Più di 30 stati hanno formazioni di scisto che ospitano gas naturale nel sottosuolo, secondo l'Energy Information Administration. Ma gli esperti del settore non sono d'accordo sulla quantità esatta di carburante all'interno. Questo perché il gas naturale e altri idrocarburi si trovano all'interno della nanoscala, pori difficili da misurare nelle rocce di scisto, che hanno proprietà non ancora comprese.

"Se si vuole stimare la capacità di stoccaggio del gas di scisto, devi capire i materiali che li immagazzinano, "ha detto Yun Liu, un professore associato affiliato di ingegneria chimica presso l'Università del Delaware e un fisico presso il Centro per la ricerca sui neutroni del National Institute of Standards and Technology (NIST).

Ora, utilizzando lo scattering di neutroni, Liu e un team di ricercatori dell'UD, NIST e Aramco Services Company hanno sviluppato un nuovo metodo non invasivo per misurare la variazione delle proprietà superficiali in profondità all'interno di materiali porosi.

Questo metodo può aiutare gli esperti di gas naturale a comprendere meglio i campioni di scisto esaminando la distribuzione composizionale sulle superfici porose all'interno degli scisti che influenza direttamente lo stoccaggio e il trasporto degli idrocarburi. Questo alla fine li aiuterebbe a decidere se investire tempo e risorse per estrarre il gas dalla formazione da cui provengono i campioni. I risultati di questo studio, pubblicato giovedì, 22 febbraio sul diario Comunicazioni sulla natura , potrebbe anche essere usato per comprendere molti altri diversi tipi di materiali porosi usando la diffusione di neutroni o la diffusione di raggi X.

Indagare i pori

Non è solo la dimensione dei pori che conta, ma la struttura superficiale e la chimica superficiale, poiché il gas naturale interagisce con i bordi esterni di ogni minuscolo poro nella roccia. Le proprietà dei pori determinano anche come il gas uscirà dalla formazione.

Per comprendere questi pori, il team di ricerca ha iniziato con campioni di cherogeno di scisto isolato, una materia organica che immagazzina la maggior parte degli idrocarburi come il gas naturale negli scisti. Per sbirciare all'interno del kerogen, hanno usato lo scattering di neutroni a piccolo angolo, sparare un raggio di neutroni subatomici attraverso una sostanza e raccogliere informazioni sul comportamento dei neutroni per determinare le proprietà dei pori. La diffusione dei neutroni non è distruttiva, a differenza della microscopia elettronica, un altro metodo comune utilizzato per studiare i materiali porosi.

Successivamente il gruppo ha misurato la variazione dei segnali di diffusione dei neutroni con l'assorbimento di gas a diverse pressioni. La variazione dell'intensità dei neutroni riflette la distribuzione compositiva sulle superfici all'interno di un campione.

Questo nuovo metodo può rivelare nuove informazioni che altri metodi non fanno, come l'eterogeneità di superficie. In poche parole, fornisce informazioni che aiutano i ricercatori a capire meglio con cosa stanno lavorando. Quando aggiunti ad altre informazioni raccolte da un sito, può aiutare il processo decisionale.

"La maggior parte delle altre tecniche utilizzate nel settore petrolifero fornisce i valori 'medi' dei parametri del campione, ", ha affermato l'autore dello studio Wei-Shan Chiang, un ricercatore post-dottorato in ingegneria chimica e biomolecolare presso UD che lavora in loco presso il NIST Center for Neutron Research e presso Aramco Services Company. "Il nostro metodo fornisce sia la 'media' che la 'deviazione' (la larghezza di distribuzione) delle proprietà del materiale".

Questo metodo dovrebbe funzionare anche su molti altri materiali, come il cemento, e forse anche materiali biologici come il sangue, disse Liu. Il team non vede l'ora di applicare il proprio metodo a nuovi sistemi.