Nanoburbujas de nitrógeno (N₂)
¿Qué puede hacer un gas inerte como nanoburbuja?
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Qué hacen las nanoburbujas de nitrógeno
Las nanoburbujas de nitrógeno modifican la interacción entre superficies sin oxidarlas. El nitrógeno es químicamente inerte, de modo que sus burbujas pueden adherirse a partículas, recubrir paredes de poros o servir de núcleo para cristales sin los efectos oxidantes del aire o del oxígeno. Por eso resultan útiles donde el oxígeno no es deseable: la flotación de sulfuros, la extracción de hidrocarburos y los alimentos sensibles al oxígeno.
Minería: flotación de partículas finas y sulfuradas
En la flotación por espuma, las NB-N₂ se nuclean de manera selectiva sobre las superficies minerales hidrofóbicas y actúan como un colector secundario. Este efecto "puente" aumenta el tamaño aparente y la hidrofobicidad de las partículas, que así se adhieren con más facilidad a las burbujas portadoras más grandes. Es especialmente importante para las partículas finas y ultrafinas, que suelen recuperarse mal porque rara vez chocan con las burbujas Tao, 2022; Azevedo et al., 2019.
El aire es el gas habitual de flotación, pero su oxígeno puede oxidar minerales sulfurados como la pirita y la calcopirita y reducir la selectividad de la flotación. Las NB-N₂ aportan una atmósfera inerte que limita esa oxidación superficial, ayudan a los minerales sulfurados a conservar su hidrofobicidad natural y mejoran la separación en menas complejas Kyzas et al., 2021.
Recuperación de petróleo: mojabilidad y deslizamiento
En estudios con micromodelos de alta presión, las NB-N₂ mejoraron la recuperación de petróleo en poros mojables al aceite principalmente mediante mecanismos físicos. Redujeron la tensión interfacial (TIF) en alrededor de un 12 %, y las burbujas adheridas a las paredes de los poros produjeron un efecto de deslizamiento que disminuyó la fricción y ayudó a movilizar el petróleo. En ensayos de desplazamiento directo, la inyección de NB-N₂ recuperó hasta un 50 % más de petróleo que la inyección convencional de agua en escenarios mojables al aceite Taman et al., 2025.
Los ensayos de imbibición espontánea mostraron un panorama similar. En roca carbonatada fuertemente mojable al aceite, a 120 °C y 45 psi, las soluciones con NB-N₂ alcanzaron una recuperación final de petróleo del 32,6 %, frente al 21 % del agua destilada. Ese resultado se acercó a la recuperación observada en roca mojable al agua Elnaggar et al., 2025.
Procesamiento de alimentos: cristalización
En el procesamiento de alimentos, las NB-N₂ se han estudiado para controlar la cristalización y limitar el deterioro oxidativo. La adición de nanoburbujas de nitrógeno mejoró la nucleación de cristales de lactosa: aumentó el rendimiento de cristalización y redujo el tamaño de los cristales, lo que mejoró la textura de los productos lácteos sin introducir oxígeno reactivo Babu & Amamcharla, 2023.
Cómo se compara el nitrógeno con otros gases
El nitrógeno se elige cuando el oxígeno causaría daño. Frente al aire y al oxígeno, su ventaja es que no oxida las superficies de los minerales ni de los alimentos. Frente al dióxido de carbono en la recuperación de petróleo, actúa de otro modo: las nanoburbujas de CO₂ se disuelven en el crudo, lo hinchan y reducen su viscosidad Cai et al., 2024, mientras que el nitrógeno actuó principalmente a través de la tensión interfacial y el deslizamiento. Los resultados comparados se reúnen en Combinación de gases y cavitación.
Límites y preguntas abiertas
- Las cifras de recuperación de petróleo provienen de ensayos de laboratorio de imbibición y con micromodelos, no de pruebas de campo en yacimientos.
- El resultado del 32,6 % corresponde a un solo conjunto de condiciones: roca carbonatada fuertemente mojable al aceite a 120 °C y 45 psi.
- El mecanismo de flotación proviene de revisiones sobre la flotación con nanoburbujas en general; este perfil no incluye cifras de recuperación de menas específicas para el nitrógeno.
- Las nanoburbujas de nitrógeno se describieron como un colector secundario que actúa junto con los reactivos de flotación, no en su reemplazo.
- El resultado sobre la lactosa proviene de una revisión sobre nanoburbujas en las industrias agroalimentarias.
Preguntas
¿Por qué usar nitrógeno en lugar de aire en la flotación?
El oxígeno del aire puede oxidar la superficie de minerales sulfurados como la pirita y la calcopirita, lo que reduce la selectividad de la flotación. El nitrógeno es inerte, así que sus nanoburbujas aportan burbujas sin esa oxidación y ayudan a conservar la hidrofobicidad natural de los minerales. Actúan junto con los reactivos de flotación, no en su lugar.
¿Cuánto petróleo adicional recuperaron las nanoburbujas de nitrógeno?
En ensayos de imbibición espontánea en roca carbonatada fuertemente mojable al aceite, a 120 °C y 45 psi, las soluciones con nanoburbujas de nitrógeno recuperaron el 32,6 % del petróleo, frente al 21 % del agua destilada. En micromodelos, la recuperación fue hasta un 50 % mayor que con inyección de agua. Ambos son resultados de laboratorio.
¿En qué se diferencian las nanoburbujas de nitrógeno del CO₂ en la recuperación de petróleo?
Las nanoburbujas de CO₂ se disuelven en el crudo, lo hinchan y reducen su viscosidad. En micromodelos, las de nitrógeno actuaron sobre todo por efectos físicos: una tensión interfacial alrededor de un 12 % menor y un deslizamiento de las burbujas adheridas a las paredes de los poros, que redujo la fricción y ayudó a movilizar el petróleo.
Referencias
- Elnaggar, H., Taman, A., Ali, R., et al. (2025). Oil Recovery Enhancement by N 2 Nanobubbles. Energy & Fuels, 39, 2482-2499. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c05180 ↩
- Taman, A., Shoukry, A. E., Kubelka, J., et al. (2025). Oil Recovery Enhancement by Nanobubbles: Insights from High-Pressure Micromodel Studies. Journal of Colloid and Interface Science, 693, 137647. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.137647 ↩
- Kyzas, G. Z., Mitropoulos, A. C., Matis, K. A. (2021). From Microbubbles to Nanobubbles: Effect on Flotation. Processes, 9, 1287. https://doi.org/10.3390/pr9081287 ↩
- Babu, K. S., Amamcharla, J. K. (2022). Generation methods, stability, detection techniques, and applications of bulk nanobubbles in agro-food industries: a review and future perspective. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 63, 9262-9281. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2067119 ↩
- Tao, D. (2022). Recent advances in fundamentals and applications of nanobubble enhanced froth flotation: A review. Minerals Engineering, 183, 107554. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107554 ↩
- Azevedo, A., Oliveira, H., Rubio, J. (2019). Bulk nanobubbles in the mineral and environmental areas: Updating research and applications. Advances in Colloid and Interface Science, 271, 101992. https://doi.org/10.1016/j.cis.2019.101992 ↩
- Cai, L., Wu, J., Zhang, M., et al. (2024). Investigating the Potential of CO2 Nanobubble Systems for Enhanced Oil Recovery in Extra-Low-Permeability Reservoirs. Nanomaterials, 14, 1280. https://doi.org/10.3390/nano14151280 ↩