продуктами. Однако их ключевое преимущество — экологичность. Такие биоосновы разлагаются в природных условиях на 80–90% всего за несколько недель, в то время как дизельные фракции могут отравлять почву и грунтовые воды годами, — добавил Дмитрий Мартюшев.
Все это позволяет не только решить проблему токсичных отходов бурения, но и значительно упростить и удешевить их утилизацию, снижая экологические риски и финансовые издержки для компаний.
Таким образом, созданные реагенты и базовые жидкости позволяют не только сохранить высокую технологическую эффективность процесса бурения, но и кардинально снизить его вред для природы. Решается проблема токсичных отходов, упрощается и удешевляется их утилизация, что ведет к снижению как экологических рисков, так и финансовых издержек для компаний.
Telegram 
Дзен 
VK На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
Биологи на примере птиц определили защитную функцию рыжего пигмента феомеланина, который ранее считали бесполезным и даже опасным из-за доказанной связи с развитием меланомы. Организм использовал его синтез для нейтрализации ядовитого избытка цистеина и выводил токсичные запасы серы в перья.
В Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
Ученые десятилетиями ищут кости мамонтов, которые, по данным генетиков, могли дожить на материке до бронзового века. Очередная потенциальная находка с Аляски, считавшаяся остатками мамонтов, после проверки оказалась костями китов, умерших около двух тысяч лет назад.
Польша может экстрадировать на Украину российского археолога, заведующего сектором археологии Северного Причерноморья в отделе Античного мира Эрмитажа Александра Бутягина. Соответствующее ходатайство направила прокуратура в Окружной суд Варшавы.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Ученые задались вопросом: почему два расположенных по соседству спутника Юпитера такие разные, ведь на Ио повсеместно извергаются вулканы, а Европа полностью покрыта многокилометровой коркой льда. Есть версия, что Ио когда-то тоже была богата водой, но по итогам недавнего исследования это сочли неправдоподобным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно