Riassunto:
Un gruppo di ricerca del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) e del Georgia Institute of Technology negli Stati Uniti ha sviluppato una membrana in poliacrilonitrile (PAN) in grado di pre-separare il vero petrolio greggio a temperatura ambiente. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature. A differenza della distillazione tradizionale, che prima riscalda il petrolio greggio a oltre 350 gradi Celsius e poi lo condensa e lo fraziona, questo metodo non richiede prima il riscaldamento del petrolio greggio. L'obiettivo è filtrare prima alcuni dei componenti più leggeri e poi trasferirli al processo di distillazione esistente per la lavorazione.
La chiave di questa tecnologia è l'utilizzo anomalo del "fouling della membrana". I ricercatori hanno lasciato scorrere il petrolio greggio attraverso una membrana PAN porosa comunemente utilizzata nei sistemi di filtrazione industriale. Gli idrocarburi pesanti presenti nel petrolio greggio si depositano gradualmente sulle pareti dei pori, restringendo i pori iniziali da circa 15 nanometri a meno di 2 nanometri, formando canali in grado di schermare le molecole. I componenti più leggeri come nafta, benzina e cherosene passano più facilmente, mentre i componenti più pesanti vengono trattenuti; quando la deposizione raggiunge un livello stabile, il canale di separazione rimane stabile. Per i test il team di ricerca ha utilizzato il vero petrolio greggio fornito da HD Hyundai Oilbank.
Nell'esperimento del flusso tangenziale, la permeabilità del petrolio greggio della membrana PAN ha raggiunto un massimo di 0,591 litri per metro quadrato per ora per barra, superando di 23 volte il benchmark precedentemente riportato; la prestazione di separazione selettiva è stata mantenuta ininterrottamente per quattro settimane. Le “23 volte” qui si riferiscono al confronto della permeabilità della membrana con il precedente benchmark della membrana di separazione del petrolio greggio e non significa che la capacità di lavorazione dell’intera raffineria è aumentata di 23 volte.
I ricercatori hanno utilizzato anche la valutazione della simulazione del processo per confrontare il pretrattamento della membrana prima e dopo l'aggiunta della tradizionale distillazione atmosferica. I risultati hanno mostrato che il consumo energetico può essere ridotto del 31,6%, le emissioni di anidride carbonica del 37,6%, il consumo di acqua di raffreddamento del 20,7% e si stima che il costo operativo totale annualizzato sarà ridotto del 36%. L'analisi dei costi presuppone che il prezzo unitario della membrana sia di 10 dollari USA al metro quadrato. Se pienamente adottato nelle industrie di raffinazione e petrolchimiche della Corea del Sud, il gruppo di ricerca stima che potrebbe ridurre le emissioni di gas serra di circa 10 milioni di tonnellate all’anno, equivalenti alle emissioni di circa 4 milioni di veicoli a carburante.
Questi dati relativi al risparmio energetico, alla riduzione delle emissioni e ai costi derivano da simulazioni e stime di processo e non sono il risultato delle operazioni sul campo della raffineria commerciale. La membrana attualmente mostra una pre-separazione prima della distillazione. I ricercatori devono ancora promuovere componenti di membrana ad ampia area, affidabilità a lungo termine e verifica del funzionamento su larga scala; se applicato, le raffinerie esistenti potrebbero essere in grado di collegarlo come un'unità di filtrazione modulare senza sostituire completamente l'attrezzatura di distillazione. Il team ha anche proposto di esplorare in futuro usi come la purificazione dell’olio di pirolisi della plastica di scarto, il recupero dei solventi per la produzione di batterie, la purificazione dei biocarburanti e la purificazione farmaceutica, ma queste sono ancora applicazioni potenziali.
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