الملخص:
قام فريق بحث من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) ومعهد جورجيا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة بتطوير غشاء بولي أكريلونيتريل (PAN) يمكنه فصل النفط الخام الحقيقي مسبقًا في درجة حرارة الغرفة. ونشر البحث في مجلة الطبيعة. على عكس التقطير التقليدي، الذي يقوم أولاً بتسخين النفط الخام إلى ما يزيد عن 350 درجة مئوية ثم تكثيفه وتجزئته، فإن هذه الطريقة لا تتطلب تسخين الزيت الخام أولاً. الهدف هو تصفية بعض المكونات الأخف أولاً ثم تسليمها إلى عملية التقطير الحالية للمعالجة.
إن مفتاح هذه التكنولوجيا هو الاستخدام غير الطبيعي لـ "تلوث الأغشية". سمح الباحثون بتدفق النفط الخام عبر غشاء PAN مسامي شائع الاستخدام في أنظمة الترشيح الصناعية. تترسب الهيدروكربونات الثقيلة الموجودة في النفط الخام تدريجيًا على جدران المسام، مما يؤدي إلى تضييق المسام الأولية التي تبلغ حوالي 15 نانومترًا إلى أقل من 2 نانومتر، مما يشكل قنوات يمكنها فحص الجزيئات. تمر المكونات الأخف مثل النافتا والبنزين والكيروسين بسهولة أكبر، بينما يتم الاحتفاظ بالمكونات الأثقل؛ عندما يصل الترسيب إلى مستوى مستقر، تظل قناة الفصل مستقرة. استخدم فريق البحث النفط الخام الحقيقي المقدم من HD Hyundai Oilbank للاختبار.
في تجربة التدفق العرضي، وصلت نفاذية النفط الخام لغشاء PAN إلى حد أقصى يبلغ 0.591 لترًا لكل متر مربع في الساعة لكل بار، وهو ما يتجاوز المعيار المُبلغ عنه سابقًا بمقدار 23 مرة؛ تم الحفاظ على أداء الفصل الانتقائي بشكل مستمر لمدة أربعة أسابيع. تشير "23 مرة" هنا إلى مقارنة نفاذية الغشاء مع معيار غشاء فصل النفط الخام السابق، ولا تعني أن قدرة المعالجة للمصفاة بأكملها زادت بمقدار 23 مرة.
استخدم الباحثون أيضًا تقييم محاكاة العملية لمقارنة المعالجة المسبقة للأغشية قبل وبعد إضافة التقطير الجوي التقليدي. وأظهرت النتائج أنه قد يتم تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 31.6%، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 37.6%، واستهلاك مياه التبريد بنسبة 20.7%، ومن المتوقع خفض إجمالي تكاليف التشغيل السنوية بنسبة 36%. يفترض تحليل التكلفة أن سعر وحدة الغشاء هو 10 دولارات أمريكية للمتر المربع. وإذا تم اعتماده بالكامل في صناعات التكرير والبتروكيماويات في كوريا الجنوبية، فإن الفريق البحثي يقدر أنه يمكن أن يقلل من انبعاثات الغازات الدفيئة بنحو 10 ملايين طن سنويا، أي ما يعادل انبعاثات حوالي 4 ملايين مركبة تعمل بالوقود.
إن أرقام توفير الطاقة وخفض الانبعاثات والتكلفة مستمدة من عمليات محاكاة وتقديرات العمليات وليست نتائج العمليات الميدانية التجارية لمصافي التكرير. يُظهر الغشاء حاليًا مرحلة ما قبل الفصل قبل التقطير. لا يزال الباحثون بحاجة إلى تعزيز مكونات الأغشية ذات المساحة الكبيرة، والموثوقية على المدى الطويل، والتحقق من العمليات على نطاق واسع؛ وفي حالة تطبيقه، قد تتمكن المصافي الحالية من توصيله كوحدة ترشيح معيارية دون استبدال معدات التقطير بالكامل. واقترح الفريق أيضًا استكشاف استخدامات مثل تنقية نفايات البلاستيك بالانحلال الحراري للنفط، واستخلاص مذيبات تصنيع البطاريات، وتنقية الوقود الحيوي، وتنقية الأدوية في المستقبل، لكن هذه لا تزال تطبيقات محتملة.
التعليقات