کشف روش جدیدی برای حل معمای جذب CO₂ در هیدروکربورها به منظور افزایش بهرهوری در بازیابی نفت
پژوهشگران دانشگاه صنعتی خواجهنصیر به همراه تیمهای علمی از دانشگاه پکن و محققان بینالمللی به بررسی جذب دیاکسیدکربن (CO₂) در هگزادکان پرداختهاند. نتایج این مطالعه میتواند به بهبود مدلهای پیشبینی دقیق و سیستمهای هوش مصنوعی جهت مدیریت منابع هیدروکربنی و ذخیرهسازی کربن کمک شایانی نماید.
طبق گزارشی از ایسنا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی در همکاری با متخصصان دانشگاه علوم زمین چین و دیگر مؤسسات تحقیقاتی معتبر، این تحقیق را با هدف ارتقاء فرآیندهای ذخیرهسازی زیرسطحی CO₂ و بهینهسازی روشهای افزایش بازیابی نفت با CO₂ (CO₂-EOR) به انجام رسانده است. در این مطالعه، محققان با بهرهگیری از طیفسنجی رامان و شبیهسازیهای ترکیبی مونتکارلو/مکانیک مولکولی، اثر فشار و دما بر انحلال CO₂ در هگزادکان را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که افزایش دما منجر به کاهش انحلال میشود در حالی که افزایش فشار به افزایش آن دامن میزند. این اطلاعات میتوانند در راستای توسعه مدلهای پیشبینی هوشمند و بهینهسازی مدیریت منابع هیدروکربنی و ذخیرهسازی کربن موثر باشند و گامی مهم در کاهش پیامدهای تغییرات اقلیمی و بهینهسازی استخراج انرژیهای فسیلی به حساب آید.
افزایش نیاز به انرژی و نگرانیهای زیستمحیطی، اهمیت ذخیرهسازی دیاکسیدکربن و بهبود فرآیند بازیابی نفت را دوچندان کرده است. در این راستا، درک رفتار CO₂ در هیدروکربنهای سنگینی چون هگزادکان همواره ضروری است. انحلال CO₂ در هگزادکان در شرایط مختلف فشار و دما، اطلاعات کلیدی برای طراحی فرآیندهای ذخیرهسازی زیرسطحی و بهبود بازیابی نفت فراهم میآورد.
این تیم تحقیقاتی با استفاده از طیفسنجی رامان، انحلال CO₂ در هگزادکان را در دماهای بین ۲۵ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد و در فشارهای ۱ تا ۱۵ مگاپاسکال اندازهگیری کردند. در این آزمایش، نمونههای استاندارد هگزادکان و CO₂ در موادی شیشهای (سیلیکای موئینه) ترکیب و پس از رسیدن به تعادل، طیفسنجی رامان به عمل آمده تا ارتباط بین کسری مولی CO₂ و نسبت سطح پیکهای رامان استخراج شود.
یافتههای آزمونها نشان داد که با افزایش دما، میزان انحلال CO₂ روند کاهشی دارد و در مقابل، افزایش فشار باعث افزایش این میزان میگردد. این روند اهمیت کنترل دقیق پارامترهای فشار و دما را در فرآیندهای صنعتی و ذخیرهسازی زیرسطحی نشان میدهد. علاوه بر دادههای بهدستآمده، پژوهشگران با به کارگیری شبیهسازیهای ترکیبی مونتکارلو/مکانیک مولکولی (GCMC/MD)، تأثیر تورم هگزادکان و حرکت دیاکسیدکربن در میان مولکولهای آلکان را بررسی کردند. نتایج به دست آمده از شبیهسازیها با دادههای رامان و مدلهای قبلی مطابقت بالایی داشته و دقت پیشبینیها را تأیید نموده است.
این تحقیق نشان داد که تغییرات حجمی در محاسبات حلشوندگی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و باید در مدلهای پیشبینی مشابه لحاظ گردد تا دقت پیشبینی رفتار CO₂ افزایش یابد. همچنین شبیهسازیها این نتیجه را برملا کرد که اثر فشار بر ضریب نفوذ CO₂ به مراتب کمتر از تأثیر دماست و تعامل CO₂ با گروههای متیل (CH₃) قویتر از گروههای متیلن (CH₂) در هگزادکان است، چرا که گروههای متیل دسترسی بیشتری برای برقراری این تعاملات دارند.
این پژوهش نه تنها ابزارهای ارزشمندی برای اندازهگیری درجا (in-situ) ارائه میدهد، بلکه میتواند در آموزش مدلهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نیز یاریرسان باشد تا پیشبینی رفتار CO₂ در نفتهای سنگین زیرسطحی به دقت بیشتری صورت گیرد. از منظر کاربردی، این تحقیق میتواند گام مهمی در توسعه فرآیندهای CO₂-EOR و ذخیرهسازی کربن در زیرزمین محسوب شود و در کاهش اثرات تغییرات اقلیمی و مدیریت بهینه منابع انرژی نقش حایز اهمیتی ایفا کند.
به گفتهی ستاد نانو، این مطالعه نمونهای از همافزایی موفق بین دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی بینالمللی به شمار میآید و نشاندهنده این است که ترکیب روشهای تجربی و شبیهسازی مولکولی میتواند بینش دقیقی در خصوص فرآیندهای پیچیده ارائه دهد. یافتههای این پروژه همچنین میتواند زمینهساز تحقیقات آتی جهت بررسی سایر حلالها، هیدروکربنها و گازهای گلخانهای باشد.
در پایان، این مطالعه بر لزوم توجه به تغییرات حجمی و تعاملات مولکولی برای افزایش دقت مدلهای پیشبینی تاکید میورزد و دادههای حاصل از شبیهسازیهای مولکولی، ابزار مؤثری برای ارتقای بهرهوری انرژی و مدیریت منابع زیرزمینی فراهم میآورد.
