Uma membrana feita de um polímero usado em sistemas industriais de filtragem conseguiu separar componentes do petróleo bruto em temperatura ambiente, sem a necessidade de aquecer a mistura a mais de 350 °C. O método foi desenvolvido por pesquisadores do Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) e do Georgia Institute of Technology (Georgia Tech).
O estudo, publicado na revista Nature, propõe uma alternativa à destilação convencional, etapa que consome cerca de 1.100 terawatts-hora por ano em todo o mundo, segundo os pesquisadores. A técnica tradicional transforma parte do petróleo em vapor e depois resfria os componentes para separá-los.
Óleo cria os próprios canais de separação
Em vez de aplicar um revestimento ultrafino e especializado sobre a membrana, a equipe utilizou uma estrutura sem revestimento feita de poliacrilonitrila porosa, conhecida como PAN. O material é relativamente barato, quimicamente estável e já empregado como suporte em processos de filtragem.
Quando o petróleo atravessou os poros, moléculas mais pesadas de hidrocarbonetos se acumularam nas paredes internas. Esse depósito reduziu gradualmente o tamanho das aberturas, formando canais com menos de 2 nanômetros de diâmetro.
O fenômeno, normalmente chamado de incrustação ou fouling e considerado um problema em membranas, passou a desempenhar uma função útil. Os canais estreitos permitiram a passagem mais rápida de frações leves, como nafta, gasolina e querosene, enquanto dificultaram o deslocamento de substâncias mais pesadas.
De acordo com os resultados apresentados, a membrana de PAN alcançou uma taxa de permeação aproximadamente 23 vezes maior que a registrada em membranas anteriores voltadas à separação de petróleo bruto. O desempenho permaneceu estável durante 28 dias consecutivos.
Projeções para o refino
Os pesquisadores sugerem que a tecnologia seja instalada como um módulo de filtragem antes da destilação convencional. Assim, as refinarias poderiam reduzir a carga sobre as etapas de aquecimento e separação sem substituir necessariamente toda a infraestrutura existente.
Simulações computacionais estimaram queda de 31,6% no consumo de energia, redução de 37,6% nas emissões de dióxido de carbono, economia de 20,7% no uso de água de resfriamento e diminuição de 36% nos custos operacionais.
Esses números são projeções de modelos de processo, e não reduções já comprovadas em refinarias em operação. Os autores estimaram ainda que a adoção do sistema nos setores de refino e petroquímica da Coreia poderia evitar cerca de 10 milhões de toneladas de emissões de gases de efeito estufa por ano.
A equipe também testou petróleo bruto real fornecido pela HD Hyundai Oilbank, em vez de trabalhar apenas com misturas simplificadas em laboratório. Segundo os pesquisadores, isso permitiu avaliar o comportamento da membrana diante da complexidade das matérias-primas utilizadas pela indústria.
Além do refino, o grupo considera possíveis aplicações no tratamento de óleo de pirólise produzido na reciclagem de plásticos, na recuperação de solventes usados na fabricação de baterias, na purificação de compostos farmacêuticos e na produção de biocombustíveis.
Antes de uma adoção mais ampla, os pesquisadores pretendem ampliar a fabricação das membranas e verificar sua confiabilidade durante períodos mais longos de operação. Entre os próximos objetivos estão o desenvolvimento de módulos de grande área e o controle mais preciso do estreitamento espontâneo dos poros.
