شناسایی نشتی‌های نفت و گاز

بیش از 212000 مایل لوله ی نفت و گاز تنها در ایالات متحده ی آمریکا وجود دارد که در حدود 16 میلیارد بشکه نفت خام، محصولات پتروشیمی و میعانات گازی را در سال انتقال می دهند. هزاران مایل از این خطوط لوله در کف اقیانوس حرکت می کند. ارزیابی نشتی این شبکه ها یک چالش قابل توجه با راه حل های با کارایی پایین می باشد. انجام این ارزیابی ها نیز هزینه های بالایی دارد. این هزینه ها هم از لحاظ هزینه ها محیط زیستی و هم هزینه های مالی می باشند. با توجه به انجمن ایمنی و مخاطرات مواد سمی و خطوط لوله، بیش از 11700 حادثه در خط لوله ی گاز و نفت تنها در ایالات متحده و در بازه ی زمانی بین سال های 1998 تا 2017 رخ داده است. امروزه، محققین در حال کار بر روی توسعه ی سنسورهای بر پایه ی باکتری هستند که تنها چند سانتیمتر طول دارند و بر روی سطح خارجی لوله ها، نصب می شوند. این سنسورها می توانند هیدروکربن های نشت کننده را شناسایی کنند و بواسطه ی سیگنال های وایرلس، به سیستم زیرساختاری اطلاع رسانی کنند. یک ورژن بزرگتر از این سنسورها، که در حقیقت طولی برابر با یک متر دارند، می توانند برای فعالیت های تمیزکاری استفاده شوند. این تکنولوژی می تواند موجب تکمیل ادوات کنونی مورد استفاده برای ارزیابی خطوط لوله و کاهش میزان نفت و گاز نشت کننده از خطوط لوله شوند. با این کار، میزان آلودگی های محیط زیستی نیز کاهش می یابد.
"میکروارگانیزم های خاصی وجود دارد که می توانند موجب تخریب آلودگی ها شوند و یا آنها را ببلعند. این میکروارگانیزم ها موجب تولید ولتاژهای الکتریکی می شوند". این جمله را ورا گنانسوار گودی (Veera Gnaneswar Gude) گفته است. گودی یک مهندس محیط زیست در دانشگاه ایالتی میسی سی پی است. گودی و تیم تحقیقاتی او می خواهند تا این ظرفیت های طبیعی را در داخل یک سنسور، ایجاد کنند.
در حال حاضر، اپراتورهای خطوط لوله زیرساخت های خود را با استفاده از چند روش مختلف، مورد ارزیابی قرار می دهند. آنها ممکن است روش هایی را استفاده کنند که برای انجام آنها مجبورند در طول لوله حرکت کنند و از سنسورهای دستی برای بررسی احتمال انتشار گاز از ترک های مویی، استفاده کنند. آنها ممکن است شبکه را از طریق هوا، استفاده از هواپیمای بدون سرنشین، هواپیماها یا هلی کوپترهای مجهز به لیزر یا دوربین های فروسرخ، مورد ارزیابی قرار دهند. آنها همچنین می توانند یک ماشین استوانه ای مجهز به سنسور را که "خوک هوشمند" (smart pig) نامیده می شود، را از داخل لوله حرکت دهند و بدین صورت بررسی داخلی بر روی لوله را انجام دهند.
البته هنوز هم حوادث رخ می دهد. با توجه به انجمن ایمنی و مخاطرات مواد سمی و خطوط لوله، بیش از 11700 حادثه در خط لوله ی گاز و نفت تنها در ایالات متحده و در بازه ی زمانی بین سال های 1998 تا 2017 رخ داده است. این مسئله موجب بروز خسارتی معادف 7 میلیارد دلار، 1296 زخمی و 334 مرگ شده است.
سنسورهای بر پایه ی باکتری به بخش خارجی لوله متصل می شود و می تواند در زمان های بروز نشتی، آن را تشخیص داده و به بخش حفاظت، گزارش دهد.
محققین هم اکنون نشان داده اند که برخی از میکروارگانیزم ها که به صورت طبیعی در خاک و آب اقیانوس زندگی می کنند، می توانند بر روی هیدروکربن هایی مانند متان، اتان، بوتان، پروپان و پنتان، تغذیه شوند. در آپریل 2010، کلنی هایی از این میکروارگانیزم ها بر روی نفت ریخته شده از چاه نفت ماکوندو رشد کردند. سایر میکروب ها نیز وجود دارد که مواد شیمیایی را می گیرند و موجب تولید الکترون می شوند. این میکروب ها را می توان در تولید پیل های سوختی میکروبی استفاده کرد و بدین صورت موجب حذف آلودگی ها از فاضلاب و تولید برق شد.
سنسورهای جدید گودی شبیه باتری های بر پایه ی میکروارگانیزم هایی کار می کنند که در آب و رسوبات دریایی، موجود می باشند. در یک بخش آندی از جنس غشای توخالی وجود دارد که حاوی یک غلظت از میکروب های هیدروکربنی زنده می باشند. وقتی مولکول ها با هیدروکربن های عبوری از غشای متخلخل، واکنش می دهند، میکرواگانیزم هیدروکربن را می خورد و موجب تولید الکترون ها در میان یک رسانا می شود. این جریان اندازه گیری و به بخش مورد نظر، ارسال می شود.
تحت شرایط نرمال، وقتی هیچ نشتی وجود ندارد، میکروب ها از ترکیبات آلی موجود در آب و یا خاک، استفاده می کنند. اما وقتی آنها بتوانند هیدروکربن پیدا کنند، متابولیسم آنها افزایش می یابد و این مسئله موجب تولید الکترون می شود. این تولید الکترون بوسیله ی مقاومت سنج و یا یک مدار کوچک که در کاتد قرار داده می شود، اندازه گیری می شود. اگر جریان الکترونی از یک حدی بیشتر شود، سنسور می تواند یک سیگنال را از طریق شبکه ی وایرلس به متخصص ارسال کند.
کریس ردی (Chris Reddy)، محقق ارشد در شرکت Woods Hole Oceanographic گفته است که او فکر می کند که ایده ی استفاده از باکتری در سنسورهایی که به لوله های گاز و نفت متصل می شوند، ایده ی هوشمندانه ای است. او می گوید: باکتری قابلیت تخریب میکروبی بالایی دارد". اما او می گوید، برخی اوقات، باکتری خوردن هیدروکربن ها را متوقف می کند.
در حقیقت این سنسورها مانند یک رستوران می باشند که در داخل آن، هم میگو و هم دنده ی پخته وجود دارد. بنابراین، در زمان خوردن مواد غذایی، باکتری می تواند حق انتخاب داشته باشد. بنابراین، این سخت است که بتوان یک باکتری را به طور کامل برای انجام کاری خاص، اختصاص داد.
کریس ردی اضافه کرد که "آنها با چالش های جالبی روبرو هستند. در صورتی که موفق به این کار شوند، بسیار عالی می شود".
گودی امروز تحقیقات خود بر روی این نوع سنسور را در انجمن مواد شیمیایی آمریا در نئو اورلئان، ارائه کرد. او گفت که احتمالا می تواند یک سنسور طراحی کند که نه تنها بتواند بر روی لوله ها کار کند، بلکه بتوان از آن، بر روی تانکرها و وسایل ذخیره سازی نیز استفاده کرد. تا اینجا، او توانسته است سیستم بزرگتری را توسعه دهد که می تواند تکه های نفتی را بخورد.
گودی می گوید:
"ما می خواهیم سنسوری توسعه دهیم که بتواند به صورت واقعی راه حلی مناسب برای این مشکل، پیدا کند".
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org