Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Нафтопереробка є одним із найбільш енерговитратних промислових процесів у світі. За даними досліджень, саме цей етап перетворення сирої нафти у паливо відповідальний за приблизно 6% глобальних викидів вуглекислого газу. Головна причина – висока енерговитратність термічного розділення нафти за допомогою фракційної дистиляції, яка вимагає значного нагрівання.
Науковці з Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили революційну мембрану, здатну фільтрувати нафту за розміром молекул, що дозволяє уникнути кип’ятіння сировини. Такий підхід може знизити енергоспоживання процесу на 90%, одночасно скоротивши викиди СО₂. Мембрана виготовляється методом міжфазної полімеризації і має потенціал до масштабного впровадження в промисловості.
Принцип роботи інноваційної мембрани
На відміну від традиційного підходу, де компоненти сирої нафти розділяються за температурою кипіння, нова мембрана сортує їх за розміром молекул. Фільтрація здійснюється на атомарному рівні, що дозволяє точно ізолювати важкі й легкі фракції палива без необхідності нагрівання.
Інженери застосували змінені полімери, які використовуються у зворотноосмотичних мембранах для опріснення води. Ці матеріали добре зарекомендували себе ще з 1970-х років і вже довели свою ефективність у зниженні енерговитрат. Нові хімічні модифікації зробили мембрану стійкою до набухання при контакті з вуглеводнями, що було проблемою для попередніх поколінь таких технологій.
Хімічні вдосконалення для нафтової фільтрації
Для забезпечення стабільної роботи у нафтовому середовищі команда MIT замінила амідні зв’язки в мембрані на іміни, які є більш жорсткими і гідрофобними. Це дозволяє нафтопродуктам швидко проходити через мембрану без деформації її структури. Крім того, до складу було введено мономер тріфтіцен, який стабілізує пори і забезпечує точну молекулярну селекцію.
Процес виготовлення мембрани передбачає реакцію між гідрофільним мономером MPD і гідрофобним TMC у середовищі води та органічного розчинника. Саме на межі цих фаз формується тонкий полімерний шар, який і слугує фільтрувальним бар’єром для нафтопродуктів.
Практичне випробування та результати
Нова мембрана пройшла тестування на сумішах, що моделюють склад реальної сирої нафти. При розділенні толуолу й триизопропілбензену вона показала ефективність у 20-кратному збагаченні одного з компонентів. Аналогічні результати досягнуто і при роботі з промисловими сумішами, такими як нафтовий бензин, гас та дизель.
У промисловому масштабі технологія може бути впроваджена як каскадна система мембран, де на кожному етапі відбувається відбір цільових компонентів. Це дозволяє замінити енергозатратні фракційні колони більш ефективним і економним способом розділення нафтопродуктів.
Потенціал масштабування і промислового використання
Однією з ключових переваг є те, що нова мембрана виготовляється тим самим методом, який уже широко використовується в індустрії опріснення. Це дає змогу швидко інтегрувати технологію в існуючі виробничі процеси без необхідності будівництва нових ліній.
Дослідники відзначають, що адаптація хімії мембрани до нафтопереробки не потребує радикальної зміни обладнання. Технологія вже підтримується наявними стандартами, а матеріали, з яких вона виготовляється, мають низьку собівартість і стабільну доступність на ринку.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, як алгоритми з підкріпленням вирішують складні завдання та перемагають чемпіонів.
