بخشی از مقاله
چکیده
امروزه ما شاهد پیشرفت و توسعه ی زمینه ی علمی جدیدی هستیم که به رشته های مختلف مرتبط است و علم نانو نامیده می شود. مشکلاتی که انسان در راه دستیابی به تکنولوژی برتر و رفاه بیشتر برای خود به وجود آورده است، او را به راهی سوق داده که امروزه مواد خطرناک بیشماری زندگی او را مورد تهدید قرار داده و محیط زیست را تخریب نموده است. این تکنولوژی قادر به بهبود روش های ارزیابی، مدیریت و کاهش خطرات برای محیط زیست بوده و فرصت هایی را برای تولید محصولات جدید و سالم فراهم می نماید. فناوری نانو در حفظ محیط زیست نقش مهمی با اصلاح خاک های آلوده و حذف یا پاکسازی آلاینده های شیمیایی موجود در منابع آب، خاک و هوا ایفا می کند، همچنین با توسعه فرآیند تولید سبز، انتشار و تولید زائدات را کاهش داده، و نیز موجب کاهش مصرف مواد خام مورد نیاز شده و راهکاری در جهت حفظ محیط زیست و منابع طبیعی و دستیابی به توسعه پایدار به حساب می آید. برای حفاظت از محیط زیست با بکارگیری مواد نانوساختاری در حفظ محیط زیست در صنایع بالا دستی نفت، از قبیل نانو فیلترها برای تصفیه پساب های صنعتی، نانوپودرها برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی .بخصوص صنعت نفت و نانوتیوب ها برای ذخیره سازیسوخت کاملاً تمیز هیدروژن اثبات شده است.
.-1مقدمه:
به دلیل افزایش فعالیت های جهانی در حیطه صنایع بالادستی نفت و گاز، تولید انرژی در آینده همراه با افزایش ضایعات بیشتری خواهد بود. در این زمینه ایده آل ترین حالتی که محققان برای رسیدن به آن تلاش می کنند، کاهش میزان ضایعات و پسماندها به میزان صفر است. آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز میباشد. نتایج بدستآمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی میتواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه میباشند که میتوانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونهها علیرغم اینکه اندازهای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود میباشند. همچنین کاتالیست هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفیدهیدروژن، آب، مونوکسیدکربن ، و دیاکسید کربن از گازطبیعی در صنعت نفت بکار گرفته میشوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونههایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت میپذیرد که بتوانند هیدروکربنها را جذب نمایند. بنابراین میتوان باقیماندههای نفت را از گل حفاری جدا نمود. در این راستا استفاده از نانومواد، بخصوص نانوذرات نانوسیلیکا در ساختار سیمان و نیز نانوگرافن، نانوذرات اکسید روی و افزایه های پلیمری نانومتری در ساختار سیال حفاری سبب کاهش آلودگی های محیطی و اتلاف و هرزروی مواد به درون سازند شده و اثرات سوء زیست محیطی را کاهش می دهد. فناوری نانو با ماهیت فرارشته ای خود، مرزهای علوم مختلف را شکسته و زمینه را برای استفاده از نتایج، امکانات و ابزار تمامی علوم و رشته ها در جهت افزایش کیفیت زندگی فراهم کرده است
-2 علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک:
بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو میتواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهرهمند خواهد گشت.علم نانو میتواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر میباشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر میباشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکولها و اتمها در این مقیاس میباشد.خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه ویژهای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاههای جدید جهت استخراج بهبودیافته نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک میکند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن میتوان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین میتوان با گسترش تکنیکهای اندازهگیری توسط سنسورهای کوچک، اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد.
مواد نانو :
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو میتوان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکمتر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگکنگ یکی از پیشگامان توسعه کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو میباشد.با استفاده از این پودرها میتوان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب میباشد و معتقد است که میتوان با نانوکریستالها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نمودهاند که بهطور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود میبخشد. این مخلوط آسیبهای وارده به دیواره مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش میبخشد.
افزایه های پلیمری نانومتری:
پسماند سیال حفاری، جزء اجتناب ناپذیر عملیات حفاری و اکتشافی نفت و گاز است که به نوبه خود یکی از مهمترین منابع آلودگی محیط زیستی به شمار می رود. روش های زیادی برای از بین بردن این نوع سیالات وجود دارد که در میان آنها جداسازی جامد-مایع یکی از پرکاربردترین فرآیندهاست. ولی در حفاری چاه های عمیق ترکیبات سیال حفاری پیچیده تر، دانسیته آن بیشتر و پاکسازی نیز سنگین تر می شود. در این راستا Wang و همکارانش به بررسی استفاده از منعقد کننده پلی اکریل آمیدهای نانوبهبودیافته - nano-modified polyacrylamide flocculant - جهت جداسازی فازهای جامد-مایع در پسماند سیال حفاری با دانسیته زیاد پرداختند. طبق نتایج بدست آمده زمانیکه منعقدکننده پلی اکریل آمیدهای نانوبهبود یافته در شرایط بهینه جهت تصفیه پسماند گل حفاری با دانسیته بالا بکار برده شد، میزان آب موجود در فیلتر کیک تشکیل شده، 24.32 درصد بود که نسبت به سایر منعقده های موجود در بازار بطور قابل توجهی بهتر است. همچنین همانگونه که Manea گزارش نموده است استفاده از افزایه های پلیمری نانومتری در ساختار سیالات حفاری پایه آبی می تواند در اقتصادی کردن فرآیند حفاری و تبدیل آن به یک فرآیند دوستدار محیط زیست موثر باشد. در این تحقیق به بررسی رفتار سیال حفاری از طریق آنالیز تاثیر اندازه ذرات افزایه های موجود در آن در شرایط استاندارد پرداخته شده است. نتایج این بررسی نشان می دهد زمانیکه ابعاد ذرات پلیمری کوچکتر شده و به محدوده نانومتری می رسد، سطح ویژه کل بسیار زیاد شده و از آنجا سطح برهمکنش بین ذرات زیاد شده قدرت تورم پلیمر بالا می رود. در حقیقت نانوپلیمر جدید ایجاد شده توانائی کنترل هرزروی سیال حفاری را داشته و می تواند به عنوان افزایه کاهش دهنده هرزروی گل حفاری در ساختار سیال بکار رود
-3تأثیرات سودمند فناوری نانو بر محیط زیست:
فناوری های امیدبخش شامل حسگرها یا سنسورها و سایر دستگاه های به کار رفته برای آشکار سازی آلودگی و برطرف نمودن آنها می باشد. برخی کاربردهای سودمند فناوری نانو در ذیل آورده شد است:
-1-1-3 سنسورها یاحسگرها:
انواع گسترده ای از حسگرهای زیستی و روش های مربوطه در طی چند سال گذشته در بازار معرفی شده اند. این دستگاههای آنالیتکی از عناصر تشخیص بیولوژیکی تشکیل می شوند که با آشکارسازی های سیگنال مرتبط هستند - مثلاً آنزیمها، میکروارگانیزم ها و غیره - . این دستگاهها نسبت به حضور و غلظت آنالیست واکنش داده و پاسخی قابل اندازه گیری تولید می کنند. نانو مواد و نانو ساختار های جدید مانند نانوذرات، نانوکریستال ها، نانو لوله های کربنی، نانوالیاف و فیلم نازک بعنوان دستگاه های حسگر مشخص شده اند، نانوذرات کاربردهای بسیاری در سنسورها دارند.نانوذرات، نانوکریستال های نیمه هادی درخشان و نقاط کوانتومی دسته ای از نانوحسگرهایی هستند که توانایی آشکار کردن سموم موجود در محیط را دارند و مشخص شده است که نانو کریستال ها و نقاط کوانتومی همراه با پادتن ها می توانند بطور همزمان چهار نوع سم را آشکار نمایند.
