Hiện nay, việc tinh chế dầu thô thành xăng, dầu diesel hay dầu sưởi tiêu tốn lượng năng lượng khổng lồ — chiếm tới 6% lượng khí CO₂ toàn cầu. Chủ yếu, năng lượng được dùng để đun nóng dầu nhằm tách các thành phần theo điểm sôi.
Tuy nhiên, các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa phát triển một loại màng lọc mới, có thể thay đổi hoàn toàn quy trình này. Thay vì dùng nhiệt, màng lọc này phân tách các thành phần trong dầu thô dựa trên kích thước phân tử.
“Thay vì đun sôi hỗn hợp để tách chất, tại sao không lọc theo hình dạng và kích thước? Chúng tôi đã phát triển bộ lọc có thể phân tách các phân tử cực nhỏ ở cấp độ nguyên tử,” ông Zachary P. Smith, phó giáo sư tại MIT, chia sẻ.
Màng lọc này có thể tách các phân tử nhẹ và nặng trong dầu một cách hiệu quả mà không bị phồng lên như các vật liệu trước đây. Nó là một lớp phim mỏng, có thể sản xuất dễ dàng bằng công nghệ công nghiệp đã có sẵn, giúp dễ dàng mở rộng quy mô.
Nghiên cứu do ông Taehoon Lee, hiện là giảng viên tại Đại học Sungkyunkwan (Hàn Quốc), đứng đầu và đã được công bố trên tạp chí Science ngày 5-6.
Giảm năng lượng tiêu thụ đến 90%
Hiện tại, các nhà máy lọc dầu sử dụng phương pháp gia nhiệt để phân đoạn dầu thô — tiêu tốn khoảng 1% tổng năng lượng toàn cầu. Nếu thay thế bằng màng lọc, năng lượng có thể giảm tới 90%.
Tuy nhiên, để hiệu quả, màng lọc cần vừa cho hydrocacbon đi qua nhanh, vừa chọn lọc được các phân tử theo kích thước. Trước đây, các loại polymer như PIM-1 từng được thử nghiệm, nhưng lại bị phồng do hấp thụ các hợp chất hữu cơ.
Nhóm MIT đã lấy cảm hứng từ màng lọc dùng trong công nghệ thẩm thấu ngược – vốn rất thành công trong khử mặn nước biển. Họ thay liên kết amide trong polyamide bằng liên kết imine — bền hơn, kỵ nước hơn và không dễ bị phồng khi gặp dầu.
Ngoài ra, nhóm còn bổ sung triptycene, một phân tử đặc biệt giúp tạo ra các lỗ lọc có kích thước chuẩn xác cho hydrocacbon.
Hiệu quả thực tế cao
Khi thử nghiệm với hỗn hợp thực tế gồm naphtha, kerosene và diesel, màng lọc cho thấy khả năng phân tách rõ rệt giữa các thành phần nhẹ và nặng.
Trong tương lai, các nhà máy có thể dùng hệ thống màng này để thay thế dần các cột phân đoạn bằng nhiệt, tách từng lớp nhiên liệu và hóa chất mong muốn một cách tuần tự.
Ông Smith cho biết: “Bạn có thể hình dung hệ thống màng lọc này thay thế bước đầu trong tinh chế dầu thô. Sau đó, dùng nhiều màng khác nhau để lọc sâu hơn, thu đúng sản phẩm cần.”
Do công nghệ trùng hợp giao diện đã rất phổ biến trong sản xuất màng lọc nước, các nhà nghiên cứu tin rằng có thể dễ dàng ứng dụng vào sản xuất công nghiệp hiện tại.
“Ưu điểm lớn nhất là chúng ta không cần xây dựng lại toàn bộ dây chuyền. Chỉ cần điều chỉnh hóa chất phù hợp là có thể sản xuất đại trà,” ông Lee chia sẻ.
Màng lọc do MIT phát triển tách các thành phần dầu thô bằng kích thước, không cần nhiệt, giúp tiết kiệm tới 90% năng lượng và giảm đáng kể lượng khí CO₂ thải ra.
