Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai sukūrė naują membraną, galinčią iš esmės pakeisti tai, kaip pasaulis rafinuoja naftą. Vietoj energiją ryjančio distiliavimo proceso ši inovatyvi plėvelė leidžia atskirti naftos komponentus pagal jų molekulinį dydį.
Toks metodas galėtų sumažinti net iki 90 proc. energijos sąnaudas, palyginti su įprastu distiliavimu, kuris šiandien atsakingas už apie 6 proc. visų pasaulio anglies dioksido emisijų.
Naftos perdirbimas iki benzino, dyzelino ar šildymo alyvos šiuo metu priklauso nuo terminio distiliavimo, proceso, kai nafta kaitinama iki virimo, kad būtų galima atskirti jos komponentus. Tai reikalauja milžiniško kiekio energijos.
Tačiau MIT tyrėjai sukūrė plėvelę, kuri atlieka šį darbą kitaip, ne šiluma, o molekulinės filtracijos būdu.
„Tai visiškai naujas požiūris į skaidymą. Vietoj to, kad virintume mišinius, kodėl gi jų nefiltruojant pagal formą ir dydį?“ – sako MIT chemijos inžinerijos profesorius Zachary P. Smith.
Jo vadovaujama komanda sukūrė itin ploną plėvelę, kuri geba atskirti net ir labai smulkias molekules molekuliniu lygiu.
Naujas požiūris – senomis priemonėmis
Plėvelė sukurta remiantis jau dešimtmečius naudojama technologija, interfacine polimerizacija, kuri paprastai taikoma vandens gėlinimo membranų gamyboje.
Tačiau vietoj klasikinių amido ryšių, kurie buvo jautrūs išbrinkimui ir prastai veikė su organiniais junginiais, mokslininkai sukūrė polimerą su imino ryšiais, standesniais ir hidrofobiškesniais, todėl tinkamesniais naftos produktams filtruoti.
Norint užtikrinti tikslų molekulių pralaidumą, į plėvelės struktūrą taip pat buvo įtrauktas tripticenas – stabili molekulė, leidžianti susiformuoti tinkamo dydžio poroms.
Testai rodo – veikia
Norėdami patikrinti membranos veikimą, mokslininkai atliko bandymus su tolueno ir triizopropilbenzeno mišiniu. Rezultatai įspūdingi, membrana sugebėjo koncentruoti tolueną 20 kartų daugiau nei pradinėje medžiagoje.
Be to, testuota buvo ir su realiomis naftos frakcijomis, tokiomis kaip nafta, žibalas ir dyzelinas ir vėl pavyko efektyviai atskirti lengvesnius ir sunkesnius komponentus.
Toks membraninis metodas galėtų būti pritaikytas pramoniniu mastu, keičiant tradicines frakcionavimo kolonas keliais membranų etapais, leidžiančiais laipsniškai atskirti reikiamus komponentus.
Pramoninis potencialas – milžiniškas
Svarbiausias šio metodo pranašumas, o tai, kad jį būtų galima pritaikyti jau esamuose gamybos procesuose.
„Ši technologija išnaudoja tai, kas jau yra gerai žinoma – vandens valymo membranų gamybos linijos gali būti pritaikytos šiai naujai chemijai,“ – pabrėžia tyrimo pagrindinis autorius Taehoon Lee.
Nors dar laukia tolesni bandymai ir optimizavimas, šis proveržis rodo realią galimybę pertvarkyti vieną didžiausių pramonės šakų pasaulyje. Tai reikštų ne tik mažesnes sąnaudas, bet ir reikšmingą žingsnį link mažesnio poveikio aplinkai.
Atsižvelgiant į tai, kad tradicinės distiliavimo sistemos sunaudoja apie 1 proc. visos pasaulinės energijos, pokytis gali turėti milžinišką reikšmę klimato kaitos kontekste.
MIT komanda ir toliau tobulina savo plėveles ir ieško partnerių, galinčių padėti technologiją iškelti į pramoninę skalę. Jei pavyks, artimiausiais metais galime tikėtis reikšmingų pokyčių ne tik naftos sektoriuje, bet ir daugelyje kitų sričių, kur reikalingas efektyvus molekulių atskyrimas.
