Переработка нефти — дело энергозатратное: чтобы получить бензин, керосин и нафту, нефть приходится греть до температуры выше 350 °C. На это по всему миру ежегодно уходит колоссальные 1100 тераватт‑часов — и это одна из главных статей энергопотребления нефтепереработки и выбросов парниковых газов.
Но теперь у индустрии может появиться более щадящий вариант. Исследователи из KAIST (Корея) и Технологического института Джорджии придумали мембрану, которая разделяет сырую нефть при обычной комнатной температуре. И самое интересное — она работает за счёт того, что в классических фильтрах всегда считали проблемой.
Мембрана сделана из пористого полиакрилонитрила (ПАН) — недорогого и устойчивого материала, который уже широко используют в фильтрации. В ней нет сложных ультратонких покрытий, без которых раньше не представляли точное разделение молекул. Хитрость в том, что тяжёлые углеводороды, проходя через поры, оседают на их стенках и сами формируют тончайшие каналы шириной меньше двух нанометров. Именно эти самоорганизующиеся каналы и пропускают лёгкие фракции (бензин, нафту, керосин), задерживая тяжёлые.
Получается почти парадокс: то, что раньше называли «засорением» мембраны и считали недостатком, здесь стало главным механизмом работы. При этом мембрана оказалась не только эффективной, но и выносливой: она стабильно работала 28 дней подряд, а скорость фильтрации оказалась примерно в 23 раза выше, чем у лучших аналогов.
Если внедрить такую мембрану на заводах, эффект будет заметным. Моделирование показывает, что её можно использовать как этап предварительной обработки перед привычной дистилляцией — и тогда общее энергопотребление снизится на 31,6 %, выбросы CO₂ — на 37,6 %, а эксплуатационные расходы — на 36 %. Для Южной Кореи масштабное применение технологии может сократить выбросы примерно на 10 миллионов тонн в год — это как убрать с дорог около четырёх миллионов бензиновых машин.
Ещё один плюс — встроить такую систему можно без глобальной перестройки завода: модульная фильтрация легко встанет в существующую инфраструктуру. А в перспективе мембрана пригодится не только для нефти: её можно применять для очистки пиролизного масла из пластика, регенерации растворителей, производства биотоплива и в фармацевтике.
«Наша цель — научиться точно управлять этим спонтанным сужением пор и превратить его в универсальную платформу для всех этапов рафинирования. А дальше — распространить технологию на переработку пластика, очистку биотоплива и другие процессы, которые помогают двигаться к углеродной нейтральности», — говорят соавторы исследования Джихун Чой и Хёкджун Со.