Vem ser till att världen uppfyller sina energibehov samtidigt som riskerna för planeten minimeras? Din första gissning kanske inte är världens största petroleumbolag. Men under ett sabbatsforskningsprojekt med Saudi Aramco, WPI-professor Nancy Burnham – en erkänd miljöaktivist – lärde sig att, faktiskt, företaget använder metoder som nanoteknik för att utvinna resurser med minsta möjliga störning av miljön.

"Innan jag lärde mig mycket om oljebolag, Jag tänkte på dem som en typisk miljöpartist gör, säger Burnham, som tidigare har konsulterat med Saudi Aramco. Saudi Aramco är det statligt ägda oljebolaget i kungariket Saudiarabien och ett helt integrerat, globala petroleum- och kemikalieföretag.

"Det är sant, oljebolagen har mycket välstånd. Men de ger oss också en värdefull resurs som vi har kommit att vara beroende av, och de flesta har gjort investeringar i förnybar energi. De vet, för företagets framtid, de måste börja investera i förnybar energi, " hon säger.

Under hennes sabbatsår, Burnham, docent i fysik och biomedicinsk teknik, arbetat med företagets forskningscenter för nanoteknologi i Boston. Forskningen fokuserade på hur man effektiviserar oljeutvinningen.

"Det visar sig, när du lägger ner en oljekälla, oljan sitter inte där och väntar på dig. Allt rinner inte ut direkt, som du ser på tv, " säger hon. Cirka 10–25 procent av den tillgängliga oljan kommer upp av sig själv. Nästa 20–25 procent är svårare att utvinna, och de återstående 50–70 procenten är ännu svårare, beroende på platsens geologi, förklarar hon.

Oljebolagen kunde lämna resten av oljan på plats och gå vidare till ett annat fält för att ta ut de lättare första 25–50 procenten. Men det alternativet är ineffektivt och kortsiktigt, Burnham förklarar. Först, det kräver en stor mängd infrastruktur för att ta bort hälften av oljan; det är ineffektivt och kostsamt att dra upp insatser och flytta till en annan plats, lämnar kvar tillgänglig olja. Också, "Många av säkerhetsproblemen med oljeutvinning är förknippade med utsläpp på marknivå. Så ju färre oljekällor vi behöver, desto lägre bör risken [för ett spill] vara, ", tillägger Burnham.

Dessutom, även en mycket optimistisk tidslinje för att USA ska bli helt förnybar är 30 år, och förnybar energi är inte en stadig energikälla, påpekar hon. För att värma bostäder, kraftbilar, och tillverka produkter, oljebolag har inte råd att lämna olja bakom sig.

Lösningen är att få upp den återstående oljan ur marken med hjälp av verktyg och teknik.

"Oljefält är mycket komplicerade, med många lager av sten. Du kan inte bara hoppa i ett magiskt rymdskepp och flyga ner för att se var det är. Du behöver verktyg för att uppskatta var det är, " säger Burnham.

En teknik drar fördel av att ha flera brunnar i ett fält. Att extrahera från en brunn gör att oljan under marken flyter lite. Genom att skjuta in konstruerade nanopartiklar i en brunn, du kan övervaka omgivande brunnar och på flera veckor upptäcka var partiklarna kommer fram. Detta talar om för ingenjörerna på vilket sätt oljan sprids, som pekar på var framtida brunnar bör vara för att få ut resten av oljan, säger Burnham.

En annan utmaning är att oljepartiklar tenderar att fastna på varandra och andra bergväggar, gör dem svåra att extrahera. Den där klibbigheten, plus vätskans sammansättning av olja, saltvatten, och vatten, gör det kemiskt svårt för partiklarna att lätt diffundera från en brunn till en annan. Burnham och hennes Aramco-kollega Shannon Eichmann har publicerat en artikel om hur, genom nanoteknik, ingenjörer skulle kunna modifiera kemin så att partiklarna inte tenderar att fastna på bergväggarna och migrera lättare till nästa brunn.

Burnhams arbete har resulterat i två artiklar, ett manuskript under granskning, och tre inbjudna föredrag. Hon säger att hennes sabbatsår gav henne en ny uppskattning av stenar som nanostrukturer och lärde henne hur man kan hjälpa människor att förstå att oljebolag kan ses mer allmänt som energibolag.

"Jag lärde mig verkligen mycket. Det var uppfriskande eftersom arbetet var så annorlunda och jag såg hur saker jag vet kan appliceras på ett helt annat område, " hon säger.

Den avgående hållbarhetschefen John Orr erkänner att allt eftersom gröna energikällor och teknologier ökar, det är viktigt att göra utvinning av fossila bränslen så miljövänligt som möjligt.

"På campus och globalt, åsikterna går brett angående vår utvinning och användning av petroleumprodukter, " säger Orr. "Lyckligtvis, en stor och växande del av befolkningen inser vikten av att gå över till rena och förnybara energikällor så snabbt som möjligt. Sålänge, vi måste arbeta för att minimera miljöskadorna av produktionen och använda våra kolbaserade energikällor.

"Professor Burnhams forskning är ett exempel på det vetenskapliga och tekniska arbete som pågår vid WPI för att förbättra balansen mellan nuvarande samhällsnytta och långsiktig global hållbarhet, " han säger.

Burnhams erfarenhet gav henne insikt i skillnaderna mellan industri och akademi.

"Att interagera med studenter, Jag kan nu säga att jag har viss erfarenhet av industrin och kan ge bättre råd till studenter om deras karriärer, " säger hon. Faktum är att genom sitt samarbete med Saudi Aramco, hon kunde rekommendera en WPI-student för ett jobb där. Studenten anställdes därefter, ett resultat från hennes sabbatsår som hon tycker är mycket givande.