雖然可再生能源的比重越來越高，但是煉油行業(yè)依然是現(xiàn)代社會的支柱：其不僅提供了運輸燃料，同時也為化工、制藥提供基礎(chǔ)原料。如何低碳、環(huán)保地生產(chǎn)已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點。

《科學(xué)》近日發(fā)表的論文指出了低碳的方向：用膜來分離原油中的不同成分，替代之前高能耗、高污染的分餾工藝。

原油由超過8000種不同分子大小的碳氫化合物（及少量硫化合物）所組成的混合物。依據(jù)不同成分沸騰溫度不同的特點，工業(yè)上先將石油加熱至400℃~500℃之間，使其變成蒸氣后輸進分餾塔。

在分餾塔中，位置愈高，溫度愈低。石油蒸氣在上升途中會逐步液化，冷卻及凝結(jié)成液體餾分。分子較小、沸點較低的氣態(tài)餾分則慢慢地沿塔上升，在塔的高層凝結(jié)，例如燃料氣(Fuel Gas)、液化石油氣(LPG.)、輕油(Naphtha)、煤油(Kerosene) 等。分子較大、沸點較高的液態(tài)餾分在塔底凝結(jié)，例如柴油(Diesel)、潤滑油及蠟等。在塔底留下的黏滯殘余物為瀝青及重油，可作為焦化和制取瀝青的原料或作為鍋爐燃料。

倫敦瑪麗女王大學(xué)化學(xué)工程師安德魯·利文斯頓在2年前就想過創(chuàng)造具有內(nèi)置孔隙的膜，允許小而輕的碳氫化合物通過并攔住更大、更重的碳氫化合物。但是輕質(zhì)碳氫化合物通過膜的速度太慢，無法使其在現(xiàn)實世界中使用。

為了解決這個問題，利文斯頓和他的同事們轉(zhuǎn)向了一種工業(yè)方法，用于制造超薄水淡化膜，他們將其稱為界面聚合。他們希望更薄的膜能夠使所需的碳氫化合物更快地通過。然而，利文斯頓也認識到雖然通常用于海水淡化的膜在水性環(huán)境中是堅固的，但當(dāng)接觸到包括工業(yè)溶劑在內(nèi)的碳氫化合物時，它們很快就會分崩離析。

因此，他和同事們革新了傳統(tǒng)膜所用的聚合物。首先，他們制造了單獨的聚合物，將疏水性或油狀部分連接到親水性或類似水的鏈上。當(dāng)他們將這些分子加入油和水的混合物中時，它們自發(fā)地組裝成微小的氣泡或囊泡，疏水部分朝內(nèi)。然后，他們使用界面聚合技術(shù)將這些囊泡擴散到連續(xù)的超薄片中，并將所有聚合物單元連接在一起以形成堅固的膜。

這種方法奏效了。利文斯頓和他的同事在最新一期的《科學(xué)》雜志上報道說，囊泡的疏水性核心允許選定的（基于大小和其他特征）碳氫化合物容易通過。這比以前的油分離膜快10倍。研究人員還表示，通過定制聚合物的化學(xué)組成，他們可以創(chuàng)建不同的膜，選擇性地穿過不同大小的碳氫化合物。

從蒸餾轉(zhuǎn)向膜分離可以節(jié)省高達50%的原油加熱成本和75%的煉油用電成本，節(jié)省的成本以數(shù)十億美元計。 

“這是一個非常令人興奮的結(jié)果，”橡樹嶺國家實驗室的分離專家David Sholl表示，不過這種新型膜尚未準備好用于工業(yè)用途。它們?nèi)匀恍枰獜囊粡垥鴮懠埖拇笮U大到數(shù)百平方米，并證明可以連續(xù)使用數(shù)月。但Sholl認為，這些令人鼓舞的發(fā)現(xiàn)將讓石油公司繼續(xù)探索一種既能省錢又能減少碳排放的技術(shù)。“所有化工公司都非常有興趣嘗試這樣做。”（記者 賀梨萍）