Нефть — один из самых важных источников энергии и сырья для многих отраслей. Однако переработка нефти — сложный и энергоемкий процесс, требующий больших затрат воды и тепла. Существующие методы перегонки нефти основаны на разделении ее компонентов по разнице температур кипения, что приводит к высоким выбросам углерода и потерям полезных веществ. Но что если бы можно было отделить нужные молекулы от нефти без нагревания и охлаждения?
Именно такую технологию разработали ученые из технологического института Джорджии, Имперского колледжа Лондона и компании ExxonMobil. Они создали новый класс полимерных мембран, которые способны разделять сырую нефть на полезные фракции без использования тепла. Эти мембраны назвали DUCKY — по первым буквам английских слов distillation under critical conditions using kinky polymers (перегонка при критических условиях с использованием изогнутых полимеров).
DUCKY-мембраны состоят из специальных полимеров, которые образуются из строительных блоков, называемых спироциклическими мономерами. Эти мономеры соединяются в цепочки с множеством поворотов на 90 градусов, формируя изогнутый материал, который не сжимается и образует поры, которые выборочно связывают и пропускают желаемые молекулы.
DUCKY-мембраны работают при критических условиях, то есть при давлении и температуре, при которых жидкость и газ становятся неразличимы. При таких условиях нефть становится однородной смесью, которая легко проникает через мембрану. Однако некоторые компоненты нефти имеют большую аффинность к полимеру и задерживаются в нем, тем самым разделяясь с остальными. Таким образом, DUCKY-мембраны могут отделять легкие фракции, такие как бензин и дизель, от тяжелых фракций, таких как смолы и асфальтены.
DUCKY-мембраны имеют ряд преимуществ перед традиционными методами перегонки нефти. Во-первых, они снижают энергопотребление и расход воды, так как не требуют нагревания и охлаждения нефти. По оценкам ученых, DUCKY-мембраны могут сократить потребление энергии на 50 % и потребление воды на 90 %. Во-вторых, они повышают эффективность и качество продуктов, так как позволяют извлекать больше полезных компонентов из нефти и уменьшать количество нежелательных примесей. В-третьих, они снижают выбросы углерода, так как не производят газообразных отходов при перегонке нефти.
Для того, чтобы ускорить разработку новых полимерных мембран, ученые также создали инструменты искусственного интеллекта, которые могут предсказывать производительность этих мембран по заданным параметрам. Эти инструменты основаны на глубоком обучении и машинном обучении и используют большие объемы данных о свойствах полимеров и нефти. Таким образом, ученые могут экономить время и ресурсы на экспериментальном тестировании мембран и сосредоточиться на поиске оптимальных решений.
