Nuovi sensore batterici per rilevare perdite di petrolio e gas
Gli scienziati statunitensi stanno sviluppando un “sensore vivente” basato su batteri che mangiano idrocarburi per monitorare la vasta rete di oleodotti del paese.
Oltre 212.000 miglia di oleodotti e gasdotti attraversano gli Stati Uniti, trasportando ogni anno circa 16 miliardi di barili di petrolio greggio, prodotti petroliferi raffinati e gas naturale liquefatto. Migliaia di chilometri di oleodotti si diramano attraverso il fondo dell’oceano. Il monitoraggio dell’ampia rete per individuare eventuali perdite è una sfida monumentale con soluzioni imperfette. I tubi si rompono e, quando lo fanno, i risultati possono essere costosi, sia per l’azienda che per l’ambiente.
Ora i ricercatori stanno lavorando per sviluppare sensori basati su batteri lunghi pochi centimetri che si attaccano alla parte esterna dei tubi. Questi sensori rilevano gli idrocarburi rilasciati da una perdita ed emettono un segnale di allarme senza fili ai tecnici che controllano l’infrastruttura. Una versione più grande del sensore, su una scala di pochi metri di lunghezza, potrebbe essere utilizzata per aiutare gli sforzi di pulizia. Questa tecnologia potrebbe aumentare le attrezzature attuali già utilizzate per il monitoraggio degli oleodotti e ridurre la quantità di petrolio e gas che fuoriesce dagli oleodotti per inquinare l’ambiente.
“Alcuni microrganismi degradano o mangiano contaminanti e, nel processo, producono una certa tensione elettrica”, ha detto Veera Gnaneswar Gude, ingegnere ambientale presso l’Università Statale del Mississippi. Gude e il suo team vogliono sfruttare queste capacità naturali e confezionarle in un sensore.
Attualmente, i gestori di gasdotti controllano le loro infrastrutture in vari modi. Possono assumere tecnici per camminare lungo i condotti con sensori portatili che cercano le emissioni di gas da fessure capillari. Possono scansionare la rete dall’alto, utilizzando droni, aerei o elicotteri dotati di laser o telecamere a infrarossi. Oppure possono inviare una macchina cilindrica, carica di sensori, chiamata “smart pig” attraverso il tubo per ispezionarla internamente.
Ma gli incidenti accadono. Secondo la Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration, più di 11.700 incidenti di oleodotti e gasdotti si sono verificati nella parte continentale degli Stati Uniti tra il 1998 e il 2017, con un costo per l’industria di oltre 334 morti, 1.296 feriti e 7 miliardi di dollari.
Secondo Gude, i sensori a base di batteri collegati all’esterno dei tubi potrebbero funzionare in tandem con le apparecchiature esistenti per migliorare il rilevamento e i tempi di risposta.
Gli scienziati sanno già che alcuni microrganismi che vivono naturalmente nel suolo e nell’acqua degli oceani possono nutrirsi di idrocarburi come metano, etano, butano, propano e pentano. Colonie di questi sono fiorite e hanno prosperato grazie al petrolio fuoriuscito dal pozzo Macondo della BP durante il disastro della Deepwater Horizon nell’aprile 2010. Altri microbi che assorbono sostanze chimiche e producono elettroni come sottoprodotto sono stati ben studiati per l’uso in celle a combustibile microbiche che rimuovono gli inquinanti dalle acque reflue e allo stesso tempo generano elettricità.
Il nuovo sensore di Gude funziona come una batteria a base di microrganismi che vivono nelle acque marine e nei sedimenti.
Da un lato c’è un anodo costituito da una membrana porosa che contiene una concentrazione di microbi amanti degli idrocarburi. Quando molecole di idrocarburi passano attraverso la membrana, gli organismi le mangiano e inviano elettroni attraverso una resistenza che regola e misura il flusso di elettroni mentre si muovono verso il catodo. Al catodo, una colonia di batteri che si nutrono di questi elettroni prodotti.
In circostanze normali, quando non vi sono perdite, i microbi si nutrono naturalmente di composti organici nell’acqua o nel terreno. Ma quando trovano una traccia di idrocarburi, i loro metaboliti aumentano, causando un picco nel numero di elettroni. Questo picco può essere misurato dalla resistenza o da un piccolo circuito nel catodo. Se il picco supera una soglia, il sensore potrebbe emettere un segnale wireless che avvisa un tecnico.
Chris Reddy, uno scienziato senior della Woods Hole Oceanographic Institution nel Massachusetts, ritiene che l’idea di usare batteri in un sensore che si attacca alla parte esterna di un tubo fosse intelligente. “I batteri sono dei veri e propri degradanti microbici,” ha detto. Ma ha avvertito che a volte i batteri smettono di mangiare idrocarburi.
“È come un buffet. I batteri mangeranno il grande gambero ripieno come portata principale, ma quando diventa troppo difficile da mangiare o non è così piacevole, smetteranno di mangiare,” ha detto. Ciò potrebbe rendere difficile fare pieno affidamento su tali batteri per svolgere un particolare lavoro.
“Affrontano una sfida interessante,” ha detto Reddy. “Se avessero successo, sarebbe impressionante.”
Gude ha presentato la ricerca sui sensori ad un incontro della American Chemical Society a New Orleans. Ha detto che vorrebbe sviluppare un sensore che funziona non solo su tubi, ma anche su autocisterne, camion e serbatoi di stoccaggio. Alla fine, vuole sviluppare un sistema più grande che possa anche ridurre le fuoriuscite per ridurre gli sforzi di pulizia.
“Vogliamo sviluppare un sensore che fornisca una soluzione completa a questo problema,” ha dichiarato Gude.
Tradotto in Italiano. Articolo originale: InsideScience
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