Uno de los enfoques más prometedores para frenar el flujo de gases de efecto invernadero hechos por el hombre a la atmósfera es capturar estos gases en fuentes importantes, como las plantas de energía que queman combustibles fósiles, y luego inyectarlos en aguas profundas saturadas de aguarocas donde pueden permanecer atrapados de forma estable durante siglos o milenios.
Este es solo un ejemplo del desplazamiento fluido-fluido en un material poroso, que también se aplica a una amplia variedad de procesos naturales e industriales, por ejemplo, cuando el agua de lluvia penetra en el suelo al desplazar el aire, o cuando la recuperación de petróleo se ve mejorada pordesplazando el aceite con agua inyectada.
Ahora, un nuevo conjunto de experimentos de laboratorio detallados ha proporcionado una nueva visión de la física de este fenómeno, bajo una gama de condiciones sin precedentes. Estos resultados deberían ayudar a los investigadores a comprender qué sucede cuando el dióxido de carbono fluye a través de depósitos profundos de agua salada y podría arrojar luzen interacciones similares, como las que están dentro de las celdas de combustible que se utilizan para producir electricidad sin quemar hidrocarburos
Los nuevos hallazgos se publicarán esta semana en la revista PNAS en un documento de Ruben Juanes, profesor asociado de estudios de energía ARCO del MIT; Benzhong Zhao, estudiante de posgrado del MIT; y Chris MacMinn, profesor asociado de la Universidad de Oxford.
Un aspecto crucial del desplazamiento fluido-fluido es la eficiencia del desplazamiento, que mide la cantidad de fluido preexistente que se puede expulsar del espacio poroso. La alta eficiencia de desplazamiento significa que la mayor parte del fluido preexistente se expulsa,lo cual suele ser algo bueno: con la recuperación de petróleo, por ejemplo, significa que se capturaría más petróleo y quedaría menos. Desafortunadamente, la eficiencia del desplazamiento ha sido muy difícil de predecir.
Un factor clave para determinar la eficiencia del desplazamiento, dice Juanes, es una característica llamada humectabilidad. La humectabilidad es una propiedad del material que mide la preferencia del sólido por estar en contacto con uno de los fluidos más que con el otro. El equipo descubrió que elcuanto mayor sea la preferencia por el fluido inyectado, más efectivo será el desplazamiento del fluido preexistente de los poros del material, hasta cierto punto. Pero si la preferencia por el fluido inyectado aumenta más allá de ese punto óptimo, la tendencia se revierte,y el desplazamiento se vuelve mucho menos eficiente. El descubrimiento de la existencia de este grado ideal de humectabilidad es uno de los hallazgos significativos de la nueva investigación.
El trabajo fue motivado en parte por los recientes avances en las técnicas de escaneo que permiten "caracterizar directamente la humectabilidad de las rocas de yacimientos reales en condiciones in situ", dice Zhao. Pero el solo hecho de poder caracterizar la humectabilidad no fue suficiente, élexplica: La pregunta clave fue: "¿Comprendemos la física del desplazamiento fluido-fluido en un medio poroso en diferentes condiciones de humectabilidad?" Y ahora, después de su análisis detallado, "Tenemos una comprensión fundamental" del proceso, dice Zhao.MacMinn agrega que "proviene del diseño de un sistema novedoso que realmente nos permitió ver en detalle lo que está sucediendo en la escala de poros y en tres dimensiones".
Para definir claramente la física detrás de estos flujos, los investigadores realizaron una serie de experimentos de laboratorio en los que utilizaron diferentes materiales porosos con una amplia gama de características de humectación, y estudiaron cómo variaban los flujos.
En ambientes naturales como acuíferos o depósitos de petróleo, la humectabilidad del material está predeterminada. Pero aun así, dice Juanes, "hay formas de modificar la humectabilidad en el campo", como mediante la adición de compuestos químicos específicos como los tensioactivossimilar al jabón al líquido inyectado.
Al hacer posible comprender qué grado de humectabilidad es deseable para una situación particular, los nuevos hallazgos "en principio, podrían ser muy ventajosos" para diseñar el secuestro de carbono o esquemas mejorados de recuperación de petróleo para un entorno geológico específico.
Los mismos principios se aplican a algunas celdas de combustible de electrolitos poliméricos, donde el vapor de agua se condensa en el cátodo de la celda de combustible y tiene que migrar a través de una membrana porosa. Dependiendo de la mezcla exacta de gas y líquido, estos flujos pueden ser perjudiciales para el rendimiento dela celda de combustible, por lo que controlar y predecir la forma en que funcionan estos flujos puede ser importante para diseñar dichas celdas.
Además, el mismo proceso de interacción de líquido y gas en los espacios porosos también se aplica a la forma en que los acuíferos de agua dulce se recargan por la lluvia, ya que el agua se filtra en el suelo y desplaza el aire en el suelo. Una mejor comprensión de este proceso podría serimportante para la gestión de los recursos hídricos cada vez más escasos, dice el equipo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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