Гидроразрыв пласта, также известный как "гидроразрыв пласта", основан на воде, песке и других химических веществах, чтобы расчистить инженерам путь для удаления нефти или газа из сланцевых пористых пород под землей.

Инженеры знают, что они закачивают в землю, но они не понимают, почему они обнаружили некоторые очень опасные соединения в обратном потоке—смесь воды, соли и других химических веществ, которая течет обратно на поверхность после прокачки через сланец.

Теперь исследования из лаборатории Кимберли Паркер, доцента кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии Инженерной школы Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе, показывают, что подземное присутствие галогенных радикалов является ключом к образованию этих галогенированных органических соединений, которые опасны для здоровья человека и наносят ущерб окружающей среде.

Исследование было опубликовано 15 января 2021 года в журнале Environmental Science & Technology.

- Долгое время мы не знали, откуда они берутся, - сказал Паркер. "Мы знали, что они не были введены в систему специально. Казалось очевидным, что они генерируются под землей."

Помимо того, что исследователи знали, откуда они берутся, у них были довольно веские основания подозревать, что галогенные радикалы—молекулы с неспаренным электроном—являются движущей силой образования этих соединений.

Неспаренные радикальные электроны делают их чрезвычайно реактивными с другими химическими веществами, включая органические соединения.

Мошан Чен, аспирант в лаборатории Паркера, решил эту проблему, потому что он подозревал, что фрекинг является благодатной почвой для образования галогенных радикалов.

Одна из причин, по которой он подозревал, что галогенные радикалы играют определенную роль, по его словам, была связана с "разрушителем"—добавкой, которая уменьшает вязкость жидкости для гидроразрыва, так что она легче течет обратно, как только сланец был разрушен. Он содержит персульфат, который в экстремальных условиях гидроразрыва может создавать сульфатные радикалы.

Чэнь также знал, что жидкости для гидроразрыва имеют высокую концентрацию галогенидов, включая хлорид и бромид. На самом деле галогениды в флюидах гидроразрыва встречаются в гораздо более высоких концентрациях, чем в других солоноватых водах, таких как морская вода.

Чэнь подозревал, что галогениды и сульфатные радикалы реагируют с образованием галогенных радикалов. Предыдущие исследования морской воды и других рассолов показали, что галогенированные радикалы могут взаимодействовать с органическими соединениями с образованием галогенированных органических соединений.

Тогда казалось, что в процессе гидроразрыва присутствуют все условия для образования этих токсичных соединений. Чэнь обдумал некоторые предыдущие исследования на эту тему, затем придумал эксперимент и направился в лабораторию.

Используя стендовые эксперименты, он смог создать галогенированные органические соединения, подобные тем, которые встречаются в обратном потоке. Но чтобы убедиться, что взаимодействие между галогенными радикалами и органическими соединениями действительно необходимо для образования галогенированных органических соединений, он использовал "гаситель радикалов", химическое вещество, которое останавливает реакцию радикала с соединениями.

Снова и снова эксперимент показывал, что если бы радикал не мог взаимодействовать с органическим соединением, то не было бы галогенированных органических соединений.

Лаборатория Паркера уже работает над следующей частью головоломки—той, которая должна сообщить, какие действия стоит предпринять, чтобы уменьшить образование этих опасных соединений.

В настоящее время Чэнь изучает естественное образование этих галогенированных органических соединений. "Если окажется, что большая часть их добычи происходит естественным путем, и мы ничего не можем с этим поделать, то, возможно, будет не очень хорошей идеей" изменить процедуры ГРП для небольшой отдачи.

-Но если этот путь является доминирующим, - сказал Паркер, - возможно, стоит подумать об изменении химических веществ, используемых при гидроразрыве."

ИСТОЧНИК