Ước tính giảm 31,6% năng lượng nhờ màng tách dầu thô

Một mô hình quy trình ước tính công nghệ màng tách dầu thô có thể giảm 31,6% năng lượng sử dụng. Đây là kết quả mô phỏng, không phải mức tiết giảm được đo tại nhà máy lọc dầu.

Nhóm nghiên cứu của KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) và Georgia Tech (Georgia Institute of Technology) công bố nghiên cứu về màng polyacrylonitrile (PAN) xốp trên tạp chí Nature ngày 24 tháng 6. Quy trình tách trước một phần thành phần nhẹ trong dầu thô rồi đưa phần còn lại qua thiết bị hiện có.

Bài báo cho biết các quy trình chưng cất khí quyển và chưng cất chân không trên toàn cầu tiêu thụ hơn 1.100 TWh năng lượng mỗi năm, đồng thời phát thải hơn 160 triệu tấn CO₂ tương đương. Chưng cất dùng nhiệt và chênh lệch nhiệt độ sôi để tách các thành phần trong dầu thô, nên việc giảm năng lượng cho công đoạn này là lý do thúc đẩy nghiên cứu màng lọc.

Các nghiên cứu trước đây thường phủ một lớp mỏng lên bề mặt màng để tăng độ chọn lọc. Nhóm nghiên cứu lần này sử dụng màng PAN vốn được dùng làm lớp nền cho màng tách công nghiệp, không phủ thêm lớp nào.

Khi dầu thô đi qua màng, các hydrocarbon nặng tích tụ bên trong lỗ xốp. Những lỗ trên bề mặt, ban đầu rộng khoảng 15 nanomet, thu hẹp thành các đường dẫn nhỏ hơn 2 nanomet. Qua đó, các thành phần nhẹ như naphtha và dầu hỏa đi qua tương đối dễ dàng. Trong trường hợp này, sự tích tụ thường làm giảm hiệu suất màng lại tạo nên cấu trúc phân tách.

Ở điều kiện dòng chảy tiếp tuyến, độ thấm dầu thô của màng PAN cao hơn 23 lần so với mức của các màng tách dầu thô trước đây được dùng để đối chiếu trong bài báo. Con số này không có nghĩa màng xử lý nhanh hơn 23 lần so với quy trình lọc dầu hiện có.

Nhóm nghiên cứu thử màng với dầu thô thực tế do HD Hyundai Oilbank (HD현대오일뱅크) cung cấp. Trong thông cáo ngày 25 tháng 6, KAIST cho biết hiệu suất phân tách duy trì ổn định trong 28 ngày vận hành liên tục. Thử nghiệm cũng bao gồm điều kiện nhiệt độ phòng và áp suất từ 10 đến 40 bar.

Mô hình so sánh quy trình dùng màng để xử lý sơ bộ rồi tiếp tục chưng cất khí quyển với quy trình chỉ chưng cất khí quyển. Màng được đề xuất làm công đoạn phân tách ban đầu, không thay thế hoàn toàn quá trình chưng cất. Trong cùng mô hình, lượng phát thải CO₂ ước tính giảm 37,6% và lượng nước làm mát giảm 20,7%; đây cũng không phải số liệu đo tại nhà máy.

Tổng chi phí hằng năm trong mô hình được tính là giảm 36,0%. Phép tính này dựa trên giả định về chi phí cho mỗi đơn vị diện tích màng.

Vì vậy, các mức giảm năng lượng, phát thải, nước làm mát và chi phí đều là kết quả của mô hình quy trình. Thử nghiệm kéo dài 28 ngày với dầu thô thực tế kiểm tra hiệu suất phân tách của màng, chứ không đo mức giảm năng lượng hay chi phí của toàn bộ nhà máy lọc dầu.

Nghiên cứu tách dầu thô bằng màng đã có trước đó. Tháng 5 năm 2025, các nhà nghiên cứu tại MIT công bố một nghiên cứu riêng về màng polymer và ước tính công nghệ này có thể giảm khoảng 90% mức sử dụng năng lượng. Con số đó cũng không phải kết quả đo tại cơ sở công nghiệp; thành phần màng và cách áp dụng vào quy trình của nghiên cứu MIT khác với nghiên cứu lần này.

Ryan P. Lively, giáo sư tại Georgia Tech, nói trong thông cáo của KAIST: “Năng suất của màng đã tăng đến mức ngành công nghiệp có thể nghiêm túc xem xét việc áp dụng công nghệ này”. Nhận định này phản ánh đánh giá của nhóm nghiên cứu rằng họ đã cải thiện thông lượng thấp vốn là hạn chế của công nghệ màng trước đây.

KAIST ước tính nếu công nghệ được áp dụng trên toàn ngành lọc dầu và hóa dầu Hàn Quốc, lượng khí nhà kính có thể giảm khoảng 10 triệu tấn mỗi năm. Đây là con số giả định cho toàn ngành, không phải mức giảm được xác nhận trong thử nghiệm lần này.

Trong một bài đăng trên LinkedIn, Syed Azfar Hussain nhận định thử nghiệm bốn tuần chưa chứng minh được khả năng vận hành tại nhà máy lọc dầu trong nhiều năm. Ông cho rằng cần kiểm tra thêm tác động của thay đổi thành phần dầu thô, tạp chất và quy mô xử lý lớn. KAIST xác định phát triển mô-đun diện tích lớn và nâng cao độ tin cậy khi vận hành dài hạn là những hướng nghiên cứu tiếp theo.