شناسايي نشتيهاي نفت و گاز

بيش از 212000 مايل لوله ي نفت و گاز تنها در ايالات متحده ي آمريکا وجود دارد که در حدود 16 ميليارد بشکه نفت خام، محصولات پتروشيمي و ميعانات گازي را در سال انتقال مي دهند. هزاران مايل از اين خطوط لوله در کف اقيانوس حرکت مي کند. ارزيابي نشتي اين شبکه ها يک چالش قابل توجه با راه حل هاي با کارايي پايين مي باشد. انجام اين ارزيابي ها نيز هزينه هاي بالايي دارد. اين هزينه ها هم از لحاظ هزينه ها محيط زيستي و هم هزينه هاي مالي مي باشند. با توجه به انجمن ايمني و مخاطرات مواد سمي و خطوط لوله، بيش از 11700 حادثه در خط لوله ي گاز و نفت تنها در ايالات متحده و در بازه ي زماني بين سال هاي 1998 تا 2017 رخ داده است. امروزه، محققين در حال کار بر روي توسعه ي سنسورهاي بر پايه ي باکتري هستند که تنها چند سانتيمتر طول دارند و بر روي سطح خارجي لوله ها، نصب مي شوند. اين سنسورها مي توانند هيدروکربن هاي نشت کننده را شناسايي کنند و بواسطه ي سيگنال هاي وايرلس، به سيستم زيرساختاري اطلاع رساني کنند. يک ورژن بزرگتر از اين سنسورها، که در حقيقت طولي برابر با يک متر دارند، مي توانند براي فعاليت هاي تميزکاري استفاده شوند. اين تکنولوژي مي تواند موجب تکميل ادوات کنوني مورد استفاده براي ارزيابي خطوط لوله و کاهش ميزان نفت و گاز نشت کننده از خطوط لوله شوند. با اين کار، ميزان آلودگي هاي محيط زيستي نيز کاهش مي يابد.
"ميکروارگانيزم هاي خاصي وجود دارد که مي توانند موجب تخريب آلودگي ها شوند و يا آنها را ببلعند. اين ميکروارگانيزم ها موجب توليد ولتاژهاي الکتريکي مي شوند". اين جمله را ورا گنانسوار گودي (Veera Gnaneswar Gude) گفته است. گودي يک مهندس محيط زيست در دانشگاه ايالتي ميسي سي پي است. گودي و تيم تحقيقاتي او مي خواهند تا اين ظرفيت هاي طبيعي را در داخل يک سنسور، ايجاد کنند.
در حال حاضر، اپراتورهاي خطوط لوله زيرساخت هاي خود را با استفاده از چند روش مختلف، مورد ارزيابي قرار مي دهند. آنها ممکن است روش هايي را استفاده کنند که براي انجام آنها مجبورند در طول لوله حرکت کنند و از سنسورهاي دستي براي بررسي احتمال انتشار گاز از ترک هاي مويي، استفاده کنند. آنها ممکن است شبکه را از طريق هوا، استفاده از هواپيماي بدون سرنشين، هواپيماها يا هلي کوپترهاي مجهز به ليزر يا دوربين هاي فروسرخ، مورد ارزيابي قرار دهند. آنها همچنين مي توانند يک ماشين استوانه اي مجهز به سنسور را که "خوک هوشمند" (smart pig) ناميده مي شود، را از داخل لوله حرکت دهند و بدين صورت بررسي داخلي بر روي لوله را انجام دهند.
البته هنوز هم حوادث رخ مي دهد. با توجه به انجمن ايمني و مخاطرات مواد سمي و خطوط لوله، بيش از 11700 حادثه در خط لوله ي گاز و نفت تنها در ايالات متحده و در بازه ي زماني بين سال هاي 1998 تا 2017 رخ داده است. اين مسئله موجب بروز خسارتي معادف 7 ميليارد دلار، 1296 زخمي و 334 مرگ شده است.
سنسورهاي بر پايه ي باکتري به بخش خارجي لوله متصل مي شود و مي تواند در زمان هاي بروز نشتي، آن را تشخيص داده و به بخش حفاظت، گزارش دهد.
محققين هم اکنون نشان داده اند که برخي از ميکروارگانيزم ها که به صورت طبيعي در خاک و آب اقيانوس زندگي مي کنند، مي توانند بر روي هيدروکربن هايي مانند متان، اتان، بوتان، پروپان و پنتان، تغذيه شوند. در آپريل 2010، کلني هايي از اين ميکروارگانيزم ها بر روي نفت ريخته شده از چاه نفت مادو رشد کردند. ساير ميکروب ها نيز وجود دارد که مواد شيميايي را مي گيرند و موجب توليد الکترون مي شوند. اين ميکروب ها را مي توان در توليد پيل هاي سوختي ميکروبي استفاده کرد و بدين صورت موجب حذف آلودگي ها از فاضلاب و توليد برق شد.

بيشتر بخوانيد: مباني آتش‌نشاني؛ مقدمات نجات

سنسورهاي جديد گودي شبيه باتري هاي بر پايه ي ميکروارگانيزم هايي کار مي کنند که در آب و رسوبات دريايي، موجود مي باشند. در يک بخش آندي از جنس غشاي توخالي وجود دارد که حاوي يک غلظت از ميکروب هاي هيدروکربني زنده مي باشند. وقتي مولکول ها با هيدروکربن هاي عبوري از غشاي متخلخل، واکنش مي دهند، ميکرواگانيزم هيدروکربن را مي خورد و موجب توليد الکترون ها در ميان يک رسانا مي شود. اين جريان اندازه گيري و به بخش مورد نظر، ارسال مي شود.
تحت شرايط نرمال، وقتي هيچ نشتي وجود ندارد، ميکروب ها از ترکيبات آلي موجود در آب و يا خاک، استفاده مي کنند. اما وقتي آنها بتوانند هيدروکربن پيدا کنند، متابوليسم آنها افزايش مي يابد و اين مسئله موجب توليد الکترون مي شود. اين توليد الکترون بوسيله ي مقاومت سنج و يا يک مدار کوچک که در کاتد قرار داده مي شود، اندازه گيري مي شود. اگر جريان الکتروني از يک حدي بيشتر شود، سنسور مي تواند يک سيگنال را از طريق شبکه ي وايرلس به متخصص ارسال کند.
کريس ردي (Chris Reddy)، محقق ارشد در شرکت Woods Hole Oceanographic گفته است که او فکر مي کند که ايده ي استفاده از باکتري در سنسورهايي که به لوله هاي گاز و نفت متصل مي شوند، ايده ي هوشمندانه اي است. او مي گويد: باکتري قابليت تخريب ميکروبي بالايي دارد". اما او مي گويد، برخي اوقات، باکتري خوردن هيدروکربن ها را متوقف مي کند.
در حقيقت اين سنسورها مانند يک رستوران مي باشند که در داخل آن، هم ميگو و هم دنده ي پخته وجود دارد. بنابراين، در زمان خوردن مواد غذايي، باکتري مي تواند حق انتخاب داشته باشد. بنابراين، اين سخت است که بتوان يک باکتري را به طور کامل براي انجام کاري خاص، اختصاص داد.
کريس ردي اضافه کرد که "آنها با چالش هاي جالبي روبرو هستند. در صورتي که موفق به اين کار شوند، بسيار عالي مي شود".
گودي امروز تحقيقات خود بر روي اين نوع سنسور را در انجمن مواد شيميايي آمريا در نئو اورلئان، ارائه کرد. او گفت که احتمالا مي تواند يک سنسور طراحي کند که نه تنها بتواند بر روي لوله ها کار کند، بلکه بتوان از آن، بر روي تانکرها و وسايل ذخيره سازي نيز استفاده کرد. تا اينجا، او توانسته است سيستم بزرگتري را توسعه دهد که مي تواند تکه هاي نفتي را بخورد.
گودي مي گويد:
"ما مي خواهيم سنسوري توسعه دهيم که بتواند به صورت واقعي راه حلي مناسب براي اين مشکل، پيدا کند".
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع مي باشد.
منبع تحقيق :
https://www.insidescience.org