Des chercheurs ont mis au jour une méthode innovante et peu coûteuse pour séparer le pétrole brut sans recours à la chaleur, ce qui pourrait révolutionner un des processus industriels les plus énergivores au monde. Cette percée, qui utilise une membrane simple, pourrait réduire de manière significative l’énergie nécessaire à l’affinage du pétrole tout en diminuant les coûts d’exploitation et les émissions de carbone.
Ce qui s’est passé
Cette recherche internationale a été dirigée par le professeur Dong-Yeun Koh de l’Institut Avancé de Science et de Technologie de Corée (KAIST), en collaboration avec l’équipe du professeur Ryan Lively de Georgia Tech. Ils ont réussi à démontrer qu’une membrane pouvait séparer le pétrole brut à température ambiante, comme annoncé par KAIST dans un article publié dans la revue Nature, un des principaux journaux scientifiques au monde.
Ce que l’on sait
Le pétrole brut est une ressource essentielle utilisée non seulement pour les carburants mais aussi comme matière première dans la fabrication de plastiques, d’emballages et d’autres produits de consommation. L’efficacité du processus de raffinage étant directement liée au coût de ces matériaux, toute amélioration pourrait avoir des répercussions économiques et environnementales majeures.
Traditionnellement, les raffineries utilisent la distillation, un procédé qui nécessite de chauffer le pétrole à plus de 350 °C, ce qui consomme environ 1 100 térawattheures (TWh) par an à l’échelle mondiale. Ce chiffre est comparable à l’électricité produite annuellement par environ 130 centrales nucléaires fonctionnant en continu. Cette demande énergétique élevée fait de la distillation un contributeur majeur à la consommation de combustibles fossiles et aux émissions de gaz à effet de serre.
Bien que les membranes aient été identifiées comme une alternative prometteuse pour la séparation des substances sans nécessiter de températures extrêmes, les modèles précédents ont rencontré des défis importants. Les membranes étaient souvent recouvertes d’un revêtement spécialisé, coûteux à produire et sujet à des défauts en grande échelle.
Une découverte surprenante
Dans une tournure inattendue, les chercheurs ont constaté qu’une membrane fabriquée à partir de polyacrylonitrile (PAN), un polymère peu coûteux et stable, pouvait être utilisée efficacement. Alors que le pétrole brut passait à travers ses pores, les molécules d’hydrocarbures plus lourdes s’accumulaient sur les parois internes, réduisant ainsi progressivement la taille des ouvertures. Ces canaux microscopiques, inférieurs à 2 nanomètres, ont créé des passages qui permettaient aux fractions de pétrole plus légères de passer rapidement, tout en entravant le passage des substances plus lourdes.
Étonnamment, le phénomène d’accumulation des matériaux, souvent problématique et connu sous le nom de « fouling », a ici renforcé l’efficacité de la membrane, frappant ainsi à l’envers la convention. Cette membrane non recouverte a atteint des taux de perméation du pétrole brut environ 23 fois plus élevés que ceux des membranes de séparation précédemment en vogue, tout en conservant une performance stable pendant 28 jours.
Les avantages d’une nouvelle membrane
Cette technologie, qui pourrait être intégrée comme un système de filtration modulaire, permettrait aux raffineries de traiter le pétrole brut avant son entrée dans les équipements de distillation conventionnels. Cela pourrait diminuer le travail requis lors des phases de chauffage et de séparation, tout en continuant à utiliser une bonne partie de l’infrastructure existante.
Les simulations informatiques indiquent qu’inclure cette membrane dans le processus de raffinage pourrait réduire la consommation d’énergie d’environ 31,6 % et les émissions de dioxyde de carbone de 37,6 %. On prévoit également une diminution de 20,7 % de la consommation d’eau de refroidissement et une réduction de 36 % des coûts d’exploitation.
Les chercheurs estiment qu’une adoption généralisée de cette technologie en Corée pourrait prévenir environ 10 millions de tonnes d’émissions de gaz à effet de serre chaque année, équivalentes aux émissions annuelles de quatre millions de véhicules à moteur à combustion interne.
Des applications potentielles au-delà du raffinage
Bien que la séparation du pétrole brut ait été l’objectif principal de cette recherche, la technologie pourrait également avoir des applications dans d’autres secteurs. Par exemple, elle pourrait contribuer au traitement des huiles de pyrolise issues de la décomposition des plastiques, à la récupération des solvants utilisés dans la fabrication de batteries, à la purification des composés pharmaceutiques et à l’amélioration de la production de biocarburants.
Cette approche innovante pourrait redéfinir la manière dont les mélanges liquides complexes sont traités, créant ainsi des canaux de filtration adaptés à la séparation de leurs composants. Le professeur Koh a exprimé que cette découverte illustre un nouveau principe scientifique où une membrane interagit avec un mélange complexe pour former spontanément des canaux de séparation.
Avant une mise en œuvre plus large, les chercheurs s’attellent à affiner la production de membranes à grande échelle et à assurer leur fiabilité sur le long terme.
Source : Latest Science News — ScienceDaily (www.sciencedaily.com)
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