Quando la piattaforma petrolifera Deepwater Horizon ha subito un'esplosione catastrofica e uno scoppio il 21 aprile, 2010, portando alla peggiore fuoriuscita di petrolio nella storia dell'industria petrolifera, gli operatori del pozzo pensavano di poter bloccare la perdita entro poche settimane. Il 9 maggio sono riusciti ad abbassare una cupola di contenimento di 125 tonnellate sopra la testa del pozzo rotta. Se quella misura avesse funzionato, avrebbe incanalato il petrolio fuoriuscito in un tubo che lo portava a una nave cisterna sopra, impedendo così la continua fuoriuscita che ha reso la fuoriuscita così devastante. Perché il contenimento non ha funzionato come previsto?

Il colpevole era una miscela ghiacciata di acqua ghiacciata e metano, chiamato clatrato di metano. A causa delle basse temperature e dell'alta pressione vicino al fondale marino, la miscela fangosa accumulata all'interno della cupola di contenimento e bloccato il tubo di scarico, impedendogli di reindirizzare il flusso. Se non fosse stato per quel clatrato di metano, il contenimento potrebbe aver funzionato, e si sarebbero potuti evitare quattro mesi di perdite ininterrotte e di vasta devastazione ecologica.

Ora, un team di ricercatori del MIT ha escogitato una soluzione che potrebbe prevenire un esito così disastroso la prossima volta che si verifica una tale perdita. Può anche prevenire blocchi all'interno di oleodotti e gasdotti che possono portare a costosi arresti per pulire un tubo, o peggio, alla rottura della conduttura da un accumulo di pressione.

Il nuovo metodo per prevenire l'accumulo di ghiaccio è descritto in un articolo sulla rivista Materiali e interfacce applicati ACS , in un articolo del professore associato di ingegneria meccanica Kripa Varanasi, postdoc Arindam Das, e i neolaureati Taylor Farnham SB '14 SM '16 e Srinivas Bengaluru Subramanyam PhD '16.

La chiave del nuovo sistema è rivestire l'interno del tubo con uno strato di un materiale che favorisce la diffusione di uno strato di barriera all'acqua lungo la superficie interna del tubo. Questo strato barriera, la squadra ha trovato, può prevenire efficacemente l'adesione di eventuali particelle di ghiaccio o gocce d'acqua alla parete e quindi contrastare l'accumulo di clatrati che potrebbero rallentare o bloccare il flusso.

A differenza dei metodi precedenti, come il riscaldamento delle pareti dei tubi, depressurizzazione, o utilizzando additivi chimici, che può essere costoso e potenzialmente inquinante, il nuovo metodo è completamente passivo, cioè una volta posizionato non richiede ulteriori aggiunte di energia o materiale. La superficie rivestita attrae gli idrocarburi liquidi già presenti nel petrolio che scorre, creando un sottile strato superficiale che respinge naturalmente l'acqua. Ciò impedisce in primo luogo ai ghiacci di attaccarsi al muro.

Misure di prevenzione esistenti, note come misure di garanzia del flusso, "sono costosi o dannosi per l'ambiente, "dice Varanasi, e attualmente l'uso di tali misure "incide sulle centinaia di milioni di dollari" ogni anno. Senza quelle misure, gli idrati possono accumularsi in modo da ridurre la portata, che può ridurre i ricavi, e se creano blocchi, ciò "può portare a un fallimento catastrofico, " Dice Varanasi. "E' un grosso problema per l'industria, sia per la sicurezza che per l'affidabilità."

Il problema potrebbe diventare ancora più grande, dice Das, l'autore principale del giornale, perché il metano si idrata, che sono abbondanti in molti luoghi come le piattaforme continentali, sono visti come una nuova enorme potenziale fonte di carburante, se possono essere escogitati metodi per estrarli. "Le stesse riserve oscurano sostanzialmente tutte le riserve conosciute [di petrolio e gas naturale] a terra e in acque profonde, " lui dice.

Ma tali depositi sarebbero ancora più vulnerabili al congelamento e alla formazione di tappi rispetto ai pozzi di petrolio e gas esistenti. La prevenzione di questi accumuli di ghiaccio dipende in modo critico dall'impedire alle primissime particelle di clatrato di aderire al tubo:"Una volta che si attaccano, attirano altre particelle" di clatrato, e l'accumulo decolla rapidamente, dice Farnham. "Volevamo vedere come ridurre al minimo l'adesione iniziale sulle pareti dei tubi".

L'approccio è simile a quello utilizzato in una società fondata da Varanasi per commercializzare i precedenti lavori del suo laboratorio, che crea rivestimenti per contenitori che impediscono al contenuto, dal ketchup al miele, alla pittura e ai prodotti chimici per l'agricoltura, di attaccarsi alle pareti del contenitore. Tale sistema prevede due passaggi:prima la creazione di un rivestimento strutturato sulle pareti del contenitore, e quindi aggiungendo un lubrificante che rimane intrappolato nella trama e impedisce al contenuto di aderire.

Il nuovo sistema di gasdotti è simile a quello, Varanasi spiega, ma in questo caso "stiamo usando il liquido che c'è nell'ambiente stesso, " piuttosto che applicare un lubrificante sulla superficie. La caratteristica chiave nella formazione del clatrato è la presenza di acqua, lui dice, in modo che l'acqua possa essere tenuta lontana dalla parete del tubo, l'accumulo di clatrati può essere fermato. E gli idrocarburi liquidi presenti nel petrolio, purché aderiscano alla parete grazie ad un'affinità chimica del rivestimento superficiale, può efficacemente tenere lontana quell'acqua.

"Se il petrolio [nell'oleodotto] viene fatto spargere più facilmente sulla superficie, poi forma un film barriera tra l'acqua e il muro, " dice Varanasi. Nei test di laboratorio, che ha utilizzato una sostanza chimica proxy per il metano perché i clatrati di metano effettivi si formano in condizioni di alta pressione che sono difficili da riprodurre in laboratorio, il sistema ha funzionato in modo molto efficace, dice la squadra. "Non abbiamo visto idrati aderire ai substrati, "Dice Varanasi.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.