La maggior parte delle riserve mondiali di petrolio e gas naturale potrebbe essere rinchiusa all'interno dei minuscoli pori che compongono la roccia di scisto. Ma gli attuali metodi di perforazione e fratturazione non possono estrarre molto bene questo carburante, recuperando solo il 5% stimato del petrolio e il 20% del gas dallo scisto. Ciò è in parte dovuto a una scarsa comprensione di come i fluidi scorrano attraverso questi piccoli pori, che misurano solo nanometri di diametro.

Ma nuove simulazioni al computer, descritto questa settimana sul giornale Fisica dei fluidi , può sondare meglio la fisica sottostante, potenzialmente portando a un'estrazione più efficiente di petrolio e gas.

Con rocce più porose come l'arenaria, dove i pori sono grandi quanto pochi millimetri, le compagnie petrolifere e del gas possono estrarre più facilmente il carburante iniettando acqua o vapore nel terreno, forzando il petrolio o il gas.

"Le loro caratteristiche fisiche sono ben comprese, " disse Yidong Xia, uno scienziato computazionale presso l'Idaho National Laboratory. "Esistono molti modelli matematici ben calibrati per progettare gli strumenti ingegneristici per l'estrazione del petrolio".

Ma questo non è il caso dello shale.

"La difficoltà è che la dimensione dei pori è molto piccola, e la maggior parte di loro sono dispersi, sono isolati, " disse Xia. "Quindi, se puoi riempire parte dei pori con acqua, non c'è modo che possa entrare in altri pori."

La fratturazione idraulica può creare crepe che collegano quei pori, ma senza una solida comprensione della distribuzione dei pori e della struttura dello scisto, le compagnie petrolifere e del gas lavorano alla cieca.

Per capire meglio la fisica di come i fluidi come l'acqua, petrolio e gas scorrono attraverso pori così piccoli, i ricercatori si sono sempre più rivolti alle simulazioni al computer. Eppure anche quelli sono stati limitati. Quando i pori sono grandi, il fluido si muove come un continuum uniforme e i modelli possono trattarlo come tale. Ma con i pori su scala nanometrica nello scisto, il fluido agisce più come un insieme di particelle.

In linea di principio, un computer può simulare il comportamento di ogni singola molecola che compone il fluido, ha detto Xia. Ma ciò richiederebbe troppa potenza di calcolo per essere pratico.

Anziché, Xia e i suoi colleghi hanno usato quello che viene chiamato un approccio a grana grossa. Hanno modellato il fluido come un insieme di particelle in cui ogni particella rappresenta un cluster di poche molecole. Questo riduce drasticamente la quantità di muscolo computazionale necessaria.

Ciò che distingue anche questi nuovi risultati è l'incorporazione di immagini ad alta risoluzione di campioni di scisto. I ricercatori dell'Università dello Utah hanno utilizzato la microscopia elettronica a scansione con fascio ionico focalizzato su un pezzo di scisto di Woodford di pochi millimetri di diametro. Il fascio ionico in questo metodo taglia il campione, scansione di ogni fetta per generare un'immagine 3D della roccia e la sua struttura dettagliata dei pori su scala nanometrica. Queste immagini vengono quindi inserite nel modello al computer per simulare il flusso di fluido attraverso le nanostrutture scansionate.

"La combinazione [di microscopia e simulazioni] è ciò che produce davvero risultati significativi, " ha detto Xia.

Ancora, questo tipo di simulazioni da solo non rivoluzionerà l'estrazione di petrolio e gas di scisto, Egli ha detto. Avresti bisogno di una comprensione più ampia dell'intera struttura dello scisto, non solo piccoli campioni. Ma, Egli ha detto, potresti prendere più campioni in tutto lo scisto ed eseguire simulazioni al computer per ottenere maggiori informazioni sulla sua fisica.

Per essere chiari, Xia ha aggiunto, non stanno approvando nessuna particolare tecnologia o fonte di energia. Come ricercatori, il loro obiettivo è semplicemente comprendere meglio la fisica di base dello scisto.