[미국] 와이오밍대 브랜트 교수, 유전 폐수처리 강화 연구 주도

미국 와이오밍대학교(University of Wyoming) 토목 및 건축 공학 조나단 브랜트(Jonathan Brant) 부교수는 미국 에너지 부로부터 약 100만 달러의 새로운 교부금으로 와이오밍의 그린 리버(Green River) 유역에서 석유 및 가스 폐수 배출 개선 연구를 이끌 예정이다.

브랜트(Brant)의 프로젝트는 최근 화석에너지국(Foicesil Office)이 처리 우물에 주입되는 폐수를 줄이기 위한 처리기술을 상용화하고 재사용을 위한 물 공급을 늘리기 위해 비용 분담 연구 및 개발을 위한 연방 기금을 받기 위해 선정된 4 개 중 하나이다.

향후 2년 동안 Brant의 주요 목표는 더 큰 그린 리버 유역에서 현장 평가를 위해 초 소수성 및 초 친수성의 두 가지 멤브레인 프로토 타입을 제조하는 것이다. 초 소수성 원형 막은 생산 된 물에서 오일 및 BTEX 화합물을 선택적으로 제거하도록 설계되었다. BTEX는 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 크실렌)(Xylene) 화학물질을 말하며, 이는 원유에서 자연적으로 발생하며 천연 가스 및 석유 침전물 근처에서 찾을 수 있다.

두 번째, 초 친수성 멤브레인 프로토 타입의 목적은 오일과 BTEX 분리 공정에 따라 다른 물질과 물을 분리하는 것이다. 일련의 작업을 수행할 때 이 연구를 통해 석유 및 BTEX를 회수할 수 있어 생산자에게 수익을 창출할 수 있으며, 깨끗하고 재사용 가능한 물을 생산할 수 있다.

공동 교장 연구원과 UW 수학 통계학과 스테판 하인즈(Stefan Heinz) 교수를 포함한 Brant와 그의 팀은 미세 다공성 막을 만들기 위해 전기 방사 및 전기 분무라고 하는 새로운 합성 기술을 사용할 예정이다.

전기 방사는 필라멘트를 형성하기 위해 고전압 전기장 하에서 방사구를 통해 중합체 용융물 또는 용액을 충전 및 방출함으로써 초 미세 나노섬유를 제조하는 방법이다. 전자 분무는 특수한 액체 분무 공정의 산물로, 정전기력에 의존하여 유한 전도성의 액체를 고충전된 미세한 방울로 분리한다. 이 고정밀 공정은 기존 중합 기술보다 비용 효율적이며 기존 공정에서 발견되는 많은 과제를 극복한다.

결국, Brant는 수처리 및 자원 회수를 위한 전기 방사 및 전기 분무 막의 상업적 생산을 위한 플랫폼을 만들려고 한다. 또한 그는 연구결과를 뒷받침 할 수 있는 스타트업 회사의 잠재력을 예견했다.

브랜트는“이번 연구는 현장 테스트를 위해 상용화 된 사전 상용 멤브레인 프로토 타입을 개발하게 될 것"이라면서 “파일럿 규모의 전기 방사 및 전기 분무 막 생산 장비와 결합하여 UW는 석유 및 가스 산업에서의 배치를 위한 신규 막의 생산에 중점을 둔 스핀 오프 회사를 구성하고 ㅍ이 유형을 주도 할 수 있는 위치를 차지할 것이다"라고 말했다.

그랜트 수상자에게는 혁신적인 기술과 솔루션으로 각각 25,000 달러의 상이 수여되었다. 그들의 제안은 폐기물 흐름 최소화, 기술 설계 및 배럴당 비용을 포함하는 기준에 따라 선택되었습니다.

 Brant는 와이오밍에 있는 공인 환경 엔지니어이며 컨설팅 수처리 엔지니어 및 연구원 과학자로서 15년 이상의 경험을 가지고 있다. 그의 전문 분야는 물리 화학적 분리 공정이며 막 공정에 중점을 두고 있다. 

그의 현재 연구 프로젝트와 관심 분야는 생산 된 물과 다른 소금물에서 희토류 원소와 귀금속을 회수하기 위한 공정 개발, 생산된 물 관리를 위한 열 구동 분리 공정을 위한 나노 복합체 막의 개발,  수처리 응용을 위한 조작된 나노 물질의 합성, 나노기술의 환경적 영향에 대한 특성 분석 등을 연구했다.

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UW's Brant Leads Research To Boost Oilfield Wastewater Treatment

University of Wyoming civil and architectural engineering Associate Professor Jonathan Brant will lead research into improving oil and gas wastewater discharge in Wyoming’s Green River Basin with a new grant of about $1M from the U.S. Department of Energy.

Brant’s project was one of four selected recently by the Office of Fossil Energy to receive federal funding for cost-shared research and development to commercialize treatment technologies to reduce wastewater that is being injected into disposal wells -- and increase water supplies for reuse.

Over the next two years, Brant’s primary objective will be to manufacture two membrane prototypes, superhydrophobic and superhydrophilic, for field evaluation in the greater Green River Basin. The superhydrophobic prototype membrane is designed for selectively removing oil and BTEX compounds from produced waters. BTEX refers to the chemicals benzene, toluene, ethylbenzene and xylene, which occur naturally in crude oil and can be found in the vicinity of natural gas and petroleum deposits.

The second, superhydrophilic membrane prototype’s purpose is to separate water from other substances following the oil and BTEX separation process. When operated in a series, the research could allow for the recovery of oil and BTEX, which can generate revenue for producers and also the production of clean, reusable water.

Brant and his team, including co-principal investigator and UW Department of Mathematics and Statistics Professor Stefan Heinz, will use novel synthesis techniques called electrospinning and electrospraying to make the microporous membranes.

Electrospinning is a method to produce ultrafine nanofibers by charging and ejecting a polymer melt or solution through a spinneret under a high-voltage electric field in order to form a filament. Electrospray is the product of a special liquid atomization process that relies on the electrostatic force to break a liquid of finite conductivity into a plume of highly charged fine droplets. This highly precise process is more cost-effective than traditional polymerization techniques and overcomes many challenges found in conventional processes.

Eventually, Brant intends to create a platform for the commercial production of electrospun and electrospray membranes for water treatment and resource recovery. Additionally, he foresees the potential of a startup company to support the outcomes of the research.

“This work will result in the development of pre-commercial membrane prototypes ready for field testing,” Brant says. “Coupled with the pilot-scale electrospinning and electrospraying membrane production equipment, it will position UW to form both a spin-off company focused on the production of novel membranes for deployment in the oil and gas industry, and to take the lead in this type of membrane research in the U.S.”

Grant winners also each received a $25,000 award in recognition of their innovative technologies and solutions. Their proposals were selected based on criteria that included minimization of waste streams, technology design and per-barrel cost.

Brant is a licensed professional environmental engineer in Wyoming and has over 15 years of experience as a consulting water treatment engineer and researcher scientist. His area of expertise is physicochemical separation processes, with an emphasis on membrane processes.

His current research projects and interests include process development for recovering rare earth elements and precious metals from produced waters and other brines; development of nanocomposite membranes for thermally driven separation processes for produced water management; synthesis of engineered nanomaterials for water treatment applications; and characterization of the environmental implications of nanotechnology.

[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/uw-s-brant-leads-research-to-boost-oilfield-wastewater-treatment-0001) / 2019년 11월 5일]