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 В 1980-х годах большую популярность приобрела борьба с озоновыми дырами. Из-за нее хладагенты из хлорфторгулеродов заменили на аналоги из гидрофторуглеродов. Теперь ученые выяснили, что эта замена — как и следующие за ней, уже в рамках борьбы с глобальным потеплением — ведет к накоплению в атмосфере довольно опасных «вечных химикатов».
Физики экспериментально доказали, что частицы вещества при рождении сохраняют квантовую запутанность виртуальных предшественников. Пары лямбда-гиперонов и антилямбд появлялись на свет с синхронизированными спинами, которые они унаследовали от энергетических флуктуаций пустоты. Закономерность объяснила, как материя переходит из скрытого квантового состояния в физический мир, раскрыв еще один ключ к природе возникновения массы.
Голоса «детей» викторианской эпохи показали, как индустриализация изменила акценты английского языка
Современные акценты английского языка во многом отражают социально-экономические процессы, происходившие в Великобритании в викторианскую эпоху, то есть с 1837 года по 1901 год. Лингвисты доказали это, проанализировав архивные аудиозаписи разговоров с людьми, которые родились в указанный период и после него.
Биологи использовали данные отлова змей за 22 года, чтобы объяснить появление редких ядовитых рептилий в засушливых и нетипичных для них районах штата Гоа. Анализ показал, что королевские кобры Западных Гат используют железнодорожную сеть как скоростной коридор для расселения, случайно путешествуя в товарных вагонах из родных лесов к побережью.
Астрономы впервые напрямую связали основание гигантского джета с «тенью» первой «сфотографированной» сверхмассивной черной дыры M87*. Анализ данных, полученных с помощью Телескопа горизонта событий (EHT), позволил проследить, где именно формируется релятивистская струя и лучше понять механизмы ее возникновения.
Яркий надувной тюбинг, в народе прозванный «ватрушкой», стал символом зимнего отдыха. Он кажется удобным, мягким и потому — безопасным. Это ощущение обманчиво и ежегодно приводит к тысячам серьезных травм. В чем же кроется фундаментальная опасность этого популярного развлечения? На этот вопрос для нашего издания ответил Олег Рубан, кандидат технических наук, доцент кафедры физики РТУ МИРЭА, объяснив, почему законы физики превращают безобидный на вид тюбинг в неуправляемый снаряд.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
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