Nowa membrana z MIT może znacznie obniżyć koszty i emisje przy przeróbce ropy naftowej

Proces rafinacji ropy, czyli jej rozdzielania na składniki takie jak benzyna, olej napędowy czy nafta, jest dziś jednym z najbardziej energochłonnych na świecie. Aż 6% globalnych emisji dwutlenku węgla pochodzi właśnie z podgrzewania ropy w celu jej rozdzielenia. Ale naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zaproponowali nowe rozwiązanie, które może zmienić wszystko.

Zamiast gotować ropę – co pochłania ogromne ilości energii – nowa metoda pozwala na „przesiewanie” jej składników przez specjalną membranę. To działa trochę jak sitko: mniejsze cząsteczki przechodzą przez filtr, większe zostają. Cały proces odbywa się w temperaturze pokojowej i bez potrzeby używania wysokiego ciśnienia.

Jak działa nowy filtr?

Zespół inżynierów MIT opracował ultracienką, wytrzymałą membranę, która przepuszcza tylko cząsteczki o określonej wielkości. Kluczem do sukcesu jest zmiana w budowie chemicznej materiału. Zamiast klasycznych wiązań, które łatwo pęcznieją w kontakcie z ropą, zastosowano sztywniejsze i bardziej odporne wiązania zwane „iminowymi”. Dzięki temu filtr zachowuje swoje adekwatności, nie ulega zniszczeniu i nie przepuszcza niepożądanych substancji.

Inżynierowie wykorzystali znaną technikę z procesu odsalania wody, zwaną polimeryzacją międzyfazową. Dzięki niej możliwe jest szybkie i tanie wytwarzanie takich filtrów w warunkach przemysłowych – co oznacza, iż ich produkcja może ruszyć praktycznie od zaraz. Tradycyjne membrany poliimidowe, stosowane m.in. w filtracji wody, nie nadają się do separacji ropy, ponieważ zbyt łatwo absorbują składniki organiczne i pęcznieją. Dodatkowo zastosowano specjalną cząsteczkę o nazwie tryptycen, która wspomaga tworzenie selektywnych porów molekularnych.

Membrana filtrująca / Źródło: MIT

Co pokazują testy?

Aby sprawdzić skuteczność nowego filtra, naukowcy przetestowali go na mieszaninach zbliżonych do rzeczywistej ropy. Filtr doskonale poradził sobie z oddzieleniem lżejszych składników, takich jak toluen, od cięższych – osiągając choćby 20-krotne zwiększenie stężenia wybranych związków.

Przy użyciu filtrów możliwe jest więc stopniowe oczyszczanie ropy bez użycia ogromnych ilości energii. Każdy etap może być dostosowany do konkretnego składnika, co pozwala precyzyjnie „wyłowić” to, co potrzebne – na przykład składniki do produkcji benzyny czy oleju opałowego.

Tradycyjna rafinacja opiera się na ogromnych wieżach destylacyjnych, które zużywają mnóstwo energii do podgrzewania surowej ropy. Nowe filtry mogłyby zastąpić wiele z tych procesów, co oznacza:

• nawet 90% mniej zużytej energii,
• niższe koszty produkcji paliw i chemikaliów,
• duże ograniczenie emisji CO₂,
• możliwość instalacji choćby w mniejszych zakładach.

Dodatkowo – ze względu na prostotę wytwarzania – technologia mogłaby być stosowana globalnie, choćby w miejscach, gdzie w tej chwili rafinacja jest niemożliwa z powodu braku odpowiedniej infrastruktury.

Czy to możliwe na dużą skalę?

Tak. Technologia opiera się na procesach już stosowanych w zakładach odsalania wody morskiej, które funkcjonują na całym świecie. Oznacza to, iż przystosowanie istniejących linii produkcyjnych do produkcji nowych filtrów nie będzie wymagać rewolucji technologicznej. „To może być dla przemysłu rafineryjnego tym, czym energia odnawialna jest dla elektrowni węglowych” – mówi profesor Zachary Smith, jeden z autorów badania.

Choć brzmi to jeszcze dość nieprawdopodobnie, to jesteśmy coraz bliżej realnych zmian w przemyśle naftowym. Dzięki nauce i inżynierii możliwe staje się ograniczenie nie tylko kosztów produkcji, ale i negatywnego wpływu na środowisko. jeżeli nowa technologia znajdzie zastosowanie w praktyce – a wiele na to wskazuje – czeka nas rewolucja w jednym z najstarszych i najbardziej obciążających procesów przemysłowych.