Esto podría ser lo que hemos estado esperando para reducir los derrames de petróleo.
Un nuevo recubrimiento de superficie desarrollado por Kripa Varanasi y su equipo hace que el agua gotee en la superficie interna de una tubería en lugar de extenderse. Esto evita la formación de hielos que podrían conducir a una obstrucción en un oleoducto o pozo. Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts
Cuando la plataforma petrolera de Deepwater Horizon sufrió una explosión catastrófica y escape el 21 de abril de 2010, que condujo el peor derrame de petróleo en la historia de la industria del petróleo, los operadores del pozo pensaban que podrían bloquear la fuga dentro de unas semanas. El 9 de mayo lograron bajar un domo de contención de 125 toneladas sobre la cabeza del pozo roto. Si esa medida hubiera trabajado, habría canalizado el aceite que se escapaba en una tubería que lo llevaba a un buque petrolero, evitando así la pérdida constante que hizo que el derrame fuera tan devastador. ¿Por qué la contención no funcionaba como se esperaba?
El culpable fue una mezcla helada de agua congelada y metano, llamado clatrato de metano. Debido a las bajas temperaturas y alta presión cerca del lecho marino, la mezcla fangosa se acumuló dentro de la cúpula de contención y bloqueó el tubo de salida, impidiendo la redirección del flujo. Si no hubiera sido por eso clatrato de metano, la contención podría haber funcionado, y los cuatro meses de salida sin cesar y la devastación ecológica generalizada podría haberse evitado.
Ahora, un equipo de investigadores del MIT ha ideado una solución que podría evitar un resultado tan desastroso la próxima vez que se produzca una pérdida parecida. También puede evitar obstrucciones dentro de oleoductos y gasoductos que pueden conducir a costosas paradas para limpiar una tubería, o peor aún, la ruptura de una tubería por acumulación de presión.
El nuevo método de prevención de la acumulación de hielo se describe en un artículo en la revista ACS Applied Materials and Interfaces, en un artículo del profesor asociado de ingeniería mecánica Kripa Varanasi, el postdoctor Arindam Das y los recién graduados Taylor Farnham SB 14 SM 16 y Srinivas Bangalore Subramanyam doctorado 16.
La clave para el nuevo sistema es cubriendo el interior de la tubería con una capa de un material que promueve la difusión de una capa de barrera de agua a lo largo de la superficie interna del tubo. Esta capa de barrera, el equipo encontró, que puede efectivamente evitar la adherencia de las partículas de hielo o gotas de agua a la pared y así frustrar la constitucion de los clatratos que podrían ralentizar o bloquear el flujo.
A diferencia de los métodos anteriores, tales como el calentamiento de las paredes de la tubería, despresurización o el uso de aditivos químicos, que pueden ser costosos y potencialmente contaminantes, el método nuevo es totalmente pasivo, es decir, una vez en su lugar no requiere más adición de material o energía. La superficie cubierta atrae hidrocarburos líquidos que ya están presentes en el petróleo que fluye, creando una capa superficial delgada que repele naturalmente el agua. Esto evita que los hielos se fijen a la pared en primer lugar.
Las medidas de prevención existentes, conocidas como medidas de aseguramiento de flujo, "son costosas o ambientalmente antipáticas," dice Varanasi, y actualmente el uso de las medidas "ronda los cientos de millones de dólares" cada año. Sin esas medidas, los hidratos pueden acumularse para reducir el caudal, lo que puede reducir los ingresos, y si crean bloqueos luego "puede conducir a una falla catastrófica", dice Varanasi. "Es un problema importante para la industria, para la seguridad y fiabilidad".
El problema podría ser aún mayor, dice Das, autor del libro, porque los hidratos de metano, que son abundantes en muchos lugares tales como plataformas continentales, se ven como una enorme fuente de potencil Nuevo combustible, si pueden idear métodos para extraer los hidratos del metano. "Las reservas mismas substancialmente eclipsan todas las reservas conocidas de petróleo y gas natural] en tierra y en aguas profundas," dice él.
Pero tales depósitos serían incluso más vulnerables a la congelación y la formación de tapones que los pozos de petróleo y gas existentes. La prevención de estas acumulaciones de hielo depende críticamente de detener las primeras partículas de clatrato de adherirse a la tubería: "Una vez que se adhieren, atraen otras partículas" de clatrato, y la acumulación se quita rápidamente, dice Farnham. "Queríamos ver cómo podríamos minimizar la adherencia inicial de las paredes de la tubería".
El enfoque es similar al que se utiliza en una empresa establecida en Varanasi para comercializar el trabajo anterior de su laboratorio, que crea recubrimientos para envases que evitan que el contenido, desde de salsa de tomate o miel para pintar y productos agroquímicos, se adhieran a las paredes del recipiente. El sistema implica dos pasos: primero crear una capa con textura en las paredes del recipiente y luego agregar un lubricante que se retiene por la textura y evita que se adhiera el contenido.
El nuevo sistema de tubería es similar a la que, explica Varanasi, pero en este caso "Estamos usando el líquido que está en el medio ambiente," en lugar de aplicar un lubricante a la superficie. La característica clave en la formación de clatrato es la presencia de agua, afirma, así como puede mantener el agua lejos de la pared del tubo, se puede detener la acumulación de clatrato. Y los hidrocarburos líquidos presentes en el petróleo, que se aferran a la pared gracias a una afinidad química de la capa superficial, pueden mantener efectivamente el agua lejos.
"Si se hace que el petróleo [en la tubería] se difunda más fácilmente en la superficie, entonces forma una película de barrera entre el agua y la pared", dice Varanasi. En las pruebas de laboratorio, que utilizaron un producto químico sustituto para el metano porque los clatratos de metano reales se forman bajo condiciones de alta presión que son difíciles de reproducir en el laboratorio, el sistema funcionó de manera muy eficaz, según el equipo. "No vimos hidratos adheridos a los sustratos", dice Varanasi.