Нанотехнологии, разработанные для медицинского применения, могут пригодиться при освоении запасов нефти, которых обычными методами не достичь.
Нефтяные поля, которые считаются исчерпанными, в действительности содержат примерно столько же углеводородов, сколько их было выкачано, считает Ирадж Эршаги, инженер-нефтяник из Университета Южной Калифорнии (США). По самым скромным его оценкам, в старых месторождениях Соединённых Штатов хранится по меньшей мере 360 млрд баррелей.
Это нефть, которая «зацепилась» за текстуру осадочных пород (как жирный осадок на сковороде) или же оказалась запертой в небольших пористых структурах по соседству с главным месторождением, поясняет Шон Мёрфи, руководитель Расширенного энергетического консорциума (AEC) при Университете штата Техас, в который входят десять нефтегазовых компаний. Выявление и извлечение подобных остатков — очень сложная задача.
Рис. 1. Нефтяная станция в лучах заката (фото Fábio Pinheiro).
Среди современных методов обнаружения нефти выделяются бурение керна, позволяющее составить подробную карту подстилающей породы, но лишь на очень небольшой территории, и сейсморазведочное построение для создания общей карты всего поля. Примерно тот же эффект в медицине дают биопсия и рентген соответственно.
(1) Но есть и новый способ выявления, скажем, раковых опухолей — наночастицы, покрытые антителами. Подобные нанотехнологии могли бы обнаружить нефть в карманах месторождений и повысить эффективность её добычи. С 2008 года AEC инвестировала $30 млн в эти исследования.
Рис. 2. Наночастицы в кровеносных сосудах человека на пути к раковым клеткам.
Нефтяные компании пытаются промывать водой старые месторождения, чтобы добыть хотя бы часть остатков. Джеймс Тур из Университета Райса (США) разработал наночастицы, покрытые слоем водорастворимых полимеров, — дабы они не слипались и могли проникнуть через поры в породе. Кроме того, в числе «окутавших» их соединений — материалы, «дружные» с углеводородами. «Если у вернувшихся наночастиц не будет этого покрытия, значит, внизу много нефти», — поясняет г-н Тур.
(2) В свою очередь Аюсман Сен из Университета штата Пенсильвания (США) пытается разработать наночастицы, которые не надо закачивать под давлением. Они проникают в пористую породу сами собой. Предыдущие исследования показали, что достаточно такого простого решения, как кислотно-легированная капля нефти, плавающая в щелочном растворе. Если он защелачивается, капля плывёт в определённом направлении, поскольку градиент заставляет её края отдавать кислоту раствору. Наночастицы Сена станут передвигаться за счёт солёного градиента в пресной воде. Они также будут покрыты химическим веществом, которое «стремится» к углеводородам.
Рис. 3. Нефтяной музей в Техасе (фото Jose Oliver).
НО!
Медицинские наночастицы, прикрепившиеся к опухоли, способны сигнализировать о своём местоположении с помощью изменения длины световой волны, которая отражается, когда инфракрасный лазер светит на поражённую ткань. А вот с нефтью этот номер не пройдёт. Как только наночастицы Сена уплыли от воды, с которой они проникли в глубину, их принципиально невозможно восстановить. И они не могут сообщить о своих выводах.
Наночастицы Тура (с полимерным покрытием) остаются рядом с той областью, куда их закачали, и могут быть забраны обратно. Но всё, что они могут сказать нам, — натолкнулись ли они на нефть. Необходимо отследить, где именно они нашли нефть, но это сейчас не представляется возможным, подчёркивает Шон Мёрфи.
(3) Ну а пока нефтяные компании добавляют в воду, которой обрабатывают старые месторождения, моющие средства. Они снимают нефть с поверхности пород и формируют эмульсию, из которой можно выделить нефть. Впрочем, процесс имеет ограниченную эффективность, если в нефтенаполненную полость попадает небольшое количество моющего средства.
И снова — решение может лежать в области медицинских нанотехнологий. Фармацевтическая промышленность экспериментирует с доставкой антираковых препаратов с помощью нанокапсул, которые высвобождают своё содержимое только при контакте с раковой клеткой. Это позволит избежать поражения здоровых тканей. Дженн-Тай Лян, инженер-нефтяник из Университета штата Канзас (США), работает над аналогичной идеей, используя нанокапсулы с моющим раствором. Он говорит, что капсулы имеют два преимущества: они достаточно малы, чтобы проникать в крошечные карманы, и выпускают моющее средство только при наличии нефти.
Рис. 4. Основные этапы проникновения наночастиц в клетку.
