Le acque reflue provenienti dai giacimenti di idrocarburi contengono minerali essenziali per numerose operazioni tecniche e industriali. In una svolta ironica, un vero e proprio tesoro di minerali critici viene scartato insieme all’acqua considerata troppo inquinata e costosa da purificare.
Il ricercatore dell’Università del Texas A&M, il Dr. Hamidreza Samouei, sta indagando sui componenti dell’acqua prodotta e afferma che questo sottoprodotto di scarto delle operazioni petrolifere e del gas contiene quasi ogni elemento della tavola periodica, inclusi quelli di notevole interesse per le economie nazionali.
Il suo obiettivo è trattare l’acqua utilizzando anidride carbonica (CO2) indesiderata in varie fasi per recuperare questi elementi preziosi e, infine, produrre acqua dolce per uso agricolo una volta completati i processi.
“Riconoscere il valore latente all’interno dell’acqua prodotta può offrire soluzioni concrete ad alcune delle sfide ambientali più urgenti del mondo, dalle emissioni di CO2 alla crescente scarsità di determinati minerali e dell’acqua stessa”, ha affermato Samouei, professore assistente di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Petrolifera Harold Vance.
La ricerca di Samouei sul “brine mining” è stata presentata in un articolo del gennaio 2024 nel Journal of Petroleum Technology della Society of Petroleum Engineers intitolato “Liquid Goldmine: sbloccare il potenziale minerale critico dell’acqua prodotta utilizzando l’anidride carbonica”. Ha introdotto l’argomento alla conferenza e mostra Middle East Water Week tenutasi nel dicembre 2023 in Arabia Saudita e ha riferito le sue scoperte più recenti alla conferenza annuale della Produced Water Society nel febbraio 2024 a Houston, in Texas.
Perché l’acqua prodotta viene gettata via?
L’acqua si accumula in aree sotterranee dove avvengono funzioni geologiche, come i giacimenti di idrocarburi, e scioglie e immagazzina enormi quantità di minerali e altri elementi. Durante le operazioni di estrazione di petrolio e gas, in media vengono recuperati sei barili da 159 litri di questa “acqua prodotta” per ogni barile di petrolio, e in casi rari, fino a un sorprendente rapporto di 500 a 1. È fino a 10 volte più salata dell’acqua di mare e contiene circa 6.000 volte più minerali.
Una volta separata l’acqua prodotta dal petrolio, il processo previsto prevede un processo di estrazione del sale per recuperare minerali critici e altri elementi prima che l’acqua venga purificata per specifiche operazioni agricole o per essere utilizzata nelle operazioni di fratturazione per recuperare più petrolio.
Nel 2020, la quantità globale annuale di acqua prodotta recuperata dalle operazioni petrolifere e del gas ha superato i 240 miliardi di barili, con il solo Texas che recupera 33 milioni di barili al giorno. I campi petroliferi del Permian Basin in Texas generano più acqua prodotta di tutti gli altri giacimenti di scisto degli Stati Uniti combinati. Trattare questo vasto volume è proibitivo in termini di costi, quindi l’acqua prodotta è principalmente considerata un prodotto di scarto e iniettata in campi di smaltimento sotterranei per un contenimento sicuro.
I valori nascosti nella salamoia
Poiché tutto ciò che è contenuto nell’acqua prodotta non è mai stato catalogato, la ricerca di Samouei è iniziata dalle basi. Ha raccolto campioni di acqua prodotta in tutto il territorio statunitense e ha creato un metodo standardizzato per analizzare il contenuto dell’acqua. È stato allora che ha scoperto che conteneva quasi tutto ciò che è elencato nella tavola periodica degli elementi.
I risultati di Samouei hanno incluso minerali critici come litio, rubidio, cesio, gallio e metalli del gruppo del platino – sostanze fondamentali per le tecnologie attuali e future che avanzano nelle industrie informatiche, energetiche e dei trasporti. Più importantemente, come altre salamoie, l’acqua prodotta presentava quantità meno costose ma abbondanti di sodio, potassio, magnesio e calcio – utilizzati nei processi di produzione, nella produzione di fertilizzanti e in altre industrie.
Tutti questi minerali possono essere molto più redditizi del petrolio che viene su con l’acqua prodotta, quindi i costi di recupero dell’acqua potrebbero essere facilmente compensati vendendo i minerali recuperati.
Un trattamento migliore
Samouei ha spiegato che, sebbene sia stata considerata la desalinizzazione dell’acqua prodotta, l’approccio di estrarre prima tutto il sale e i minerali prima di trattare l’acqua non era stato esplorato.
Gran parte della sua ricerca attuale si concentra sullo sviluppo del miglior flusso di metodi per estrarre minerali preziosi dalla salamoia in fasi di raffinamento utilizzando la desalinizzazione con CO2, che egli definisce “un approccio rivoluzionario al recupero mirato di minerali dall’acqua prodotta”. Il processo include una varietà di tecniche di filtrazione, come l’ultrafiltrazione e la nanofiltrazione, e utilizza anche l’osmosi inversa.
Potenziale di commercializzazione
La ricerca sta creando un punto di riferimento per il brine mining, sia che si utilizzi l’acqua prodotta o altre fonti salmastre, ma Samouei ha affermato che ulteriori sviluppi avrebbero bisogno di una fonte di finanziamento. Gli sponsor governativi si stanno concentrando sull’estrazione di minerali critici in luoghi come il fondo del mare o addirittura gli asteroidi, non su qualcosa di così vicino a casa come l’acqua prodotta.
Samouei ha detto di sperare di cambiare la visione dell’industria petrolifera e del gas sull’acqua prodotta, prima per vederla come un mezzo redditizio per ricevere denaro e poi, forse in 10 anni, come una fonte per le loro stesse operazioni minerarie.
“L’acqua prodotta potrebbe non essere bella se la guardiamo come uno scarto”, ha detto, “ma sarà di impatto per le prossime generazioni del mondo se la guardiamo come una risorsa”.
