Foto: KAIST, edited

V laboratoři, kde se vědci snaží nalézt nové cesty pro zefektivnění průmyslových procesů, došlo k překvapivému objevu. Zdánlivě obyčejný filtr, který se běžně zanáší, se stal klíčem k revoluci v rafinaci ropy. Tento objev by mohl dramaticky snížit energetickou náročnost a emise v jednom z nejvíce energeticky náročných odvětví na světě.

Autor původního článku: redakce

Nová membrána mění pravidla hry

Vědci z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ve spolupráci s výzkumnou skupinou profesora Ryana Livelyho z Georgia Tech vyvinuli novou membránu, která dokáže oddělit surovou ropu při pokojové teplotě. Tento průlom by mohl snížit spotřebu energie při rafinaci o téměř 32 %, emise uhlíku o téměř 38 % a provozní náklady o 36 %.

Tradiční rafinace a její energetická náročnost

Tradiční rafinace ropy spoléhá na destilaci, která vyžaduje ohřev ropy na teploty přes 350 °C. Tento proces je energeticky velmi náročný a celosvětově spotřebovává přibližně 1 100 terawatthodin (TWh) ročně, což odpovídá produkci asi 130 jaderných elektráren s kapacitou jednoho gigawattu. Tento obrovský energetický nárok činí destilaci hlavním přispěvatelem k emisím skleníkových plynů v rafinačním průmyslu.

Nečekaný objev: Zanesený filtr jako výhoda

Výzkumníci z KAIST a Georgia Tech přistoupili k problému jinak. Místo složitého povlaku použili jednoduchou membránu z porézního polyakrylonitrilu (PAN), levného a chemicky stabilního polymeru. Když surová ropa procházela membránou, těžší molekuly uhlovodíků se hromadily na vnitřních stěnách, čímž se zmenšovaly otvory a vytvářely velmi úzké kanály o šířce méně než 2 nanometry.

Tyto přirozeně vytvořené kanály umožnily rychlý průchod lehčích frakcí ropy, jako je nafta, benzín a petrolej, zatímco těžší látky byly zadržovány. Tento jev, známý jako zanášení, obvykle snižuje výkon filtrace, ale v tomto případě zvýšil účinnost separace molekul.

Významné snížení energetické spotřeby

Jednou z největších výhod této technologie je, že rafinerie by nemusely nutně nahrazovat své stávající zařízení. Membrána by mohla být instalována jako modulární filtrační systém, který zpracovává surovou ropu před vstupem do konvenčního destilačního zařízení. Počítačové simulace naznačují, že začlenění membrány do rafinačního procesu by mohlo přinést významná zlepšení.

Potenciál pro další průmyslová odvětví

I když byla hlavním cílem výzkumu separace surové ropy, stejná technologie by mohla být užitečná i v jiných průmyslových odvětvích. Jednou z možných aplikací je zpracování pyrolytického oleje, který vzniká při recyklaci plastů. Membrány by také mohly pomoci při obnově rozpouštědel používaných při výrobě baterií, čištění farmaceutických sloučenin a zlepšení produkce biopaliv.

Profesor Dong-Yeun Koh z KAIST uvedl: „Tato studie odhaluje nový vědecký princip, kdy membrána interaguje s komplexní směsí a spontánně vytváří vlastní separační kanály.“

Budoucnost membránové technologie

Před širším nasazením technologie plánují výzkumníci zlepšit výrobu membrán ve větším měřítku a zajistit jejich spolehlivost během dlouhodobého provozu. Profesor Jae W. Lee z KAIST dodal: „Doufáme, že rozšíříme použití procesů založených na membránách v celém rafinačním a petrochemickém průmyslu.“

Výzkum byl podpořen Ministerstvem vědy a ICT Koreje prostřednictvím programu základního výzkumu pro vynikající začínající výzkumníky a programu Engineering Research Center (ERC).