Sebuah membran murah yang bekerja pada suhu ruang berpotensi mengubah cara kilang memisahkan minyak mentah. Alih-alih bergantung penuh pada distilasi yang sangat boros energi, teknologi ini menawarkan jalur pemisahan yang lebih sederhana dan hemat daya.
Tim peneliti dari Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) dan Georgia Tech mengembangkan membran berbahan porous polyacrylonitrile atau PAN untuk memisahkan crude oil. Yang mengejutkan, desain ini tidak membutuhkan pelapis selektif ultra-tipis yang selama ini dianggap penting dalam pemisahan molekuler.
Beban energi refining yang besar
Pemurnian minyak mentah dikenal sebagai salah satu proses industri yang paling haus 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 membuat refining menjadi salah satu penyumbang besar penggunaan energi kilang dan emisi gas rumah kaca.
Di tengah tekanan untuk menekan biaya sekaligus emisi, pemisahan berbasis membran makin dilirik. Riset terbaru ini menambah opsi dengan pendekatan yang lebih sederhana dan biaya manufaktur yang lebih rendah.
Cara kerja yang tidak biasa
Peneliti melewatkan crude oil langsung melalui membran PAN berpori tanpa lapisan selektif tambahan. Material ini dikenal murah, stabil secara kimia, dan sudah luas dipakai dalam filtrasi industri.
Saat minyak mentah mengalir, 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 laju aliran tinggi dan stabilitas jangka panjang penting untuk adopsi industri. Jika diterapkan luas, teknologi ini bisa memangkas konsumsi energi sekaligus menekan biaya refining.
Potensi dipasang di kilang 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 memakainya.
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.
| Parameter | Hasil | Keterangan |
|---|---|---|
| Laju permeasi crude oil | 23 kali lebih tinggi | Vs. membran terbaik sebelumnya |
| Stabilitas operasi | 28 hari | Tetap stabil berturut-turut |
| Penghematan energi | 31,6 persen | Jika dipakai sebelum distilasi |
| Penurunan emisi CO2 | 37,6 persen | Dalam simulasi proses |
| Pengurangan cooling water | 20,7 persen | Dalam simulasi proses |
| Penurunan biaya operasional | 36 persen | Vs. refining konvensional |
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.