Cuando la plataforma petrolera Deepwater Horizon sufrió una explosión catastrófica y una explosión el 21 de abril, 2010, conduciendo al peor derrame de petróleo en la historia de la industria del petróleo, Los operadores del pozo pensaron que podrían bloquear la fuga en unas pocas semanas. El 9 de mayo lograron bajar una cúpula de contención de 125 toneladas sobre la boca del pozo rota. Si esa medida hubiera funcionado, habría canalizado el aceite que se escapaba a una tubería que lo llevó a un buque cisterna que estaba arriba, evitando así la fuga en curso que hizo que el derrame fuera tan devastador. ¿Por qué la contención no funcionó como se esperaba?

El culpable fue una mezcla helada de agua helada y metano, llamado clatrato de metano. Debido a las bajas temperaturas y la alta presión cerca del fondo marino, la mezcla fangosa se acumuló dentro de la cúpula de contención y bloqueó la tubería de salida, impidiendo que redirija el flujo. Si no hubiera sido por ese clatrato de metano, la contención podría haber funcionado, y podrían haberse evitado cuatro meses de fugas ininterrumpidas y devastación ecológica generalizada.

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 filtración de este tipo. También puede prevenir bloqueos dentro de los oleoductos y gasoductos que pueden llevar a costosos cierres para limpiar una tubería. o peor, a la rotura de una tubería debido a una acumulación de presión.

El nuevo método para prevenir la acumulación de hielo se describe en un artículo de la revista. Materiales e interfaces aplicados de ACS , en un artículo del profesor asociado de ingeniería mecánica Kripa Varanasi, postdoctorado Arindam Das, y los recién graduados Taylor Farnham SB '14 SM '16 y Srinivas Bengaluru Subramanyam PhD '16.

La clave del nuevo sistema es revestir el interior de la tubería con una capa de un material que promueva la extensión de una capa de barrera contra el agua a lo largo de la superficie interior de la tubería. Esta capa de barrera, el equipo encontró, puede prevenir eficazmente la adhesión de partículas de hielo o gotitas de agua a la pared y así frustrar la acumulación de clatratos que podrían ralentizar o bloquear el flujo.

A diferencia de los métodos anteriores, como el calentamiento de las paredes de la tubería, despresurización, o usando aditivos químicos, que puede resultar caro y potencialmente contaminante, el nuevo método es completamente pasivo, es decir, una vez colocado, no requiere más energía o material. La superficie recubierta atrae los hidrocarburos líquidos que ya están presentes en el petróleo que fluye, creando una fina capa superficial que repele el agua de forma natural. Esto evita que los hielos se adhieran a la pared en primer lugar.

Medidas de prevención existentes, conocidas como medidas de aseguramiento del flujo, "son caras o no respetan el medio ambiente, "dice Varanasi, y actualmente el uso de esas medidas "asciende a cientos de millones de dólares" cada año. Sin esas medidas, los hidratos pueden acumularse de modo que reducen el caudal, que puede reducir los ingresos, y si crean bloqueos, eso "puede conducir a fallas catastróficas, ", Dice Varanasi." Es un problema importante para la industria, tanto por seguridad como por confiabilidad. "

El problema podría volverse aún mayor, dice Das, el autor principal del artículo, porque el metano se hidrata a sí mismo, que son abundantes en muchos lugares, como las plataformas continentales, son vistos como una enorme nueva fuente de combustible potencial, si se pueden idear métodos para extraerlos. "Las reservas en sí mismas eclipsan sustancialmente todas las reservas conocidas [de petróleo y gas natural] en tierra y en aguas profundas, " él dice.

Pero tales depósitos serían aún 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 fundamentalmente de evitar que las primeras partículas de clatrato se adhieran a la tubería:"Una vez que se adhieren, atraen otras partículas "de clatrato, y la acumulación despega rápidamente, dice Farnham. "Queríamos ver cómo podíamos minimizar la adherencia inicial en las paredes de la tubería".

El enfoque es similar al que se utiliza en una empresa que Varanasi estableció para comercializar trabajos anteriores de su laboratorio. que crea revestimientos para contenedores que evitan que el contenido, desde ketchup o miel hasta pintura y agroquímicos, se pegue a las paredes del contenedor. Ese sistema implica dos pasos:primero crear un revestimiento texturizado en las paredes del contenedor, y luego agregar un lubricante que quede atrapado por la textura y evite que el contenido se adhiera.

El nuevo sistema de tuberías es similar a eso, Varanasi explica, pero en este caso "usamos el líquido que se encuentra 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, él dice, de modo que siempre que el agua pueda mantenerse alejada de la pared de la tubería, se puede detener la acumulación de clatrato. Y los hidrocarburos líquidos presentes en el petróleo, siempre que se adhieran a la pared gracias a la afinidad química del revestimiento de la superficie, efectivamente puede mantener alejada el agua.

"Si se hace que el petróleo [en el oleoducto] se esparza más fácilmente en la superficie, luego forma una película de barrera entre el agua y la pared, "Dice Varanasi. En las pruebas de laboratorio, que utilizó un químico sustituto para el metano porque los clatratos de metano reales se forman en condiciones de alta presión que son difíciles de reproducir en el laboratorio, el sistema funcionó de manera muy eficaz, dice el equipo. "No vimos ningún hidrato adherido a los sustratos, "Dice Varanasi.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.