沸騰が高コストな部分
製油所は1世紀にわたり同じ方法で原油を分離してきた。350℃以上に加熱して気化させ、その後蒸気を冷却して異なる留分を回収する。原油蒸留は世界で年間約1,100テラワット時のエネルギーを消費し、これは130基のギガワット級原子力発電所が休みなく稼働した場合の出力に相当する。その仕事の一部を引き継ぐ可能性のある膜は何年も研究されてきたが、従来の設計では膜表面に超薄い選択層が必要で、製造コストが高く、大規模では欠陥が生じやすい。
油に自らの流路を作らせる
KAISTのコ・ドンヨン教授が率いるチームは、ジョージア工科大学のライアン・ライブリー教授のグループと協力し、逆のアプローチを試みた。彼らは原油を、通常支持層として使われる安定で安価なポリマーである裸の多孔質ポリアクリロニトリル膜に直接通した。重質炭化水素が細孔壁に堆積し、開口部を2ナノメートル未満の自己組織化チャネルへと狭めた。ナフサ、ガソリン、ケロシンなどの軽質留分は素早く通過し、より重い成分は保持された。
通常は膜を劣化させる問題であるファウリングが、分離を機能させるメカニズムとなった。Natureに掲載された研究によれば、この膜は以前のシステムより約23倍高い透過性を示し、28日間安定して稼働した。プロセスシミュレーションは、蒸留の前にこれを使うことでエネルギー使用を約32%、二酸化炭素を38%、冷却水を21%、運転コストを36%削減できることを示唆している。
実験台から製油所の門へ
ここにあるものはまだ実際の製油所には設置されておらず、28日間の試験と何年も稼働するプラントとの間の隔たりこそ、ほとんどの分離アイデアが失敗する場所である。製油所は重工業であり、ポンプ、圧縮機、熱交換器、塔は蒸留装置を中心に設計されており、どのような改造もそれらに適合しなければならない。別途、中国の大連化学物理研究所の研究者たちは、異なる油分子を工学加工された膜に閉じ込める分子精製プロセスについて、実験室で約91%のエネルギー節約を報告している。どちらの研究も同じ方向を指している。いずれかが商業規模に達すれば、得られるものはより少ない熱を使い、より少ない排出で、より小さく建設できる精製産業である。
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