Новая мембранная технология, разработанная группой исследователей из Технологического института Джорджии, Императорского колледжа в Лондоне и компании ExxonMobil, может помочь сократить выбросы углерода и энергоемкость, связанные с переработкой сырой нефти. Лабораторные испытания показывают, что эта технология полимерных мембран могла бы заменить некоторые традиционные процессы тепловой дистилляции в будущем.

Исследование публикует журнал Science.

Фракционирование смесей сырой нефти с использованием тепловой перегонки представляет собой крупномасштабный энергоемкий процесс, на который приходится почти 1% мирового потребления энергии: 1100 тераватт-часов в год (ТВтч / год). Это эквивалентно общему количеству энергии, которое потребляет штат Нью-Йорк в год. При внедрении низкоэнергетических мембран на определенных этапах процесса дистилляции новая технология может однажды позволить внедрить гибридную систему очистки. Она может помочь значительно снизить выбросы углерода и потребление энергии по сравнению с традиционными процессами очистки.

Многое в современной жизни завязано на нефти, поэтому разделение ее молекул важно для цивилизации. Масштабы разделения, необходимые для предоставления нефтепродуктов, невероятно велики. Эта мембранная технология может оказать существенное влияние на глобальное потребление энергии и связанные с этим выбросы при переработке нефти, заявляют ученые.

Мембранная технология уже широко используется в таких областях, как опреснение морской воды, но сложность переработки нефти до сих пор ограничивала использование мембран. Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа разработала новый спироциклический полимер, который был нанесен на прочный субстрат для создания мембран. Они способны разделять сложные углеводородные смеси посредством давления, а не нагрева.

Мембраны отделяют молекулы от смесей в соответствии с размером и формой. Когда молекулы очень близки по размеру, такое разделение становится более сложным. Ученые смогли сбалансировать множество факторов, чтобы создать правильную комбинацию растворимости, чтобы позволить небольшим молекулам проходить через них легче, чем другим. Исследователи обнаружили, что материалам требовалась небольшая структурная гибкость, чтобы улучшить размерную дискриминацию, а также способность быть слегка «липкими» к определенным типам молекул, которые в изобилии обнаружены в сырой нефти.

После разработки новых полимеров и достижения определенных успехов с использованием смеси синтетического бензина, реактивного топлива и дизельного топлива команда решила попытаться отделить образец сырой нефти и обнаружила, что новая мембрана весьма эффективна для извлечения бензина и реактивного топлива.