فناوری نانو و صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
مقدمه
صاحب‌نظران صنعت نفت، هشدار داده‌اند که با توجه به نرخ بالای تقاضای موجود در صنایع نفتی، بشر به زودی از بیش‌ترین نرخ برداشت نفت عبور خواهد کرد که بعد از آن، شکافی فزاینده و بلندمدت میان عرضه و تقاضا به وجود خواهد آمد؛ این نظریه که به "نقطه اوج نفت" شناخته شده است، بسیاری را به فکر فرو برده، تا از یک طرف، اقدامی فوری برای توسعه و بهره‌برداری از منابع تجدیدپذیر انرژی داشته و در کنار آن، برای افزایش بازده بازیابی نفت از مخازن موجود نیز راهکارهایی بیابند. این نکته آنجا بیشتر به چشم می‌آید که بسیاری از طرفداران محیط‌زیست و حتی اعضای کارگروه‌های ویژه موضوع نفت در کشورهای متعدد، خبر از نزدیکی به این نقطه اوج داده‌اند و خواستار گذار به اقتصادهایی با تولید و مصرف کم‌تر انرژی شده‌اند.
از سوی دیگر، بسیاری از صاحب‌نظران حوزه نفت و گاز، بر این عقیده‌اند که تقریباً تمامی منابع سهل‌الوصول نفت و گاز، کشف شده است و اکنون زمان آن فرا رسیده که فعالیت بر روی منابع و حوزه‌های چالش‌برانگیز را آغاز نمود. فناوری نانو، دارای پتانسیل بالایی در حوزه نفت و گاز است و امید می‌رود که به‌واسطه آن، طول عمر منابع فعلی انرژی افزایش یابد. فناوری نانو، راه‌حل‌های متعددی برای نقشه‌برداری از مخازن جدید، بازیابی نفت بیشتر از چاه‌های موجود، کاهش اتلاف انرژی در صنایع نفت و گاز و استفاده پاک‌تر و سازگار با محیط‌زیست را ارائه می‌دهد.
با توجه به سرمایه‌های به نسبت بالای موجود در صنایع نفت و گاز و بازگشت سرمایه قابل توجه در نتیجه فعالیت‌های تحقیق و توسعه در این حوزه، شرکت‌های بزرگ پتروشیمی و نفتی جهان، در تحقیقاتی انفرادی یا در همکاری با یکدیگر، به دنبال استفاده از فناوری نانو جهت افزایش استخراج نفت و گاز از منابع کشف‌شده و همچنین کشف منابع جدید هستند و در همین راستا، از مجموعه‌های تحقیقاتی نیز، حمایت‌های گسترده‌ای می‌کنند. تا کنون این رویکرد تحقیقاتی، در کشورهایی همچون استرالیا، مکزیک، آمریکا، انگلیس، ژاپن و عربستان، به‌صورت گسترده مورد حمایت قرار گرفته است. به دنبال همین رویکرد جدید، استرالیا، عربستان و مکزیک، به‌طور عمومی اعلام نموده‌اند که استفاده از فناوری نانو برای استخراج بیشتر نفت و گاز را به عنوان یکی از اولویت‌های مهم در تحقیقات راهبردی خود قرار داده‌اند. همچنین، سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جدید ازدیاد برداشت نفت «EOR»، در اولویت‌های دپارتمان انرژی آمریکا، انگلستان، استرالیا و ژاپن قرار گرفته که بعضاً به کمک بهره‌گیری از فناوری نانو، انجام می‌گیرد.
به صورت کلی، ازدیاد برداشت نفت، افزایش مقاومت تجهیزات و تأسیسات نفتی در برابر خوردگی و به تبع آن کاهش زمان از کار افتادگی تأسیسات، در کنار تولید پوشش‌های عایق برای کاهش اتلاف انرژی در تجهیزات و فرایندها، از جمله دستاوردهای مهم فناوری نانو در حوزه نفت و گاز به شمار می‌رود که سعی شده در این نوشتار، بیشتر بر روی آن‌ها تمرکز شود.
فناوری نانوچگونه ادعای بهبود فناوری موجود را دارد؟
صنایع نفتی و سرمایه‌گذاران دولتی، امیدوارند که فناوری نانو به‌واسطه توسعه حسگرها، پوششها، غشاها و دستگاه‌های مورد استفاده در صنایع نفتی، به کشف منابع جدید نفت و گاز کمک نموده، ظرفیت استخراج در چاه‌های موجود را افزایش داده و علاوه بر آن، کاهش هزینه و افزایش بازده استخراج و انتقال را به همراه داشته باشد. این رویکرد مثبت نسبت به فناوری نانو، در حدی است که در تک تک مراحل استخراج تا فراوری محصولات نفتی، مورد توجه محققین در کشورهای مختلف قرار گرفته است. در همین راستا، طی اجلاس صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نانو پتروشیمی که در نوامبر 2009 در قاهره مصر برگزار شد، کاربردهای فناوری نانو در کشف، حفاری، تولید، مهندسی، برداشت، خالص‌سازی، فراوری و انتقال سوخت‌های فسیلی، مورد بررسی قرار گرفت.
استفاده از حسگرهایی در ابعاد نانو و میکرو که بتوان آن‌ها را در منافذ دیواره چاه‌های نفت و گاز تزریق نمود، از فناوری‌های نویدبخش برای حوزه نفت و گاز است. این حسگرها، از طریق شکست‌ها و تخلخل‌های موجود، حرکت نموده و داده‌هایی جمع‌آوری می‌کنند که در رابطه با مشخصه‌های فیزیکی، شیمیایی و فضایی چاه‌ها و نفت و گاز موجود در آن‌ها، بسیار کارسازند. سازمان تحقیقات صنعتی و علمی رفاه عمومی استرالیا «CSIRO»، با همکاری دو دانشگاه استرالیایی، سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی جهت توسعه حسگرهای نانویی، برای افزایش کشف در مخازن نفت و گاز موجود در زیر بستر دریاها، انجام داده‌اند. این سازمان، حسگرهایی فوق‌العاده حساس به هیدروکربن‌ها توسعه داده که می‌توانند به‌طور مؤثری هیدروکربن‌های رسوخ یافته از بستر دریاها را تشخیص دهند و اطلاعاتی مانند نوع مایع را ارائه نمایند. این حسگرها، می‌توانند در بررسی‌های دریایی مشابه روش‌های اکتشاف با استفاده لرزه‌نگاری، داده‌های مغناطیسی و الکترومغناطیسی، به‌طور پیوسته برای تشخیص مشخصه‌های هیدروکربن‌ها در آب، به کار روند.
در انگلستان، مؤسسه تحقیقات علوم فیزیکی و مهندسی، با مشارکت شرکت «BP» و دانشگاه «Surrey»، سرمایه‌گذاری‌های وسیعی برای توسعه نانو ذرات هوشمند قابل تزریق به مخازن، انجام داده‌اند. این نانو ذرات، جهت شناسایی، اکتشاف بهتر و ازدیاد نرخ برداشت نفت، طراحی شده و به‌واسطه ابعاد و خواصی که دارند و همچنین قابلیت دست‌کاری خواصشان، می‌توانند در اکتشافات نفتی با کاربردهای فراوانی همراه شوند. ابعاد کوچک، این امکان را می‌دهد که به‌راحتی از میان تخلخل‌ها عبور نمایند و قابلیت دست‌کاری خواص، امکان کنترل آزادسازی مواد شیمیایی در موقعیت‌های مشخص را فراهم می‌نماید.
بدون تردید، استفاده از نانوذرات در زمینه ازدیاد برداشت نفت «EOR»، یکی از حوزه‌های مهم کاربرد این فناوری در بخش نفت و گاز است. در نتیجه این کاربرد بسیار مهم، میزان بیش‌تری نفت طی فرایند استخراج به دست آمده و در نتیجه آن، بازگشت سرمایه بیش‌تری برای این صنعت فراهم می‌گردد. بدین منظور، تکنیک‌های متعددی با استفاده از فناوری نانو توسعه‌یافته است. یکی از تکنیک‌های نویدبخش برای این صنعت، استفاده از ربات‌های نانویی در چاه‌ها و مخازن نفتی، به منظور به دست آوردن اطلاعات بلادرنگ است. این ربات‌های نانویی، اطلاعات مفیدی برای هدایت بهتر عملیات حفاری، مانند تنظیم مخلوط‌های افزودنی و یا اعمال فشار به مخازن، ارائه می‌دهد. استفاده از برخی نانوذرات مانند اکسید منیزیم، اکسید آلومینیوم، اکسید روی، اکسید زیرکونیوم، اکسید نیکل، سیلیکون هیدرواکسید آب‌گریز و...، باعث ازدیاد برداشت می‌شود. این موضوع، ناشی از تأثیر این مواد در تغییر رطوبت، کاهش گرانروی نفت، کاهش کشش سطحی و تغییر نفوذپذیری است.
جالب است که مسئله بکارگیری نانوذرات در صنعت نفت، توسط محققین ایرانی نیز با جدیت دنبال می‌شود. در همین راستا، بر اساس گزارش «Nanowerk»، محققان دانشگاه آزاد اسلامی و صنعتی سهند، طی مطالعات خود نشان داده‌اند که استفاده از نانو ذرات، باعث افزایش استخراج نفت از منابع و کاهش هزینه‌های این فرایند می‌شود. تزریق ماده فعال سطحی یا سورفکتانت برای تغییر خواص سنگ و سیالات، یکی از روش‌های پیشرفته استخراج نفت است که چسبندگی سورفکتانت به سطح سنگی یکی از عمده چالش‌های این روش است. استفاده از نانو ذرات، علاوه بر این‌که میزان سورفکتانت را افزایش می‌دهد، باعث کاهش میزان کشش سطحی محلول تزریق‌شده و نفت خام نیز می‌شود.
یکی از چالش‌های عمده صنایع نفتی، دستیابی به مواد با مقاومت بالا در محیط‌های خورنده است. نفت خام ترش، این مشکل را دوچندان نموده و عمر مفید تجهیزات، به‌خصوص لوله‌های انتقال و مبدل‌های حرارتی را کاهش می‌دهد. تولید پوشش‌هایی با ساختار نانویی که مقاومت بالایی در برابر خورندگی دارند، این چالش را تا حدود زیادی مرتفع نموده است. به عنوان مثال، شرکت نفت عربستان در همکاری با شرکت «Integran» که یکی از پیشگامان حوزه نانومواد است، برنامه تحقیقاتی گسترده‌ای جهت توسعه محصولی کاربردی ترتیب داده که مبتنی بر کاربرد فناوری نانو برای تعمیر موقعیت‌هایی در مبدل‌های حرارتی است که دچار خوردگی یا تخریب شده‌اند. هدف از این برنامه، توسعه محصولاتی است که آسیب‌های ناشی از خوردگی و زمان ازکارافتادگی تأسیسات به‌واسطه نگهداری و تعمیرات را کاهش می‌دهد.
اتلاف انرژی در فرایندهای مربوط به نفت و گاز، یکی دیگر از چالش‌هایی است که این صنعت را به سوی بهره گرفتن از فناوری نانو سوق داده است. ورود فناوری نانو به این حوزه، دستاوردهای بزرگی همچون محصول «Nansulate» داشته است. این محصول که توسط شرکت «Industrial Nanotech» تولید می‌شود، به‌واسطه استفاده از نانوکامپوزیت‌های «Hydro-NM-Oxide»، هدایت گرمایی را به‌شدت کاهش می‌دهد. در آزمایش‌های صورت گرفته، دیواره‌هایی که با استفاده از این ماده پوشش داده می‌شوند، حداقل 35 درصد اتلاف انرژی کم‌تری نسبت به دیواره‌های فاقد این پوشش خواهند داشت. این رقم، در حوزه نفت و گاز صرفه‌جویی بسیار عظیمی را به همراه خواهد داشت.
نانومواد، امکان تحلیل بلادرنگ چاه‌های نفت را با استفاده از امولسیون‌های استخراج‌شده از آن‌ها فراهم می‌نمایند. این موضوع، به‌واسطه تزریق نانومواد به چاه‌ها و منابع و سپس بازیابی آن‌ها صورت می‌گیرد. یکی از شرکت‌های پیشرو در این فناوری، «MAST» است که ابزارهای مختلفی را برای شناسایی مشخصه‌های اسپکتروسکوپیک ذرات طی عملیات استخراج، توسعه داده است. این ذرات، دارای هسته مغناطیسی بوده و با مواد حساس که وجود محتوای سولفور، آب و گاز را تشخیص می‌دهند، پوشش داده شده‌اند.
یکی دیگر از کاربردهایی که نانوفناوری در حوزه نفتی به آن ورود نموده است، مسئله محیط‌زیست و در عین حال، افزایش مقاومت و کارکرد تجهیزات و قطعات مورد استفاده برای حفاری و حتی استخراج نفت در اعماق دریا است. به دنبال معاهدات موقت در زمینه حفاری نفت در عمق دریا، فاجعه انفجار در تجهیزات نفتی خلیج مکزیک اتفاق افتاد و طغیان نفت در عمق دریا، بدترین مشکلات زیست‌محیطی در تاریخ قاره امریکا را به وجود آورد. همین موضوع، باعث سرمایه‌گذاری و توجه ویژه از جانب مکزیک و ژاپن، جهت توسعه کامپوزیت‌های نانویی قابل استفاده در اعماق دریا شد. کامپوزیت‌ها می‌توانند در مواد آب‌بندی و اورینگ‌ها، برای مقاومت در برابر حرارت و فشار بالا، مورد استفاده قرار گیرند. هدف از این اقدامات، حفاری حتی در دما و فشار بالا است که این امکان را می‌دهد تا نفت را از منابعی که تاکنون به دلیل عمق زیاد غیرقابل بهره‌برداری بوده‌اند، استخراج نمود.
علاوه بر استفاده از فناوری نانو برای بهبود استخراج، این فناوری در حوزه بهبود فرایند فراوری و تصفیه ناخالصی‌ها از نفت و گاز، نیز به صورت قابل توجهی ورود نموده و غشاهای نانویی مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر موارد ذکر شده، می‌توان به موارد زیر نیز در خصوص کاربردهای بالقوه این فناوری ارزشمند در صنایع نفت و گاز اشاره نمود:
- کاهش خوردگی اجزای حفاری به کمک نانو پوششها؛
- کاهش وزن و افزایش مقاومت اجزای حفاری و توانایی حفاری در اعماق بیشتر به کمک نانوکامپوزیت‌ها؛
- افزایش مقاومت و کاهش وزن لوله‌ها به کمک نانوکامپوزیت‌ها؛
- کاهش اصطکاک در تجهیزات حفاری به کمک نانو روان کننده‌‌ها؛
- محافظت در برابر شرایط آب و هوایی به کمک نانو پوششها.
اگرچه آمار رسمی از میزان استفاده از فناوری نانو در صنعت نفت و گاز منتشر نشده است، اما علاقه صنعت پتروشیمی به نانو فناوری، تا اندازه‌ای است که ده شرکت بزرگ دنیا، برای توسعه تشخیص و نقشه‌برداری از میدان‌های نفت و گاز با روش‌های مبتنی بر نانو، همکاری‌های گسترده‌ای را آغاز نموده‌اند. بدین منظور، این شرکت‌ها با همکاری دانشگاه‌های بزرگی مانند تگزاس و رایس، کنسرسیوم پیشرفته انرژی تأسیس کرده‌اند. همچنین، شرکت بزرگ «Shell»، شدیداً به برقراری ارتباط میان بخش دانشگاهی و بخش صنعتی در زمینه پژوهش‌های نانو فناوری، مشتاق بوده و در سال 2008 میلادی، تیمی متشکل از 30 نفر از بهترین متخصصان جهان در زمینه نانو فناوری و 30 نفر از کارکنان حرفه‌ای خود را گرد هم آورد تا چگونگی استفاده از نانو فناوری برای تشخیص، کشف و تولید نفت و گاز را بررسی نمایند.
نانوفناوری و صنعت نفت و گاز در ایران
ایران به عنوان یکی از کشورهای فعال در حوزه نانوفناوری و همچنین منابع قابل توجه نفت و گاز، دستاوردهای قابل توجهی را در این راستا به دست آورده است. کاتالیست‌های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، یکی از موارد بسیار مهمی است که شرکت‌های فناور داخلی زیادی را به خود جذب نموده است. نانو کاتالیست رفرمینگ نفتا برای تولید بنزین و ترکیبات با ارزش آروماتیک بالا، نانو کاتالیست سولفورزدایی از جریان گاز طبیعی، کاتالیست دهیدروژناسیون و نانوکاتالیست اکسی‌کلراسیون جهت تبدیل اتیلن به اتیلن دی کلراید و تهیه خوراک اولیه «PVC»، از جمله موارد شایان توجهی است که می‌توان در این خصوص به آن‌ها اشاره نمود.
یکی دیگر از حوزه‌های حائز اهمیت نانوفناوری در ایران، حوزه نانوپوشش‌هاست که با کاربرد گسترده در صنایع مختلف، از جمله صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، یک بازی برد-برد را برای فناوران فعال در این حوزه و شرکت‌های نفتی فراهم نموده است.
علاوه بر موارد ذکر شده، بکارگیری فناوری نانو در حوزه محیط زیست را می‌توان با نمونه‌هایی مشابه فیلترهای هوای مورد استفاده در صنایع نفتی، یادآور شد. همچنین، بکارگیری پشم سنگ‌هایی با پوششی حاوی نانوذرات برای کاهش اتلاف انرژی و یا سوسپانسیون ناکول برای استفاده در سیالات حفاری، از دیگر مواردی است که در این صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.
لازم به ذکر است که برنامه تجاری‌سازی فناوری نانو نیز در راستای حمایت از فرایند تجاری‌سازی دستاوردهای محققین کشور در حوزه فناوری نانو، از طرح‌های دریافتی در این حوزه، حمایت نموده و نمونه‌های مشابهی را نیز در برنامه های پیشین خود داشته است. به عنوان مثال، نانوافزودنی سوخت دیزل با نام تجاری «IFA133»، یکی از طرح‌های دریافتی در فراخوان‌های پیشین نانومچ است که با اضافه نمودن این محصول با نسبت 1 به 500 به سوخت دیزل، کاهش قابل ملاحظه آلاینده‌های سوخت دیزل را به همراه خواهد داشت.
هنوز نظری وارد نشده است!
نظر خود را ارسال نمایید
پست الکترونیکی شما انتشار پیدا نمی کند.