قدم العلماء من معهد كوريا المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) وجامعة جورجيا للتكنولوجيا (Georgia Tech) اكتشافًا علميًا يمكن أن يقلل استهلاك الطاقة في تكرير النفط بنسبة ٣٢٪. يركز هذا التقدم العلمي بشكل خاص على إزالة جزء من عملية التسخين عالية الحرارة اللازمة لفصل أجزاء النفط الخام.
تقنية الفلتر الجديدة
تم الوصول إلى هذا الاكتشاف من خلال طريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة لفصل جزيئات النفط الخام عبر غشاء بولي أكريلونيتريل (PAN) والذي يختلف بشكل ملحوظ عن الجهود السابقة لفصل النفط الخام عبر الأغشية. في الأبحاث السابقة، كان العلماء يعتقدون أنه يجب وضع طبقة انتقائية على سطح الغشاء للمساعدة في فصل الجزيئات، ولكن هذه الأغشية متعددة الطبقات عادة ما تكون باهظة الثمن وسهلة العطل.
اقرأ المزيد: أردشير مذكوري أعلن عن زيادة بنسبة ١١٪ في الكهرباء الموردة للصناعات كثيفة الطاقة
بدلاً من هذه الطريقة، قرر الباحثون تمرير النفط الخام مباشرة عبر غشاء مسامي بدون تغطية. يُستخدم غشاء PAN، وهو بوليمر كيميائي مستقر ورخيص، عادةً كمواد داعمة في الأغشية الصناعية. عندما يمر النفط الخام عبر هذا الغشاء، يعمل الغشاء كفلتر مسدود في درجة حرارة الغرفة، حيث تلتصق الهيدروكربونات الثقيلة بشكل انتقائي بجدران المسام، مما يؤدي في النهاية إلى إنشاء قنوات فصل أصغر من ٢ نانومتر.
تقليل ملحوظ في استهلاك الطاقة والتكاليف
تظهر هذه الأبحاث أن غشاء PAN يمكن أن يقدم معدل نفاذية للنفط الخام تقريبًا ٢٣ مرة أعلى من الأغشية المتقدمة السابقة التي تم الإبلاغ عنها، ويحتفظ بأداء مستقر لمدة ٢٨ يومًا متتاليًا. يقول البروفيسور رايان ليولي من جامعة جورجيا: "واحدة من التحديات الرئيسية التي واجهتها أنظمة الأغشية لفصل النفط الخام كانت نقص كفاءة وحدات الأغشية. تزيد أغشية PAN من كفاءة وحدة الغشاء بشكل ملحوظ بآلية فصلها المدهشة، مما يتطلب من الصناعة أن تأخذ بجدية في الاعتبار تطبيق هذه التقنية."
يمكن استخدام هذه التقنية الجديدة بسهولة من خلال إضافة وحدة فلتر معيارية إلى المصافي، ولا تتطلب استثمارات ضخمة. يمكن أن تقلل هذه الأغشية الرخيصة بشكل كبير من استهلاك الطاقة وانبعاثات الغازات الدفيئة من عمليات التكرير. لا يمكن أن تكون هذه الفلاتر المسدودة بديلاً للتقطير الكامل، ولكن يمكن استخدامها في المرحلة الأولية لفصل الأجزاء دون الحاجة إلى تسخين النفط الخام لأكثر من ٣٥٠ درجة مئوية (٦٦٢ درجة فهرنهايت) من البداية، مما يقلل بذلك جزءًا من استهلاك الطاقة وانبعاثات الغازات في عملية التكرير.
أظهرت المحاكاة العملية في هذه الدراسة أن استخدام الغشاء كمرحلة معالجة مسبقة قبل التقطير التقليدي يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة ٣١.٦٪، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة ٣٧.٦٪، واستهلاك المياه المبردة بنسبة ٢٠.٧٪، وتكاليف التشغيل بنسبة ٣٦٪. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذا الغشاء في عمليات فصل كيميائية أخرى في الصناعات البتروكيماوية وإعادة تدوير البلاستيك المهدور.
يقول الدكتور جي هون تشوي والدكتور هيونغ جون سيو من KAIST، المؤلفان المشاركان في هذه الدراسة: "هدفنا هو السيطرة الدقيقة على هذه الظاهرة من انسداد المسام بشكل تلقائي وتطويرها كمنصة غشاء لكامل عملية التكرير. كما نعتزم توسيع التقنية لتشمل إعادة تدوير البلاستيك، وتنقية البيوديزيل، وغيرها من العمليات الكيميائية المستدامة التي تدعم الكربون المحايد."
اقرأ المزيد: تحول العمليات التنظيمية في المنطقة الاقتصادية الخاصة للطاقة بارس باستخدام الذكاء الاصطناعي · سعر كل برميل من النفط الخام برنت وصل إلى ٩٢ دولارًا
