Un nuovo filtro prodotto dagli scienziati della Rice University si è dimostrato in grado di rimuovere oltre il 90% degli idrocarburi, batteri e particolato da acqua contaminata prodotti da operazioni di fratturazione idraulica (fracking) presso pozzi di petrolio e gas di scisto.

Il lavoro del chimico della Rice Andrew Barron e dei suoi colleghi trasforma una membrana ceramica con pori su microscala in un filtro superidrofilo che "elimina essenzialmente" il problema comune del fouling.

I ricercatori hanno determinato che un passaggio attraverso la membrana dovrebbe pulire l'acqua contaminata a sufficienza per essere riutilizzata in un pozzo, tagliando significativamente la quantità che deve essere immagazzinata o trasportata.

L'opera è segnalata su Nature's open-access Rapporti scientifici .

I filtri impediscono agli idrocarburi emulsionati di passare attraverso i pori carichi di ioni del materiale, che sono larghe circa un quinto di micron, abbastanza piccolo da non consentire il passaggio di altri contaminanti. La carica attira un sottile strato d'acqua che aderisce a tutta la superficie del filtro per respingere i globuli di olio e altri idrocarburi e impedirne l'intasamento.

Un pozzo fratturato idraulicamente utilizza in media più di 5 milioni di galloni di acqua, di cui solo il 10-15% viene recuperato durante la fase di riflusso. "Questo rende molto importante poter riutilizzare quest'acqua, " disse Barrone.

Non tutti i tipi di filtri rimuovono in modo affidabile ogni tipo di contaminante, Egli ha detto.

Le molecole di idrocarburi solubilizzati scivolano attraverso i microfiltri progettati per rimuovere i batteri. Materia organica naturale, come gli zuccheri della gomma di guar usati per rendere più viscosi i fluidi di fracking, richiedono ultra– o nanofiltrazione, ma quelli falliscono facilmente, soprattutto da idrocarburi che si emulsionano in globuli. Un filtro multistadio che potrebbe rimuovere tutti i contaminanti non è pratico a causa dei costi e dell'energia che consumerebbe.

"L'acqua Frac e le acque prodotte rappresentano una sfida significativa a livello tecnico, " disse Barron. "Se usi una membrana con pori abbastanza piccoli da separarsi, fanno fallo, e questo rende inutile la membrana.

"Nel nostro caso, il trattamento superidrofilo determina un aumento del flusso (flusso) di acqua attraverso la membrana e impedisce il passaggio di qualsiasi materiale idrofobo, come l'olio. La differenza di solubilità dei contaminanti funziona quindi per consentire la separazione delle molecole che in teoria dovrebbero passare attraverso la membrana".

Barron e i suoi colleghi hanno usato l'acido cisteico per modificare la superficie di una membrana ceramica a base di allumina, rendendolo superidrofilo, o estremamente attratto dall'acqua. La superficie superidrofila ha un angolo di contatto di 5 gradi. (Un angolo di contatto di 0 gradi sarebbe una pozzanghera.)

L'acido ricopriva non solo la superficie ma anche l'interno dei pori, e ciò impediva al particolato di attaccarsi e sporcare il filtro.

Nei test con riflusso di fracking o acqua prodotta che conteneva gomma di guar, la membrana dell'alumna ha mostrato una lenta diminuzione iniziale del flusso, una misura del flusso di massa attraverso un materiale, ma si è stabilizzata per la durata dei test di laboratorio. Le membrane non trattate hanno mostrato una drastica diminuzione entro 18 ore.

I ricercatori hanno teorizzato che la diminuzione iniziale del flusso attraverso la ceramica fosse dovuta allo spurgo dell'aria dai pori, dopodiché i pori superidrofili intrappolavano il sottile strato d'acqua che impediva l'incrostazione.

"Questa membrana non si sporca, così dura, " ha detto Barron. "Richiede pressioni di esercizio inferiori, quindi hai bisogno di una pompa più piccola che consuma meno elettricità. E questo è tutto meglio per l'ambiente".