Hervir es la parte cara
Las refinerías han separado el crudo de la misma manera durante un siglo: lo calientan por encima de 350 °C para que se vaporice y luego enfrían el vapor para recuperar las distintas fracciones. La destilación del crudo consume aproximadamente 1.100 teravatios-hora de energía al año en todo el mundo, cerca de la producción de 130 centrales nucleares de escala gigavatio funcionando sin parar. Las membranas que podrían asumir parte de ese trabajo se estudian desde hace años, pero el diseño convencional necesita un recubrimiento selectivo ultradelgado en la superficie de la membrana, costoso de fabricar y propenso a defectos a gran escala.
Dejar que el petróleo construya sus propios canales
Un equipo dirigido por el profesor Dong-Yeun Koh, del KAIST, en colaboración con el grupo del profesor Ryan Lively, del Georgia Tech, probó el enfoque opuesto. Hicieron pasar el crudo directamente a través de una membrana desnuda de poliacrilonitrilo poroso, un polímero estable y barato que normalmente se usa como capa de soporte. Los hidrocarburos pesados se depositaron en las paredes de los poros y estrecharon las aberturas hasta formar canales autoensamblados de menos de 2 nanómetros. Las fracciones ligeras, como la nafta, la gasolina y el queroseno, pasaron rápidamente; los componentes más pesados quedaron retenidos.
El ensuciamiento, el problema que normalmente degrada las membranas, se convirtió en el mecanismo que hizo funcionar la separación. La membrana mostró una permeación unas 23 veces mayor que la de sistemas anteriores y funcionó de forma estable durante 28 días, según el estudio publicado en Nature. Las simulaciones de proceso sugieren que usarla antes de la destilación reduciría el consumo de energía en torno a un 32%, el dióxido de carbono un 38%, el agua de refrigeración un 21% y los costes operativos un 36%.
Del banco de laboratorio a la puerta de la refinería
Nada de esto está instalado aún en una refinería en funcionamiento, y la brecha entre una prueba de 28 días y una planta que opera durante años es donde fracasan la mayoría de las ideas de separación. Las refinerías son industria pesada: bombas, compresores, intercambiadores de calor y columnas están dimensionados en torno a un tren de destilación, y cualquier adaptación tiene que encajar con ellos. Por separado, investigadores del Instituto de Física Química de Dalian, en China, han reportado ahorros energéticos de laboratorio de alrededor del 91% para un proceso de refino molecular que atrapa distintas moléculas de petróleo en membranas diseñadas. Ambas líneas de trabajo apuntan en la misma dirección. Si cualquiera de las dos alcanza escala comercial, el premio es una industria de refino que usa menos calor, emite menos y puede construirse más pequeña.
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