Мембранното рафиниране на нефтa: още една малка стъпка към голямото зелено бъдеще

Нефтът е един от най-важните източници на енергия и суровини за много индустрии. Рафинирането на нефта обаче е сложен и енергоемък процес, който изисква големи количества вода и топлина. Настоящите методи за дестилация на нефта разчитат на разделяне на компонентите на нефта въз основа на разликите в температурата на кипене, което води до високи въглеродни емисии и загуба на полезни вещества.

Но какво би станало, ако беше възможно да се отделят правилните молекули от петрола без нагряване и охлаждане? Какво би станало, ако това можеше да се направи с тънки полимерни филми, които пропускат само желаните компоненти? Подобна технология би могла радикално да промени рафинирането на нефта, като намали потреблението на енергия и вода и подобри ефективността и качеството на продуктите.

Изследователи от Технологичния институт в Джорджия, Имперския колеж в Лондон и ExxonMobil са разработили именно такава технология. Те са създали нов клас полимерни мембрани, които могат да разделят суровия петрол на полезни фракции без използване на топлина. Те са нарекли тези мембрани DUCKY, по името на първите букви на английските думи distillation under critical conditions using kinky polymers.

Как работят мембраните DUCKY?

Мембраните DUCKY са съставени от специални полимери, които са образувани от градивни елементи, наречени спироциклични мономери. Тези мономери са свързани във вериги с множество 90-градусови завои, за да образуват извит материал, който не се свива и образува пори, които селективно свързват и пропускат желаните молекули.

Мембраните DUCKY работят при критични условия – т.е. при налягания и температури, при които течността и газът стават неразличими. При тези условия нефтът се превръща в хомогенна смес, която лесно преминава през мембраната. Някои компоненти на нефта имат висок афинитет към полимера и се задържат в него, като по този начин се отделят от останалите. По този начин мембраните DUCKY могат да отделят леките фракции, като бензин и дизелово гориво, от тежките фракции, като катран и асфалтени.

Какви са предимствата на мембраните DUCKY?

Мембраните DUCKY имат редица предимства пред конвенционалните методи за дестилация на нефта. Първо, те намаляват консумацията на енергия и вода, тъй като не изискват нагряване и охлаждане на петрола. Учените смятат, че мембраните DUCKY могат да намалят потреблението на енергия с 50%, а потреблението на вода – с 90%. Второ, те подобряват ефективността и качеството на продукта, като извличат повече полезни компоненти от маслото и намаляват нежеланите примеси. Трето, те намаляват въглеродните емисии, тъй като не отделят газообразни отпадъци по време на дестилацията на нефта.

Какви са перспективите пред мембраните DUCKY?

DUCKY мембраните са иновативна технология, която има потенциала да революционизира рафинирането и да го направи по-екологично и икономично. Въпреки това, за да се приложи тази технология в промишлен мащаб, трябва да се решат редица технически и икономически предизвикателства. Например, трябва да се увеличат размерите и здравината на мембраните, да се оптимизират условията на работа на мембраните, да се намалят разходите за производство на мембрани и да се адаптират мембраните към различните видове нефт.

За да се ускори разработването на нови полимерни мембрани, учените са създали и инструменти с изкуствен интелект, които могат да прогнозират работата на тези мембрани въз основа на дадени параметри. Тези инструменти се основават на дълбоко машинно обучение и използват големи количества данни за свойствата на полимерите и нефта. По този начин учените могат да спестят време и ресурси за експерименталните тестове на мембраните и да се фокусират върху намирането на оптималните решения.