domingo, 4 de noviembre de 2012

Membranas listas

Para que nadie se lo crea a pie juntillas, aviso de mi falta de preparación técnica en estos temas, pero me da el pálpito que, con el asunto del petróleo, va a pasar como con la profecía malthusiana del siglo XVIII sobre la falta de alimentos, en la que se vaticinaba un desastre inmediato por desajuste entre la producción de alimentos y el crecimiento de la población mundial. Pues el famoso peak oil de Hubbert, una profecía realizada a mediados del siglo pasado y que parecía estar cumpliéndose en lo relativo al declive de la producción petrolífera de los EEUU, parece que va a tener que esperar un poco, sin que, probablemente, muchos de mis lectores lo puedan ver antes de que los incineren o se los coman los gusanitos. No hay más que ampliar la gráfica de la izquierda para constatar el ritmo al que empieza a volver a crecer la producción de crudo en los USA.

Y todo ello gracias al reverdecer de excavaciones petrolíferas, muchas de ellas presuntamente agotadas, tras alcanzar, con nuevas técnicas y en capas más profundas, el llamado petróleo (o gas) de pizarra (shale oil), sedimentos en los que se estima que puede estar el 70% restante del petróleo generado en el período Cámbrico y eras posteriores. Así que si ahora son los americanos, en Texas o Dakota del Norte, los que lo están haciendo aflorar, os podeis imaginar lo que puede ocurrir cuando caigan en la cuenta los del turbante, con la pasta que tienen y lo que deben acumular en esas pizarras profundas.

En lo tocante al petróleo pasado y presente, son muchos los problemas de contaminación ambiental que causan preocupación. Uno de los más importantes es la contaminación del agua, ya sea la empleada en la propia extracción o la que puede verse afectada en el proceso de distribución del crudo a las grandes refinerías. No hay más que pensar, en este último caso, en las grandes catástrofes de petroleros y en las dificultades para controlar y eliminar eso que, tras el naufragio del Prestige, simplificábamos bajo el término chapapote. Un problema menos conocido, pero mucho más importante, es el asunto de la depuración del agua empleada en los pozos de extracción para forzar la salida del crudo. Se estima que, por cada barril de crudo extraído, se generan del orden de entre cuatro y seis barriles de agua contaminada por pequeñas gotas de petróleo, agua que es preciso depurar antes de devolverla al mar o a cualquier otro acuífero. Así que, con solo mirar otra vez el gráfico que encabeza esta entrada, uno puede hacerse una idea de la magnitud anual del problema.

El procedimiento habitual para eliminar ese petróleo es por filtración a través de membranas con tamaño de poro adecuado. Pero el proceso es bastante costoso en términos energéticos porque, para hacerlo posible, hay que inyectar la mezcla agua/petróleo en el dispositivo de filtrado, utilizando presiones relativamente elevadas. Y, además, esas membranas tiene el problema de la colmatación o fouling, en el sentido de que sus poros se van llenando poco a poco de materiales viscosos que lleva el petróleo, perdiendo efectividad a lo largo del tiempo. Para más inri, esas membranas no son versátiles para separar todo tipo de mezclas agua/petróleo.

Recientemente, la revista Nature Communications publicaba online un artículo (DOI:10.1038/ncomms2027) en el que científicos de la Universidad de Michigan, la Universidad de Texas en Dallas y el Air Force Research Laboratory, describían las capacidades de un tipo muy especial de membranas poliméricas a la hora de separar agua del petróleo contaminante, sin necesidad de usar grandes presiones y con prometedores tiempos de trabajo antes de que comiencen a producirse fenómenos de colmatación.

La membrana se prepara sumergiendo un tejido no tejido de poliéster (el término en negrita es una aparente contradicción, pero con solo mirar a un scotchbrite uno se hace la idea de lo que eso quiere decir) en una mezcla de un polietilenglicol con grupos acrilato y una silicona un tanto especial, el poli(fluorodecil silsesquioxano), dejando que aquello cure y solidifique tras calentar. El primer polímero citado es hidrofílico (le gusta el agua) mientras que la silicona es hidrofóbica y oleofóbica (repele al agua y a las sustancias oleaginosas) en virtud del alto número de átomos de flúor que contiene y de su microcristalinidad.

Cuando uno vierte una mezcla de agua y petróleo en una de esas membranas, y tras un período de tiempo en el que parece no pasar nada, las regiones semicristalinas de la silicona se reconfiguran, para dar lugar a una superficie no cristalina que permite al polímero interaccionar con el agua, que moja así la superficie y fluye a través de la membrana que, por otro lado, sigue siendo impermeable al petróleo, aceite u otra sustancia orgánica. Un vídeo de cómo funciona el asunto lo podeis ver aquí, donde el agua ha sido coloreada en azul para que se vea mejor y se usa, como fase orgánica, aceite de colza en lugar de petróleo. En el vídeo es evidente que el filtrado es simplemente por gravedad, sin necesidad de aplicar presión alguna.

Aunque son necesarios muchos más estudios para ampliar el tiempo de vida de las membranas (lo que puede ser su cuello de botella), el descubrimiento es francamente prometedor y sus descubridores ya lo han patentado y andan a la búsqueda de inversores. El hecho de que las membranas puedan obtenerse por simple inmersión de un tejido no tejido (o de una malla de acero inoxidable) en la mezcla de los polímeros y posterior secado, implica que las membranas son susceptibles de ser manufacturadas en cualquier tamaño y forma, lo que abre muchas posibilidades, no sólo en aplicaciones para limpiar el agua de manchas de petróleo, sino también en tratamientos convencionales de aguas residuales, en la purificación de combustibles contaminados con agua, en la separación de emulsiones, etc.

6 comentarios:

Iñigo L dijo...

Buho,
¿Lo de "tejido no tejido" equivale a un fieltro o tiene alguna característica más?

El Búho dijo...

En general tiene que ser bastante poroso. Se trata de que sustente mecánicamente al polímero o polímeros que vayan a llevar a cabo la filtración, pero que no impida aún más el paso de una cara a otra de la membrana.

Francisco dijo...

Nuestro pequeño país trata de salir de su subdesarrollo cambiando su matriz productiva pero aún nos es muy importante la producción petrolífera. Espero que esta idea, alentadora y esperanzadora, se desarrolle industrialmente.

Jeibros dijo...

Es posible que te suene, yo hablé de la Teoría de Olduvai relacionada con esto. Ya discutí sobre esto y es más bien apocalíptico, incluso impregnado de un tinte ultraconservador del autor de la teoría. Todavía hay petróleo, y a medio plazo no conoceremos otra cosa a mi parecer.

El Búho dijo...

Jeibros, es difícil hacer predicciones, sobre todo sobre el futuro ( Niels Bohr dixit). Siempre hay una "mutación" que se empeña en llevar la contraria al profeta.

Montañes dijo...

Buenos filtros van a hacer falta para limpiar esto...http://www.businessinsider.com/photos-destructive-canada-oil-sands-2012-10?op=1

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Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.