Um novo filtro produzido por cientistas da Rice University provou ser capaz de remover mais de 90 por cento dos hidrocarbonetos, bactérias e partículas de água contaminada produzida por operações de fraturamento hidráulico (fracking) em poços de óleo de xisto e gás.

O trabalho do químico Andrew Barron, do Rice e seus colegas, transforma uma membrana cerâmica com poros em microescala em um filtro superhidrofílico que "elimina essencialmente" o problema comum de incrustação.

Os pesquisadores determinaram que uma passagem pela membrana deve limpar a água contaminada o suficiente para reutilizá-la em um poço, reduzindo significativamente a quantidade que deve ser armazenada ou transportada.

O trabalho é relatado no open-access da Nature Relatórios Científicos .

Os filtros evitam que os hidrocarbonetos emulsionados passem pelos poros ionicamente carregados do material, que têm cerca de um quinto de um mícron de largura, pequeno o suficiente para que outros contaminantes não possam passar. A carga atrai uma fina camada de água que adere a toda a superfície do filtro para repelir glóbulos de óleo e outros hidrocarbonetos e evitar que fique obstruída.

Um poço fraturado hidraulicamente usa mais de 5 milhões de galões de água em média, dos quais apenas 10 a 15 por cento são recuperados durante o estágio de refluxo. "Isso torna muito importante podermos reutilizar essa água, "Barron disse.

Nem todo tipo de filtro remove de maneira confiável todo tipo de contaminante, ele disse.

Moléculas de hidrocarbonetos solubilizados deslizam através de microfiltros projetados para remover bactérias. Matéria orgânica natural, como açúcares da goma de guar usados ​​para tornar os fluidos de fraturamento mais viscosos, requerem ultra- ou nanofiltração, mas esses sujam facilmente, especialmente de hidrocarbonetos que se emulsificam em glóbulos. Um filtro de vários estágios que pudesse remover todos os contaminantes não é prático devido ao custo e à energia que consumiria.

“A água Frac e as águas produzidas representam um desafio significativo a nível técnico, "Barron disse." Se você usar uma membrana com poros pequenos o suficiente para separar, eles sujam, e isso torna a membrana inútil.

"No nosso caso, o tratamento super-hidrofílico resulta em um aumento do fluxo (fluxo) de água através da membrana e inibe a passagem de qualquer material hidrofóbico - como o óleo. A diferença na solubilidade dos contaminantes, portanto, funciona para permitir a separação de moléculas que deveriam, em teoria, passar através da membrana. "

Barron e seus colegas usaram ácido cisteico para modificar a superfície de uma membrana de cerâmica à base de alumina, tornando-o superhidrofílico, ou extremamente atraído por água. A superfície superhidrofílica possui um ângulo de contato de 5 graus. (Um ângulo de contato de 0 graus seria uma poça.)

O ácido cobriu não só a superfície, mas também o interior dos poros, e isso evitou que as partículas grudassem neles e sujassem o filtro.

Em testes com refluxo de fraturamento ou água produzida que continha goma guar, a membrana de alumna mostrou uma lenta diminuição inicial no fluxo - uma medida do fluxo de massa através de um material - mas estabilizou durante os testes de laboratório. As membranas não tratadas mostraram uma diminuição dramática em 18 horas.

Os pesquisadores teorizaram que a diminuição inicial no fluxo através da cerâmica foi devido à purga do ar dos poros, depois disso, os poros super-hidrofílicos retêm a fina camada de água que evita a incrustação.

"Esta membrana não suja, então dura, "Disse Barron." Requer pressões operacionais mais baixas, então você precisa de uma bomba menor que consome menos eletricidade. E tudo isso é melhor para o meio ambiente. "