Sebuah membran murah yang bekerja pada suhu ruang berpotensi mengubah cara kilang memisahkan minyak mentah. Teknologi ini menawarkan alternatif yang lebih hemat energi dibanding distilasi konvensional yang selama ini menjadi tulang punggung proses refining.
Tim peneliti dari Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) dan Georgia Tech mengembangkan membran berbahan porous polyacrylonitrile (PAN) untuk memisahkan crude oil. Pendekatan ini menghindari kebutuhan akan pelapis selektif ultra-tipis yang biasanya dianggap penting dalam pemisahan molekuler.
Mengurangi beban energi kilang
Pemurnian minyak mentah dikenal sebagai salah satu proses industri paling boros energi. Dalam distilasi konvensional, crude harus dipanaskan di atas 350°C untuk dipecah menjadi produk seperti gasoline, kerosene, dan naphtha.
Secara global, proses ini diperkirakan mengonsumsi 1.100 terawatt-jam listrik per tahun. Angka itu menjadikan refining sebagai penyumbang besar penggunaan energi kilang sekaligus emisi gas rumah kaca.
Di tengah tekanan industri petrokimia untuk menekan biaya dan emisi, pemisahan berbasis membran makin dilirik. Riset terbaru ini menambah opsi dengan desain yang lebih sederhana dan biaya manufaktur yang lebih rendah.
Cara kerja membran baru
Alih-alih memakai lapisan selektif tambahan, peneliti langsung melewatkan crude oil melalui membran PAN berpori. Material ini dikenal murah, stabil secara kimia, dan sudah luas digunakan dalam filtrasi industri.
Saat minyak mentah mengalir melewati membran, hidrokarbon yang lebih berat menumpuk alami di dinding pori. Lapisan ini membentuk saluran yang terorganisasi sendiri dengan lebar kurang dari dua nanometer.
Jalur nanoskopis itu membiarkan fraksi ringan seperti naphtha, gasoline, dan kerosene lewat, sementara komponen yang lebih berat tertahan. Dalam temuan yang tidak terduga, fouling membran yang biasanya dianggap masalah justru menjadi mekanisme utama pemisahan selektif.
Performa yang menonjol
Menurut tim peneliti, membran PAN polos itu mencapai laju permeasi crude oil sekitar 23 kali lebih tinggi dibanding membran terbaik yang pernah dilaporkan sebelumnya. Performa tersebut juga tetap stabil selama 28 hari berturut-turut.
Kombinasi antara laju aliran tinggi dan stabilitas jangka panjang ini penting bagi adopsi industri. Jika diterapkan secara luas, teknologi tersebut bisa memangkas konsumsi energi sekaligus menekan biaya refining.
Potensi dipasang di fasilitas yang sudah ada
Peneliti menilai teknologi ini bisa diintegrasikan ke infrastruktur kilang yang sudah berjalan sebagai unit filtrasi modular. Artinya, refinery tidak harus mengganti peralatan utama untuk mulai memakai proses ini.
Simulasi proses menunjukkan bahwa penggunaan membran sebagai tahap pra-perlakuan sebelum distilasi konvensional dapat menurunkan konsumsi energi total sebesar 31,6 persen. Simulasi itu juga memproyeksikan penurunan emisi karbon dioksida sebesar 37,6 persen, penggunaan cooling water 20,7 persen, dan biaya operasional 36 persen dibanding metode refining konvensional.
Di Korea Selatan, adopsi luas di sektor refining dan petrokimia diperkirakan dapat memangkas emisi gas rumah kaca sekitar 10 juta metrik ton per tahun. Angka itu setara dengan emisi yang dihasilkan sekitar empat juta kendaraan bermesin pembakaran internal.
Aplikasi yang lebih luas
Potensi membran ini tidak berhenti pada minyak mentah. Tim peneliti juga melihat peluang penggunaannya untuk memurnikan pyrolysis oil dari limbah plastik, memulihkan pelarut industri di manufaktur baterai, pemurnian farmasi, dan produksi biofuel.
KAIST menyebut target berikutnya adalah mengendalikan fenomena penyempitan pori yang muncul spontan itu agar bisa diterapkan di seluruh proses refining. Mereka juga ingin memperluas teknologi ini ke daur ulang plastik, pemurnian biofuel, dan proses kimia berkelanjutan lain yang mendukung netralitas karbon.
Studi tersebut menyimpulkan bahwa membran yang terbentuk sendiri ini membuka pendekatan baru dalam pemisahan molekuler. Keberhasilan skala besar masih bergantung pada kemajuan manufaktur membran berarea luas dan keandalan operasi jangka panjang.
