Phân tách hỗn hợp dầu thô bằng phương pháp chưng cất nhiệt là quy trình sử dụng nhiều năng lượng trên quy mô lớn, chiếm gần 1% mức năng lượng sử dụng của thế giới: 1.100 TWh/năm, tương đương với tổng mức năng lượng tiêu thụ của tiểu bang New York trong một năm. Bằng cách thay thế màng tiêu thụ ít năng lượng cho một số bước nhất định trong quy trình chưng cất, trong tương lai, công nghệ mới sẽ cho phép triển khai hệ thống tinh chế kết hợp, giúp giảm đáng kể phát thải cacbon và tiêu thụ năng lượng so với các quy trình tinh chế truyền thống. Theo giáo sư M.G. Finn, đồng tác giả nghiên cứu, công nghệ màng có thể tác động lớn đến tiêu thụ năng lượng toàn cầu và phát thải từ quy trình chế biến dầu khí

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science ngày 17/7, là báo cáo đầu tiên về màng tổng hợp được thiết kế đặc biệt để tách dầu thô và các phần của dầu thô. Tuy nhiên, cần nghiên cứu để phát triển công nghệ màng trên quy mô công nghiệp.

Công nghệ màng đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như khử mặn nước biển, nhưng sự phức tạp của quá trình lọc dầu cho đến nay vẫn hạn chế việc sử dụng màng. Để khắc phục hạn chế đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển loại polyme spirocyclic mới dùng cho chất nền chắc chắn để tạo ra các màng tách hỗn hợp hydrocacbon phức thông qua dùng áp suất thay cho nhiệt.

Màng tách các phân tử từ hỗn hợp theo sự khác biệt như kích thước và hình dạng. Khi các phân tử có kích thước gần như nhau, sự phân tách đó trở nên khó khăn hơn. Sử dụng quy trình quen thuộc để tạo liên kết giữa các nguyên tử nitơ và cacbon, các polyme được hình thành bằng cách kết nối các khối ghép có cấu trúc xoắn để tạo ra các vật liệu hỗn độn với các khoảng trống bên trong.

Nhóm nghiên cứu đã cân bằng nhiều yếu tố để tạo ra sự kết hợp phù hợp giữa độ hòa tan cho phép các màng được hình thành bằng cách xử lý đơn giản có thể mở rộng và độ cứng cấu trúc cho phép một số phân tử nhỏ di chuyển dễ dàng hơn các phân tử khác. Kết quả bất ngờ là các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng vật liệu cần ít sự linh hoạt về cấu trúc để tăng khả năng phân biệt về kích thước, cũng như khả năng "kết dính" nhẹ vào một số loại phân tử xuất hiện phổ biến trong dầu thô.

Sau khi thiết kế các polyme mới và sử dụng có phần thành công với xăng tổng hợp, nhiên liệu phản lực và hỗn hợp nhiên liệu diesel, nhóm nghiên cứu đã quyết định thử tách mẫu dầu thô và phát hiện ra rằng màng mới khá hiệu quả trong việc thu hồi xăng và nhiên liệu máy bay từ hỗn hợp phức.

Các nhà khoa học đã hợp tác nghiên cứu và thử nghiệm các polyme được thiết kế tại Viện Công nghệ Georgia, sau đó chuyển đổi thành màng dày 200 nm và tích hợp vào các mô-đun màng tại trường hoàng gia London bằng quy trình cuộn. Sau đó, các mẫu đã được thử nghiệm tại cả ba tổ chức tham gia nghiên cứu để xác nhận khả năng của màng.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra hướng đổi mới mở rộng từ nghiên cứu cơ bản cho đến công nghệ có thể được thử nghiệm trong điều kiện thực tế.

Theo NASATI