Een dun membraan uit het lab van MIT belooft een revolutie in de olie-industrie: geen kokende ketels meer, maar slimme scheiding op molecuulniveau. Met een potentiële energiebesparing van 90% en een forse daling van CO2-uitstoot als resultaat.
Ruwe olie is het zwarte goud van de moderne samenleving: het voedt onze voertuigen, verwarmt huizen en vormt de basis van talloze industriële processen. Maar achter deze onmisbare grondstof schuilt een gigantische energieslurper. Alleen al het scheiden van olie in benzine, diesel en stookolie kost ongeveer één procent van het wereldwijde energieverbruik en is verantwoordelijk voor circa zes procent van de wereldwijde CO2-uitstoot. Dat komt vooral door het intensieve verhitten van olie, een proces dat bol staat van inefficiëntie.
Maar dat kan binnenkort radicaal veranderen. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een revolutionaire membraantechnologie ontwikkeld die olie kan scheiden op basis van molecuulgrootte – zonder dat daar hitte aan te pas komt.
Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Science, zou deze nieuwe methode de energiebehoefte voor oliescheiding met maar liefst 90 procent kunnen terugdringen.
Niet koken, maar zeven
De doorbraak is te danken aan een dunne polymeerfilm die werkt als een moleculaire zeef. In plaats van oliefracties te verhitten tot het kookpunt, filtert het membraan moleculen op basis van hun grootte en vorm. “Dit is een compleet nieuwe manier om naar scheidingstechnologie te kijken,” aldus Zachary P. Smith, hoofdauteur en universitair hoofddocent chemische technologie aan MIT.
Eerdere pogingen met soortgelijke membranen faalden vaak door het zogeheten zwelprobleem: bij contact met koolwaterstoffen vervormde het materiaal, waardoor het zijn scheidende werking verloor. De MIT-versie lost dat op met een stabiel en hydrofoob polyimeenmateriaal dat bestand is tegen zwelling en geschikt is voor zowel lichte als zware oliefracties.
Van zeewater naar ruwe olie
De onderzoekers haalden hun inspiratie uit een heel andere industrie: waterzuivering. Sinds de jaren ’70 heeft omgekeerde osmose de energiebehoefte van waterontzilting met 90 procent teruggedrongen. MIT’s team paste deze technologie aan voor organische stoffen door een cruciale chemische aanpassing: ze vervingen flexibele amidebindingen door stijve iminebindingen, wat resulteerde in een veel robuuster membraan.
“Dankzij de crosslinking-chemie in onze polyimeenstructuur hebben we nu een membraan dat niet zwelt en tegelijk snelle doorgang voor koolwaterstoffen mogelijk maakt,” aldus Smith.
Klaar voor grootschalige toepassing
Een ander sterk punt: de membraanfilm wordt geproduceerd via interfaciale polymerisatie, een productietechniek die al op industriële schaal wordt toegepast in de watersector. Daardoor is de overstap naar grootschalige fabricage relatief eenvoudig. Dankzij het gebruik van het monomeer triptyceen ontstaan er poreuze structuren met nauwkeurige afmetingen, ideaal voor scheiding op moleculair niveau.
“De grootste troef is dat je bestaande productielijnen kunt gebruiken om deze nieuwe membranen te maken,” zegt hoofdauteur en MIT-onderzoeker Jueun Lee.
Veelbelovende testresultaten
De prestaties van het membraan in laboratoriumtests zijn indrukwekkend. Het wist het gehalte tolueen in een mengsel met triisopropylbenzeen met een factor twintig te verhogen – een indicatie van hoge selectiviteit. Ook bij realistische mengsels met nafta, kerosine en diesel presteerde het membraan uitstekend.
“Je zou met zo’n membraan de eerste fase van een conventionele fractioneerkolom kunnen vervangen,” legt Smith uit. “Zwaardere en lichtere fracties worden gescheiden en met een reeks membranen in cascadevorm kun je zelfs tot op componentniveau scheiden.”
Groene transformatie van een donkergrijze industrie
De olieraffinage-industrie is notoir moeilijk te verduurzamen, maar met deze membraantechnologie gloort er perspectief.
Mocht het MIT-membraan op industriële schaal ingevoerd worden, dan kan dat een flinke deuk slaan in de mondiale CO2-uitstoot – én de energiekosten van raffinaderijen drastisch verlagen. Een cruciale stap richting een schonere olie-industrie, terwijl de wereld blijft zoeken naar een toekomst zónder fossiele brandstoffen.
