Damıtma enerjisinde yüzde 31,6 düşüş tahmini: Ham petrol membranı 28 gün test edildi

KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) ve Georgia Teknoloji Enstitüsü (Georgia Institute of Technology) araştırmacılarının süreç modelinde, ham petrol ayırma membranının geleneksel atmosferik damıtmadan önce kullanılmasıyla enerji tüketiminin yüzde 31,6 azalabileceği hesaplandı. Bu oran rafineride ölçülmedi; simülasyon karşılaştırmasının sonucuydu.

Araştırmacılar, gözenekli poliakrilonitril (PAN) membranla ham petrolü fraksiyonlara ayırma çalışmalarını 24 Haziran'da Nature dergisinde yayımladı. Yöntemde önce ham petrolün hafif bileşenlerinin bir kısmı ayrılıyor, geri kalanı mevcut tesislere gönderiliyor.

Çalışmada, dünya genelinde atmosferik ve vakum damıtma süreçlerinde yılda 1.100 TWh'den fazla enerji kullanıldığı ve bu süreçlerin 160 milyon tonun üzerinde karbondioksit eşdeğeri emisyona yol açtığı belirtildi. Membran araştırmasının arka planında, ham petrolü ısıtarak kaynama noktalarına göre bileşenlerine ayıran damıtmanın enerji yükünü azaltma hedefi bulunuyor.

Önceki ham petrol membranı çalışmalarında seçiciliği artırmak için membran yüzeyine ince bir katman kaplanıyordu. Bu çalışmada ise araştırmacılar, endüstriyel ayırma membranlarında destek malzemesi olarak da kullanılan PAN membranı kaplamasız biçimde uyguladı.

Ham petrol membrandan geçerken ağır hidrokarbonlar gözeneklerin içinde birikti. Başlangıçta yaklaşık 15 nanometre olan yüzey gözenekleri 2 nanometreden dar kanallara dönüştü. Nafta ve gazyağı gibi hafif bileşenler bu kanallardan görece daha kolay geçti. Böylece normalde membran performansını düşüren madde birikimi, bu çalışmada ayırma işlevi gören bir yapı oluşturdu.

Çapraz akış koşullarında PAN membranın ham petrol geçirgenliği, daha önceki ham petrol membranları için kullanılan karşılaştırma değerinin 23 katından fazlaydı. Bu, geleneksel rafineri süreçlerinden 23 kat hızlı olduğu anlamına gelmiyor; makalede önceki membranların geçirgenliğiyle yapılan karşılaştırmayı ifade ediyor.

Araştırmacılar membranı, HD Hyundai Oilbank'in sağladığı gerçek ham petrolle test etti. KAIST, 25 Haziran tarihli duyurusunda ayırma performansının 28 günlük kesintisiz çalışma boyunca istikrarlı kaldığını bildirdi. Testlerde oda sıcaklığında 10–40 bar basınç uygulanan koşullar da yer aldı.

Süreç modelinde, membranla ön ayırmanın ardından geleneksel atmosferik damıtmanın sürdüğü düzenek ile yalnızca atmosferik damıtma kullanan düzenek karşılaştırıldı. Membran, damıtmanın tümüyle yerini alan bir ekipman olarak değil, ham petrolün önceden ayrıştırıldığı bir aşama olarak sunuldu.

Aynı modelde karbondioksit emisyonlarının yüzde 37,6, soğutma suyu kullanımının ise yüzde 20,7 azalacağı hesaplandı. Bu oranlar da rafineride yapılmış ölçümlere dayanmıyor.

Yıllık toplam maliyetin yüzde 36,0 düşeceği de hesaplandı. Bu hesaplamada membranın birim alan maliyetine ilişkin bir varsayım kullanıldı.

Dolayısıyla enerji, emisyon, soğutma suyu ve maliyet düşüş oranları süreç modelinin sonuçları olarak değerlendirilmelidir. Gerçek ham petrolle yapılan 28 günlük deney membranın ayırma performansını inceledi; bir rafinerinin tamamındaki enerji veya maliyet tasarrufunu ölçmedi.

Ham petrolü membranla ayırma çalışmaları daha önce de yapıldı. MIT araştırmacıları Mayıs 2025'te farklı bir polimer membran çalışmasını yayımlayarak enerji kullanımının yaklaşık yüzde 90 azaltılabileceğine ilişkin bir tahmin sundu. Bu oran da sahada ölçülmemişti; ayrıca önceki çalışmada membranın yapısı ve süreçteki yeri bu araştırmadakinden farklıydı.

Georgia Teknoloji Enstitüsü profesörü Ryan P. Lively, KAIST'in duyurusunda “Membranın üretkenliği, sektörün bu teknolojiyi ciddi biçimde değerlendirebileceği bir düzeye ulaştı” dedi. Bu değerlendirme, araştırmacıların önceki membran teknolojilerindeki düşük işleme kapasitesinin iyileştirildiği görüşünü yansıtıyor.

KAIST, teknolojinin Güney Kore'deki rafineri ve petrokimya sektörünün geneline uygulanması halinde sera gazı emisyonlarının yılda yaklaşık 10 milyon ton azaltılabileceğini tahmin etti. Bu, sektör genelinde uygulama varsayımına dayalı bir hesaplama; deneyde doğrulanmış bir azaltım miktarı değil.

Syed Azfar Hussain, LinkedIn paylaşımında dört haftalık deneyin rafinerilerin yıllar süren işletimini kanıtlamadığını belirterek ham petrol bileşimindeki değişiklikler, kirleticiler ve büyük ölçekli işleme kapasitesi için ek doğrulama gerektiğini savundu. Bu görüş kişisel bir paylaşımda dile getirildi. KAIST ise geniş alanlı modüler sistemlerin geliştirilmesi ve uzun süreli işletim güvenilirliğinin artırılmasını sonraki çalışmalar için hedef olarak gösterdi.