Forskare har utvecklat ett hållbart och ekonomiskt sätt att återvinna olja från ultrakallt industriavloppsvatten och oljeutsläpp.

Forskare från Imperial College London och University of Toronto har designat en svamp som kan ta bort svåråterhämtad olja från artiska vatten. Deras forskning bygger på tidigare utvecklad svampteknologi för att rikta in sig på specifika utmaningar med att återvinna olja från ultrakallt vatten.

Resultaten, publiceras i Vetenskapens framsteg , presentera en ekonomisk och hållbar metod för oljeutvinning som kommer att gynna miljön samtidigt som den presenterar en kostnadseffektiv lösning för industrin.

Oljeförorening i Arktis

Forskare har utvecklat en speciell beläggning för kommersiellt tillgängliga svampar som kan återvinna oljedroppar från vatten så kallt som 5 grader celsius. Olja är svårare att ta bort från ultrakallt vatten eftersom den blir trögflytande vid låga temperaturer, minskar dess flöde och gör det svårare att samla upp.

Oljeförorening i arktiska vatten är en viktig fråga, med över en biljon liter oljesandsavfall, en avfallsbiprodukt från oljeutvinning, marina och arktiska oljeutsläpp som väntar på sanering.

Traditionell teknik som används för att utvinna olja från sådana platser är antingen energikrävande, kostsam, eller ineffektiv när den står inför oljedroppar i mikrometerstorlek. Vissa kan till och med riskera att orsaka ytterligare miljöskador, t.ex. de som återuppvärmer oljan före uppsamling, vilket kan få det att lösas upp eller avdunsta.

Tekniken designad av Imperial och U of T tar itu med dessa utmaningar genom att utnyttja egenskaperna hos kalltemperaturolja för att skapa en lågenergi- och kostnadseffektiv lösning. Detta kommer inte bara att gynna miljön och bidra till att skydda våra naturresurser, det erbjuder en ekonomiskt lönsam lösning för industrin som är avgörande för att säkerställa en bred spridning.

Ömsesidig dragkraft

Teamet på Imperial konstruerade en speciell beläggning för kommersiellt tillgängliga svampar baserad på beteendet hos oljedroppar i kallt vatten.

När oljan är under 38 grader celsius, det börjar kristallisera och blir klibbigt i kanterna. Huvudförfattaren Dr. Pavani Cherukupally använde denna kunskap för att designa en paraffinliknande svampbeläggning med samma kemiska struktur som olja som kunde skapa en ömsesidig attraktion mellan de två ytorna.

Svampen kan sköljas med ett giftfritt lösningsmedel som tränger undan de klibbiga oljedropparna och gör att de kan samlas upp, vilket gör att både svampen och oljan kan återanvändas. Processen är känd som vaxvätning, där en vätska används för att ersätta en annan. I detta fall, lösningsmedlet, känd som heptol, används för att förskjuta oljedropparna.

När de optimala vaxvätningsegenskaperna väl hade fastställts, ett team av U of T Chemists syntetiserade nanobeläggningen som gjorde den funktionell och redo att användas i större skala.

Rigorösa tester visade att den konstruerade svampen kan adsorbera oljedroppar från vatten på mellan 5 och 40 grader Celsius och ta bort 90-99% av föroreningarna inom två och en halv timme. Den återvunna oljan kan användas igen av industrin, tillhandahålla en ekonomisk fördel för organisationer, och svampen kan återanvändas tio gånger med konsekventa resultat.

Nästa steg

Denna metod för oljeutvinning innebär betydande fördelar för både industrin och miljön. Den har en hög framgångsgrad för att ta bort olja från ultrakallt vatten och kräver ingen extra energitillförsel eftersom den använder svampens och oljans materialegenskaper för att generera resultat.

Huvudförfattare Dr. Pavani Cherukapally, Imperial College London, förklarade:"Vi har utvecklat ett energieffektivt sätt att återvinna råolja som har ekologiska fördelar för miljön och är ekonomiskt fördelaktigt för industrin.

"Vårt arbete är betydelsefullt eftersom det är inriktat på en specifik fråga, oljekristallisation vid låga temperaturer, och tar upp det ur ett materialperspektiv."

Professor Daryl Williams, huvudutredare, tillade:"Om vi ​​fortsätter att behandla miljön som vi har varit i årtionden, rent vatten kommer att bli alltmer bristfällig. Som en sådan viktig global resurs, det är viktigt att samhället och industrin har tillgång till innovativa, lågkostnadsmetoder för vattenrening som de vi redovisar i vår studie.

"Vår teknik förebådar ett nytt tillvägagångssätt för global sanering som vi hoppas kommer att användas brett innan det är för sent."

Därefter kommer teamet att undersöka hur svampen kan användas för att samla in och sortiment av oljor, som var och en har olika sammansättning och kommer att bete sig olika vid låga temperaturer. De är övertygade om att deras svampteknologi kan anpassas för att möta dessa olika behov under många olika miljöförhållanden.