Revoluce v rafinaci ropy: Nové membrány filtrují 99,8 % uhlovodíků bez tepla a šetří energii

Mezinárodní výzkumná spolupráce vyvinula novou třídu ultratenkých polymerních membrán, nazvaných Polymery s uzamčenou vnitřní mikroporézností (PLIMs).

Mezinárodní výzkumná spolupráce vyvinula novou třídu ultratenkých polymerních membrán, nazvaných Polymery s uzamčenou vnitřní mikroporézností (PLIMs). Tyto membrány mají potenciál zásadně změnit energeticky náročný proces rafinace ropy, neboť dokážou oddělovat složité směsi uhlovodíků.

Standardní rafinace ropy dnes využívá metodu tepelné destilace, při které se ropa vaří, aby se rozdělila na užitečné frakce, jako je benzín, plasty nebo letecké palivo. Ačkoli je tato metoda účinná, nese s sebou vysokou spotřebu energie a značnou ekologickou stopu. Nově vyvinuté membrány PLIMs však nabízejí řešení, které by mohlo zcela eliminovat potřebu tepla v tomto procesu.

Profesor chemického inženýrství Andrew Livingston z Queen Mary University of London a generální ředitel společnosti Exactmer vysvětlil, že membrány mohou v principu vykonávat stejnou práci jako destilace, ale s mnohem menší spotřebou energie. Výzvou dosud bylo najít materiály, které by byly rychlé a zároveň selektivní při kontaktu se skutečnými uhlovodíkovými směsmi. Tým vědců vyřešil tento problém zavedením nové výrobní metody, která během formování membrány vstřikuje síťovací činidlo. Tím se podařilo zkombinovat extrémní molekulární selektivitu s neuvěřitelně vysokými transportními rychlostmi, což bylo po desetiletí cílem vědců.

Předchozí vysoce porézní polymery měly tendenci bobtnat při vystavení agresivním uhlovodíkům, což vedlo k rozšíření pórů a ztrátě filtrační schopnosti. Tým tento problém vyřešil úpravou výrobního procesu a zavedením síťovacího činidla přímo do polymerního filmu během jeho tvorby. Dr. Zhiwei Jiang uvedl, že klíčem bylo stabilizovat strukturu dříve, než polymer stihl nabobtnat, čímž se zachovaly drobné póry umožňující molekulární separaci a zároveň se zajistil rychlý průtok uhlovodíků.

Při testování membrán na skutečné lehké arabské ropě (Arabian Extra Light crude oil) výsledky předčily očekávání. Systém PLIMs úspěšně odstranil 99,8 % těžkých uhlovodíků (s více než 15 atomy uhlíku) a snížil obsah korozivních sloučenin síry o 93 %. To představuje významné vítězství pro rafinerie, neboť síra často poškozuje navazující zařízení a katalyzátory. Membrány se osvědčily i u lehčích rafinačních proudů, jako je primární nafta, kde oddělily menší molekuly určené pro výrobu paliv od těžších složek používaných k výrobě plastů. To vše při průtocích srovnatelných s komerčními systémy pro odsolování vody.

Technologie byla od počátku navržena s ohledem na masovou výrobu. PLIMs desky o šířce přes jeden metr byly vyrobeny pomocí standardního procesu roll-to-roll a následně stočeny do spirálových modulů, které se používají v existujících průmyslových filtračních zařízeních po celém světě. Membrány prokázaly také vysokou odolnost, když nepřetržitě fungovaly po dobu 30 dnů bez poklesu výkonu. Výsledky výzkumu byly publikovány 18. června v prestižním vědeckém časopise Science.