Diversas formas de actividad subterránea, como los pozos profundos o la eliminación de materiales peligrosos, requieren el sellado de las rocas a largo plazo. Un equipo de investigadores ha desarrollado un método innovador basado en procesos de fosilización para sellar grietas y fracturas en rocas mediante una “resina formadora de concreción”. Los resultados fueron publicados en Ingeniería de Comunicaciones.
La eliminación subterránea de contaminantes, como los desechos radiactivos y el dióxido de carbono, plantea desafíos únicos. Para evitar su liberación, es necesario sellar los pozos y pozos utilizados para las investigaciones y garantizar que no haya fugas de la roca durante largos períodos de tiempo. Desafortunadamente, los materiales de sellado actuales a base de cemento no ofrecen funcionalidad y durabilidad a largo plazo. Especialmente en países propensos a terremotos, como Japón, esto puede causar complicaciones futuras, como fugas.
Para encontrar una solución, el investigador principal Hidekazu Yoshida, del Museo de la Universidad de Nagoya, recurrió a su experiencia en preservación de fósiles en concreciones de carbonato de calcio. Entendió que tales concreciones se forman con bastante rapidez en unas pocas semanas o años, y que los fósiles en las concreciones permanecen notablemente intactos durante millones de años, incluso cuando se extraen de lugares propensos a la erosión y las perturbaciones sísmicas. Reflexionó sobre el uso potencial de un enfoque similar en un contexto industrial.
“Me di cuenta de que los fósiles bien conservados en concreciones habían resistido la erosión y similares durante decenas a cientos de miles de años en el entorno natural”, dijo Yoshida. “Me inspiré al estudiar la rapidez con la que se formaban las concreciones y por qué los fósiles de su interior se conservaban tan bien”.
Una de las razones de la durabilidad de los fósiles es el proceso de concreción. Este es un proceso de fosilización natural en el que los minerales del agua subterránea se precipitan y se acumulan alrededor del material orgánico. La calcita en el agua subterránea sella los restos formando cristales a su alrededor, uniendo los sedimentos circundantes. Este mecanismo crea un fósil casi impenetrable, en el que los cristales bloquean incluso aberturas pequeñas, del tamaño de un micrómetro.
Basándose en el proceso de formación de concreciones, los investigadores mezclaron dos agentes para desarrollar una “resina formadora de concreciones”. La resina retiene los iones necesarios para formar calcita cuando se introduce agua. La calcita forma cristales impenetrables en grietas y agujeros, reproduciendo el proceso de formación de concreciones que se observa en la naturaleza, sólo que mucho más rápido.
Durante una prueba en un laboratorio subterráneo a 350 metros bajo la superficie en Hokkaido, la isla más septentrional de Japón, los investigadores descubrieron que su material a base de resina tenía una notable capacidad de sellado. Cuando se aplicó a las vías de flujo en la roca, las selló completa y rápidamente.
La zona experimentó seis terremotos en el espacio de dos días, incluido un terremoto de magnitud 5,4, lo que puso a prueba su resina. A pesar de otros cinco terremotos durante el período de prueba, las grietas permanecieron selladas. De hecho, las grietas abiertas incluso se volvieron a cerrar a medida que los cristales se reformaban.
“Los terremotos fueron una coincidencia; algo que nunca esperábamos ni planificamos”, dijo Yoshida. “Fueron una sorpresa para nosotros, pero fue una gran oportunidad para ver el rendimiento del material. Nunca antes se había informado de un efecto de sellado tan rápido y sostenido de las fracturas de roca, incluida la reparación de grietas después de un terremoto. Materiales de cemento convencionales No podemos lograr este resultado.”
El grupo está trabajando estrechamente con la Agencia de Energía Atómica de Japón, Sekisui Chemical Co. y Chubu Electric Power Co., Ltd. para garantizar que la resina sea comercialmente viable. Tras el éxito de su prueba, el equipo prevé una amplia gama de aplicaciones, incluido el secuestro subterráneo a largo plazo de desechos radiactivos y dióxido de carbono, el sellado de pozos petroleros abandonados, el control de aguas subterráneas durante la excavación de rocas y minas, y la reparación de grietas en infraestructuras antiguas, como carreteras. y edificios.
2024-05-23 01:43:27
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