Rafinace ropy je nezbytný proces pro výrobu benzínu, nafty nebo topného oleje. Jenže zároveň představuje ekologický problém – podle odhadů generuje až 6 % celosvětových emisí oxidu uhličitého. Tato vysoká energetická náročnost je způsobena především tím, že se ropa tradičně zahřívá, aby se jednotlivé frakce oddělily podle bodu varu.

To by se ale mohlo brzy změnit. Inženýři z prestižního Massachusettského technologického institutu (MIT) představili novou membránu, která zvládne separovat složky ropy bez potřeby tepla – pouze pomocí jejich velikosti a tvaru. Jak vysvětluje hlavní autor výzkumu, profesor Zachary P. Smith: „Místo vaření směsí, proč neoddělovat látky na základě jejich velikosti? Vyvinuli jsme filtr, který to dokáže na atomární úrovni.“

Konec přehřívání. Přichází molekulární síto

Technologie stojí na principu tzv. interfaciální polymerizace, která se již několik desetiletí využívá k výrobě membrán pro odsolování mořské vody. Právě odtud si výzkumníci vzali inspiraci, ale původní materiály upravili, aby zvládly mnohem náročnější úkol – separaci uhlovodíků z ropy.

Základem nové membrány je polyiminový film, který je odolný proti bobtnání – tedy problém, který dosud trápil většinu membránových technologií v kontaktu s organickými látkami. Kromě pevnější chemické vazby mezi molekulami přidali vědci i speciální složku zvanou triptycen, jež pomáhá vytvářet přesně definované póry ideální velikosti.

Praktické výsledky a průmyslový potenciál

Testování nové membrány přineslo překvapivě silné výsledky. Při separaci modelové směsi toluenu a TIPB (triisopropylbenzen) dosáhli vědci až 20násobného obohacení toluenu oproti původní koncentraci. Stejně úspěšně si membrána vedla i s běžnými složkami ropy jako je nafta, kerosin a lehké uhlovodíky.

Zdroj: Shutterstock

Tato efektivita otevírá cestu k nahrazení energeticky náročných destilačních kolon systémem kaskádově navazujících membrán. Každá z nich by postupně izolovala konkrétní skupinu molekul, čímž by celý proces probíhal bez zahřívání, a tedy s minimální spotřebou energie.

Podle výzkumníků je právě snadná škálovatelnost výroby membrán jedním z klíčových bodů pro průmyslové využití. Proces výroby tenkého filmu je již zavedený a běžně používaný ve vodohospodářském průmyslu, což by mohlo významně urychlit komerční nasazení.

Emise dolů, účinnost nahoru

Použití této technologie by podle odhadů mohlo snížit energetickou náročnost rafinace až o 90 %. Vzhledem k tomu, že tradiční rafinace spotřebovává zhruba 1 % veškeré světové energie, jde o změnu s masivním dopadem – nejen na uhlíkovou stopu ropného průmyslu, ale i na jeho ekonomiku.

Dlouhodobý přínos takové technologie se netýká jen ropy. Pokud se principy membránové separace osvědčí, mohou být využity i při čištění chemických směsí, zpracování plastů nebo výrobě syntetických paliv.

MIT opět dokazuje, jak zásadní může být kombinace vědy, technologie a důrazu na energetickou efektivitu. Nová membrána přináší nejen nižší emise, ale i naději na udržitelnější průmysl, který využívá pokročilé materiály místo staletí starých metod.