來自韓國科學技術院 (KAIST) 和喬治亞理工學院的研究團隊開發了一種低成本的膜，能夠在室温下分離原油。這種新膜提供了一種潛在的替代方案，取代了煉油廠中能量密集的蒸餾過程。這種膜由多孔的聚丙烯腈 (PAN) 製成，消除了傳統上進行分子分離時所需的超薄選擇性塗層。研究人員表示，這一方法可以降低煉油的能耗，同時降低製造成本並改善膜基礎的原油分餾的可擴展性。
原油精煉是一個能量密集的工業過程，傳統的蒸餾需要超過 350°C 的高温來將原油分離成汽油、煤油和石臘等產品。全球每年估計消耗約 1,100 太瓦時的電力，使其成為煉油能耗和温室氣體排放的主要來源。隨著石化行業尋求降低成本和排放，膜基分離技術逐漸成為一種有前景的替代方案。新的研究證明瞭一種更簡單的方法，避免了傳統上被認為對精確分子分離至關重要的超薄選擇性塗層。
研究人員將原油通過裸露的多孔 PAN 膜，這是一種廉價且化學穩定的材料，廣泛應用於工業過濾。
新膜技術顯著提高原油分離效率
當原油流經膜時，較重的碳氫化合物自然積聚在孔壁上，形成寬度不足兩納米的自組裝通道。這些納米級通道允許較輕的成分，包括石臘、汽油和煤油通過，同時保留較重的成分。研究人員意外發現，膜的污染——通常被視為缺點——卻成為了實現選擇性分離的機制。根據研究，裸露的 PAN 膜的原油滲透率約為先前報告的最先進膜的 23 倍，同時在連續 28 天內保持穩定性能，突顯了其減少能耗和精煉成本的潛力。
研究人員表示，該膜技術可以作為模組化過濾單元整合進現有的煉油基礎設施，使煉油廠能夠在不更換大型設備的情況下採用這一過程。這可能降低部署的成本和複雜性，同時加速工業採用。過程模擬顯示，在傳統原油蒸餾之前使用膜作為預處理步驟，可以將整體能耗降低 31.6%。該方法還預計將二氧化碳排放量減少 37.6%、冷卻水使用量減少 20.7%，以及運營成本降低 36% 與傳統精煉方法相比。
根據研究團隊的説法，若在韓國的煉油和石化行業廣泛採用，將每年減少約 1000 萬公噸的温室氣體排放，相當於約 400 萬輛內燃機車輛所產生的排放。研究人員還相信，這種膜平台的應用範圍可以超越原油精煉，潛在應用包括淨化由廢塑料產生的熱裂解油、回收在電池製造中使用的工業溶劑、製藥淨化以及生物燃料生產。研究結論指出，自形成膜代表了一種新的分子分離方法，其中膜與複雜液體混合物之間的相互作用創造了納米級分離通道。
研究團隊認為，在大面積膜製造和長期運營可靠性方面的進一步進展，將支持在煉油、石化和化學加工行業的更廣泛應用。「我們的目標是精確控制這一自發孔收縮現象，並將其發展成適用於整個精煉過程的膜平台。我們還希望將這一技術擴展到塑料回收、生物燃料淨化及其他支持碳中和的可持續化學過程中，」KAIST 的共同第一作者崔志勳和徐赫俊在 TechXplore 的聲明中表示。