Разделение сырой нефти на бензин, дизель и мазут требует огромных затрат энергии и дает около 6% мировых выбросов CO₂. Основная энергия уходит на нагрев — компоненты разделяют по температуре кипения. Но инженеры MIT придумали, как сократить эти затраты: они создали мембрану, которая фильтрует нефть по размеру молекул.

Результаты опубликованы в издании Science.

Это принципиально новый подход. Вместо того чтобы кипятить смеси, мы просто пропускаем их через фильтр, который отсеивает молекулы по размеру. Главный прорыв в том, что наша мембрана работает на атомарном уровне, — объясняет Закари Смит, профессор химической инженерии MIT и соавтор исследования.

Мембрана эффективно отделяет легкие фракции от тяжелых и не разбухает, в отличие от других фильтрующих материалов. Ее можно производить по уже отработанной технологии, что упрощает масштабирование.

До этого лучшим вариантом для фильтрации углеводородов считались полимеры с микропорами (PIM), например PIM-1. Они пропускают нефтепродукты быстро, но впитывают часть соединений, разбухают и теряют эффективность. Ученые MIT решили модифицировать полимеры, которые используют в опреснительных мембранах.

Технология опреснения воды за последние 50 лет снизила энергозатраты на 90%.

Основная мембрана там — полиамид, который создают методом межфазной полимеризации: на границе воды и органического растворителя (например, гексана) образуется тонкая пленка. В нефтяной среде такой материал не работал бы, но ученые изменили структуру, заменив амидные связи на иминные — более жесткие и гидрофобные.

Кроме того, добавили триптицен — молекулу, которая формирует поры точно под размер углеводородов. В тестах мембрана увеличила концентрацию толуола в смеси в 20 раз, а также успешно разделила нафту, керосин и дизель.

Если технологию внедрят в промышленность, каскад таких фильтров сможет заменить громоздкие ректификационные колонны. «Сначала вы отделяете легкие и тяжелые фракции, а потом другими мембранами доводите смесь до нужной чистоты», — говорит Смит.

Польза исследования

• Энергоэффективность — сокращение энергопотребления на 90% снизит выбросы CO₂.
• Дешевизна — технология использует уже отработанные методы производства.
• Масштабируемость — легко внедрить в существующие нефтеперерабатывающие цеха.

Пока неясно, как мембрана поведет себя с реальной нефтью, содержащей примеси (серу, металлы). Лабораторные тесты — это одно, а промышленные объемы — другое.

Ранее ученые создали мембрану для отделения воды от нефти.