Процессы переработки нефти являются неотъемлемой частью глобальной энергетической системы, но они вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды. Примерно 6% мировых выбросов углекислого газа приходится на традиционные способы фракционирования нефти, основанные на высокотемпературной перегонке.
Команда инженеров из Массачусетского технологического института (MIT) разработала технологию, способную кардинально изменить правила игры: инновационную мембрану, которая разделяет компоненты нефти по молекулярному размеру, а не по температуре кипения.
В традиционном процессе нефть нагревают до высоких температур, чтобы разделить ее на компоненты: бензин, дизель и керосин. Это требует огромных затрат энергии. Новая технология предлагает альтернативу: вместо нагрева используется молекулярное сито — тонкая полимерная мембрана, через которую пропускаются молекулы углеводородов, разделяя их по размеру. По словам ведущего автора исследования, профессора химической инженерии MIT Зака Смитта, это «совершенно новый способ представления процесса разделения: не кипятить смеси, а фильтровать их по форме и размеру молекул».
Команда ученых модифицировала материалы, используемые в опреснении воды методом обратного осмоса. Они изменили молекулярную структуру полимерной пленки, заменив амидные связи на более жесткие и гидрофобные имины, устойчивые к набуханию при контакте с нефтью. Это позволило создать прочную мембрану, сохраняющую свои свойства даже при работе с тяжелыми углеводородами.
Дополнительно в структуру был введен мономер триптицен — жесткая молекула, которая помогает формировать поры строго определенного размера. Такая конструкция обеспечивает высокую избирательность фильтрации и устойчивость материала в нефтяной среде.
Эффективность мембраны была подтверждена в ходе лабораторных испытаний. При фильтрации смеси толуола и триизопропилбензола (TIPB) мембрана концентрировала толуол до значений, в 20 раз превышающих исходное содержание. В другом тесте, с промышленной смесью нафты, керосина и дизеля, удалось эффективно отделить легкие и тяжелые фракции, что подтверждает применимость технологии в реальных условиях нефтепереработки.
Метод производства мембраны основан на уже применяемой промышленной технологии межфазной полимеризации. Это открывает путь к масштабированию и внедрению технологии в действующие предприятия.
По оценке исследователей, внедрение мембранной технологии способно снизить энергозатраты на переработку нефти на 90% и уменьшить выбросы CO₂ до 1% от текущих мировых значений. Это делает разработку не только экономически выгодной, но и крайне важной с экологической точки зрения.
Исследование финансировалось компанией ExxonMobil через Инициативу MIT по энергетике (MIT Energy Initiative), что подчеркивает интерес отрасли к практической реализации результатов.
По мнению профессора Смитта, внедрение таких мембран на первом этапе переработки нефти может заменить часть фракционирующих колонн, а каскадное использование фильтров позволит эффективно очищать сырье и получать нужные продукты. Таким образом, новая технология MIT может стать важным шагом в направлении устойчивой энергетики, сочетая эффективность, масштабируемость и снижение воздействия на окружающую среду.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России предложили улучшить добычу нефти с помощью меченой воды.