Extreem dunne membranen kunnen de energie die wordt besteed aan het raffineren van ruwe olie tot brandstof en plastic verminderen

Wetenschappers van Queen Mary hebben een nieuw type nanomembraan gemaakt dat een minder energie-intensieve manier biedt om koolwaterstoffen uit ruwe olie te fractioneren.

De wereldwijde productie van ruwe olie bedraagt ​​momenteel ongeveer 80 miljoen vaten per dag. Koolwaterstoffen gewonnen uit ruwe olie zijn de belangrijkste ingrediënten voor de productie van fossiele brandstoffen, kunststoffen en polymeren. Het proces waarmee ze worden gewonnen, is extreem energie-intensief.

De meeste raffinaderijen verwerken ruwe olie met behulp van atmosferische en vacuümdestillatie, waarbij ruwe olie wordt verwarmd om verbindingen te scheiden op basis van hun kookpunt. Typische raffinaderijen verwerken 100.000 tot 250.000 vaten per dag – sommige verwerken meer dan 1 miljoen. De maximale temperatuur voor de destillatie varieert op basis van de kwaliteit van de ruwe olie, maar de destillatietemperaturen kunnen hoger zijn dan 500 °C. Dit proces verbruikt 1100 terawattuur per jaar – bijna 1% van het wereldwijde energieverbruik.

Membraantechnologie die de moleculen in ruwe olie kan scheiden op basis van hun verschillende groottes en klassen, zou een veel energiezuiniger proces kunnen zijn, dat 90% minder energie verbruikt dan destillatiekolommen. Uitzonderlijk dunne nanomembranen zijn succesvol gebleken voor het extraheren van zoet water uit zeewater door het zout af te stoten terwijl het water door het omgekeerde osmose-proces (RO) kan doordringen. De onderzoekers probeerden via een parallelle methode koolwaterstoffen te scheiden van ruwe olie.

Dit vereist dat nanomembranen hydrofoob zijn, wat een hoge affiniteit en snelle routes kan bieden voor het verwerken van koolwaterstoffen. Conventionele nanomembranen die voor RO worden gebruikt, zijn echter hydrofiel van aard en vertonen een beperkte doorlaatbaarheid van koolwaterstofvloeistoffen, waardoor ze te laag blijven voor industriële ruwe scheiding.

Een team onder leiding van professor Andrew Livingston van de Queen Mary University of London gebruikte multiblok-oligomeeramines om hydrofobe polyamide-nanofilms te maken die 100 keer snellere doorlaatbaarheid bieden dan die van hydrofiele nanofilms. Door de membraandikte te verminderen tot ongeveer 10 nanometer, bereikten ze een permeantie die een orde van grootte hoger is dan de huidige state-of-the-art hydrofobe membranen, met een vergelijkbare selectiviteit bij fractionering van echte ruwe olie. Als gevolg hiervan zouden de door het team ontwikkelde membranen het energieverbruik van de verwerking van ruwe olie aanzienlijk kunnen verminderen. De analyse van de fractionering is uitgevoerd door ExxonMobil in een laboratorium in de Verenigde Staten.

Andrew Livingston, hoogleraar chemische technologie aan de Queen Mary University of London, zei: “Er wordt een enorme hoeveelheid energie verbruikt bij het scheiden van moleculen in de industrie. Het doel van ons onderzoek is om energiezuinige alternatieven voor deze processen te bieden. Dankzij de innovaties in de chemie we gebruikten om deze membranen te maken, kunnen we moleculaire architecturen bereiken die voortreffelijke scheidingen bereiken, en minder middelenintensieve technieken bieden voor de scheiding van moleculen.”

De corresponderende auteur van het onderzoek Dr. Zhiwei Jiang, onderzoeksmedewerker aan de Queen Mary University of London, zei: “Verdunner is beter – de vloeistof gaat veel sneller door de membranen, waardoor het proces snel wordt versneld en daarom de plantvoetafdruk tijdens de verwerking wordt verminderd. dezelfde hoeveelheid vloeistoffen.”

De studie is gepubliceerd in Wetenschap.