يوفر الغشاء الموفر للطاقة بديلاً جديدًا لتكرير النفط الخام التقليدي
قام فريق من الباحثين من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) وجورجيا للتكنولوجيا بتطوير غشاء منخفض التكلفة قادر على فصل النفط الخام في درجة حرارة الغرفة. ويقدم الغشاء الجديد بديلاً محتملاً لعملية التقطير كثيفة الاستهلاك للطاقة المستخدمة في مصافي التكرير. يلغي الغشاء، المصنوع من بولي أكريلونيتريل المسامي (PAN)، الحاجة إلى الطلاءات الانتقائية فائقة الرقة المطلوبة تقليديًا للفصل الجزيئي. ويقول الباحثون إن هذا النهج يمكن أن يقلل من استهلاك طاقة التكرير مع خفض تكاليف التصنيع وتحسين قابلية التوسع في تجزئة النفط الخام القائم على الأغشية. يعد تكرير النفط الخام أحد أكثر العمليات الصناعية استهلاكًا للطاقة، حيث يتطلب التقطير التقليدي درجات حرارة أعلى من 350 درجة مئوية لفصل النفط الخام إلى منتجات مثل البنزين والكيروسين والنافتا. وعلى الصعيد العالمي، تستهلك هذه العملية ما يقدر بنحو 1100 تيراواط/ساعة من الكهرباء سنويًا، مما يجعلها مساهمًا رئيسيًا في استخدام طاقة المصافي وانبعاثات الغازات الدفيئة. مع سعي صناعة البتروكيماويات إلى خفض التكاليف والانبعاثات، برز الفصل القائم على الأغشية كبديل واعد. لقد أظهر بحث جديد الآن نهجًا أبسط يتجنب الطلاءات الانتقائية فائقة الرقة والتي تعتبر تقليديًا ضرورية للفصل الجزيئي الدقيق. وبدلا من ذلك، قاموا بتمرير النفط الخام من خلال غشاء PAN مسامي، وهي مادة غير مكلفة ومستقرة كيميائيا تستخدم على نطاق واسع في الترشيح الصناعي. ومع تدفق النفط الخام عبر الغشاء، تراكمت الهيدروكربونات الأثقل بشكل طبيعي على جدران المسام، مما أدى إلى إنشاء قنوات ذاتية التجميع بعرض أقل من 2 نانومتر. سمحت هذه المسارات النانوية بمرور الأجزاء الأخف، بما في ذلك النافتا والبنزين والكيروسين، مع الاحتفاظ بالمكونات الأثقل. وفي اكتشاف غير متوقع، أصبح تلوث الأغشية – الذي يُنظر إليه عادةً على أنه عيب – هو الآلية التي تتيح الفصل الانتقائي. وفقًا للباحثين، حقق غشاء PAN العاري معدلات تغلغل للنفط الخام أعلى بنحو 23 مرة من الأغشية الحديثة المعلن عنها مسبقًا مع الحفاظ على أداء مستقر لمدة 28 يومًا متتالية، مما يسلط الضوء على قدرته على تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التكرير. فصل أكثر ذكاءً للنفط يقول الباحثون إن تكنولوجيا الأغشية يمكن دمجها في البنية التحتية الحالية لمصافي التكرير كوحدة ترشيح معيارية، مما يسمح للمصافي باعتماد العملية دون استبدال المعدات الرئيسية. وهذا يمكن أن يقلل من تكلفة النشر وتعقيده مع تسريع الاعتماد الصناعي. أشارت عمليات محاكاة العملية إلى أن استخدام الغشاء كخطوة معالجة مسبقة قبل التقطير التقليدي للنفط الخام يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي بنسبة 31.6 بالمائة. ومن المتوقع أيضًا أن يؤدي هذا النهج إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 37.6 في المائة، واستخدام مياه التبريد بنسبة 20.7 في المائة، وتكاليف التشغيل بنسبة 36 في المائة مقارنة بطرق التكرير التقليدية. ووفقا لفريق البحث، فإن التبني على نطاق واسع في صناعة التكرير والبتروكيماويات في كوريا الجنوبية يمكن أن يقلل من انبعاثات الغازات الدفيئة بحوالي 10 ملايين طن متري سنويا، أي ما يعادل الانبعاثات التي تنتجها حوالي أربعة ملايين مركبة ذات محرك احتراق داخلي. ويعتقد الباحثون أيضًا أن منصة الغشاء يمكن أن تمتد إلى ما هو أبعد من تكرير النفط الخام. وتشمل التطبيقات المحتملة تنقية زيت الانحلال الحراري الناتج من نفايات البلاستيك، واستعادة المذيبات الصناعية المستخدمة في تصنيع البطاريات، وتنقية الأدوية، وإنتاج الوقود الحيوي. وخلصت الدراسة إلى أن الغشاء ذاتي التشكيل يمثل نهجًا جديدًا للفصل الجزيئي، حيث تؤدي التفاعلات بين الغشاء والمخاليط السائلة المعقدة إلى إنشاء قنوات فصل نانوية الحجم. ويعتقد الفريق أن التقدم الإضافي في تصنيع الأغشية على مساحة كبيرة والموثوقية التشغيلية على المدى الطويل يمكن أن يدعم النشر على نطاق أوسع عبر صناعات التكرير والبتروكيماويات والمعالجة الكيميائية. “هدفنا هو التحكم بدقة في ظاهرة انقباض المسام التلقائية هذه وتطويرها إلى منصة غشائية قابلة للتطبيق على عملية التكرير بأكملها. كما نهدف أيضًا إلى توسيع التكنولوجيا لتشمل إعادة تدوير البلاستيك وتنقية الوقود الحيوي وغيرها من العمليات الكيميائية المستدامة التي تدعم الحياد الكربوني،” قال جيهون تشوي وهيوكجون سيو من KAIST، المؤلفان المشاركان الأوائل للدراسة، في بيان على موقع TechXplore.
تم النشر: 2026-06-29 17:28:00
