Фильтр для нефти: прорыв MIT обещает на 90% сократить энергозатраты

Переработка сырой нефти в бензин, дизельное топливо и мазут — это чрезвычайно энергоемкий процесс, на долю которого приходится около 6% мировых выбросов CO2. Основная часть этой энергии уходит на нагрев, необходимый для разделения компонентов по их температурам кипения.

Инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) разработали прорывную мембрану, которая может кардинально изменить ситуацию. Вместо устаревшего метода нагрева, новая технология фильтрует компоненты сырой нефти по размеру их молекул, что потенциально способно сократить потребление энергии в этой отрасли на 90%.

«Это совершенно новый взгляд на процесс разделения. Вместо того чтобы кипятить смеси для их очистки, почему бы не разделять компоненты по форме и размеру? Ключевая инновация заключается в том, что разработанные нами фильтры могут разделять очень маленькие молекулы на атомарном уровне», — объясняет Закари П. Смит, доцент химической инженерии в MIT и старший автор нового исследования, опубликованного в журнале Science.

Новая фильтрационная мембрана представляет собой тонкую пленку, способную эффективно отделять тяжелые и легкие компоненты нефти. Важнейшим ее свойством является устойчивость к разбуханию — проблеме, которая делала неэффективными предыдущие прототипы подобных фильтров при контакте с органическими соединениями.

Для создания мембраны исследователи адаптировали технологию, которая уже десятилетиями успешно применяется для опреснения морской воды. Ученые изменили химическую структуру полимерной пленки, сделав ее более жесткой и гидрофобной. Это позволяет молекулам углеводородов быстро проходить сквозь поры мембраны, не вызывая ее деформации. Для точной «настройки» размера пор был внедрен специальный молекулярный компонент триптицен.

Испытания показали высокую эффективность мембраны. Она успешно разделила как эталонные смеси, так и промышленно значимый состав из нафты, керосина и дизельного топлива. В будущем, по словам исследователей, можно будет использовать каскад из таких фильтров, где на каждом этапе будет повышаться концентрация нужных продуктов, заменяя громоздкие и энергозатратные ректификационные колонны.

Поскольку метод производства, известный как межфазная полимеризация, уже широко используется в промышленности для создания мембран для опреснения воды, его можно будет относительно легко адаптировать для массового выпуска новых нефтяных фильтров. Это открывает реальную перспективу для широкого внедрения технологии в ближайшие годы.