Frattura idraulica, o fracking, fornisce energia fondamentale per la società, ma utilizza anche grandi quantità di acqua dolce mentre produce quantità corrispondenti di acque reflue. Schiume a base d'acqua, che utilizzano circa il 90% in meno di acqua rispetto ai fluidi per fracking, fornire un'alternativa, ma il meccanismo della frattura provocata dalla schiuma in tale perforazione non è ben compreso.

Ora, Ricercatori di Princeton guidati da Howard Stone, il Donald R. Dixon '69 e Elizabeth W. Dixon Professore di ingegneria meccanica e aerospaziale, hanno testato sperimentalmente una descrizione dettagliata del comportamento alla fratturazione della schiuma. I ricercatori hanno riportato i loro risultati in un articolo del 26 luglio sulla rivista PNAS .

Schiuma, bolle di gas sospese in un liquido, sono comprimibili; i liquidi no. Nella tipica fratturazione idraulica, fluido incomprimibile viene iniettato ad alta pressione per fratturare il giacimento di scisto. Quando vengono iniettate schiume comprimibili, il comportamento delle schiume è più complesso. La pressione applicata alla schiuma provoca la compressione e l'espansione delle bolle, creando cambiamenti in tutta la schiuma.

Utilizzando una configurazione da tavolo, i ricercatori hanno simulato il fracking utilizzando una comune schiuma (crema da barba) iniettata in una camera piena di gelatina. L'esperimento, che imita le condizioni di fracking, ha permesso loro di studiare parametri come la velocità di iniezione e la viscosità del fluido. I ricercatori hanno utilizzato i dati per produrre una descrizione dettagliata dell'impatto della schiuma comprimibile sulla frattura.

"La schiuma che usiamo qui consiste [di] solo il 10% circa dell'acqua in volume, " disse Ching-Yao Lai, l'autrice principale del documento che ha ricevuto il suo dottorato in ingegneria meccanica e aerospaziale a Princeton questa primavera. "La maggior parte dello spazio nelle schiume è occupato da bolle di gas. L'uso delle schiume modifica notevolmente la dinamica di propagazione della frattura rispetto ai casi standard con iniezione d'acqua.

"La fratturazione con schiuma è stata sviluppata in Canada per ridurre al minimo l'uso di acqua e altri problemi ambientali causati dall'iniezione d'acqua. Questo ci motiva a sviluppare un sistema per studiare la fisica dietro la fratturazione con schiume, " disse Lai.

I ricercatori hanno affermato che l'analisi può essere estesa ad altri sistemi di flusso che utilizzano schiume comprimibili come antincendio e accumulo di energia.

"Questo progetto ci ha permesso di studiare un aspetto poco studiato della frattura guidata dal fluido, " ha detto Stone. "Ci ha anche permesso di sviluppare nuove intuizioni rilevanti per altri flussi di schiuma poco conosciuti, che speriamo di studiare in futuro."