Una membrana porosa non rivestita potrebbe separare a temperatura ambiente alcune frazioni leggere del petrolio greggio, riducendo del 31,6% il consumo energetico se usata prima della distillazione convenzionale. Le simulazioni stimano anche un calo del 37,6% delle emissioni di anidride carbonica, del 20,7% dell’acqua di raffreddamento impiegata e del 36% dei costi operativi. Sono risultati promettenti, ma i risparmi indicati derivano da simulazioni e non dimostrano ancora l’efficacia su larga scala nelle raffinerie.
La ricerca, pubblicata su Nature il 24 giugno 2026, è stata condotta dal professor Dong-Yeun Koh del KAIST, in collaborazione con il gruppo del professor Ryan Lively del Georgia Tech. Il gruppo ha fatto passare petrolio greggio reale, fornito da HD Hyundai Oilbank, attraverso una membrana porosa di poliacrilonitrile (PAN), un polimero economico e chimicamente stabile già usato nelle membrane industriali.
Nelle raffinerie, il petrolio viene normalmente riscaldato oltre i 350 °C e poi raffreddato per separarne le diverse frazioni. Questo processo, chiamato distillazione, è in uso da oltre un secolo e fornisce carburanti per i trasporti e materie prime per plastiche, imballaggi, tessuti e altri beni di consumo. Ogni anno la distillazione del greggio consuma nel mondo circa 1.100 terawattora di energia, una quantità paragonabile alla produzione annua di 130 centrali nucleari da un gigawatt, se funzionassero senza interruzioni.
La membrana sperimentata dal gruppo sfrutta invece alcuni componenti del petrolio stesso per creare i passaggi che rendono possibile la separazione. Mentre il greggio attraversa i pori, gli idrocarburi più pesanti si depositano sulle loro pareti e ne restringono gradualmente le aperture, formando canali inferiori a 2 nanometri. Le frazioni più leggere, tra cui nafta, benzina e cherosene, passano rapidamente; quelle più pesanti vengono trattenute.
L’accumulo di materiale, detto sporcamento della membrana, di solito è considerato un problema perché può ridurne le prestazioni. In questo caso, invece, contribuisce alla separazione selettiva. «Questo studio rivela un nuovo principio scientifico: una membrana interagisce con una miscela complessa e forma spontaneamente i propri canali di separazione. Lavorare con petrolio greggio reale, fornito da HD Hyundai Oilbank, ci ha permesso di convalidare la tecnologia in condizioni pertinenti per l’uso industriale», ha dichiarato Koh.
Finora realizzare membrane capaci di distinguere con precisione le molecole è stato difficile. Le soluzioni convenzionali richiedono rivestimenti superficiali ultrasottili, che aumentano i costi e possono presentare difetti quando la produzione viene ampliata. La membrana di PAN testata in questo studio non aveva rivestimenti. Ha raggiunto una velocità di permeazione del greggio circa 23 volte superiore a quella delle membrane per il petrolio greggio più avanzate descritte in precedenza e ha mantenuto prestazioni stabili per 28 giorni consecutivi.
La tecnologia potrebbe essere aggiunta alle raffinerie esistenti come unità di filtrazione modulare, limitando la necessità di sostituire apparecchiature importanti. «Una delle principali difficoltà dei sistemi a membrana per la separazione del petrolio greggio era la bassa produttività delle unità. Le membrane di PAN, grazie al loro sorprendente meccanismo di separazione, aumentano notevolmente la produttività dell’unità, al punto che il settore dovrebbe prendere seriamente in considerazione l’adozione della tecnologia», ha affermato Lively.
La distillazione è una delle principali fonti di consumo energetico e di emissioni di gas serra nell’industria della raffinazione. Secondo le stime, se la tecnologia fosse adottata in tutto il settore della raffinazione e petrolchimico della Corea, le emissioni di gas serra potrebbero diminuire di circa 10 milioni di tonnellate all’anno, una quantità equivalente alle emissioni di circa quattro milioni di veicoli con motore a combustione interna.
I primi autori a pari merito dello studio, il dottor Jihoon Choi e il dottor Hyeokjun Seo del KAIST, hanno dichiarato: «Il nostro obiettivo è controllare con precisione questo fenomeno spontaneo di restringimento dei pori e trasformarlo in una piattaforma a membrana applicabile all’intero processo di raffinazione. Puntiamo inoltre a estendere la tecnologia al riciclo della plastica, alla purificazione dei biocarburanti e ad altri processi chimici sostenibili che contribuiscono alla neutralità carbonica».
Tra le possibili applicazioni future c’è la purificazione dell’olio di pirolisi, ottenuto scomponendo i rifiuti di plastica con il calore, un processo collegato a nuove tecniche per trasformare rifiuti plastici in petrolio. La piattaforma potrebbe inoltre essere studiata per recuperare i solventi usati nella produzione di batterie e purificare prodotti farmaceutici. Si tratta, al momento, di potenziali impieghi, non di applicazioni già dimostrate.
Il professor Jae W. Lee del KAIST, coautore corrispondente dello studio, ha dichiarato: «Migliorando la modularizzazione delle membrane su larga scala e l’affidabilità operativa nel lungo periodo, speriamo di favorire una più ampia adozione dei processi a membrana nei settori della raffinazione e della petrolchimica».
Lo studio, intitolato «Frazionamento del petrolio greggio mediante membrane mesoporose di poliacrilonitrile», è firmato da Jihoon Choi, Hyeokjun Seo, Minyong Lee, Woong-Chul Shin, Jaemin Choi, Keonwoo Choi, Min-Jun Jang, Sung Gap Im, Jae W. Lee, Ryan P. Lively e Dong-Yeun Koh. DOI: 10.1038/s41586-026-10677-3. La ricerca è stata sostenuta dal Ministero della Scienza e delle TIC della Corea attraverso il Programma di ricerca di base per ricercatori all’inizio della carriera di particolare merito e il Programma dei centri di ricerca ingegneristica (ERC). Per seguire gli aggiornamenti, aggiungi SciTechDaily alle fonti su Google e Google News.
Fonte: scitechdaily.com
