La revolución silenciosa de las refinerías: una membrana separa el petróleo sin calor y podría reducir el consumo energético más de un 30%.
- 🔹 Separación del petróleo a temperatura ambiente.
- 🔹 Hasta un 31,6% menos de consumo energético.
- 🔹 Reducción del 37,6% de emisiones de CO₂.
- 🔹 Menor uso de agua de refrigeración.
- 🔹 Integración en refinerías existentes.
- 🔹 Aplicaciones en reciclaje químico y biocombustibles.
Una nueva forma de refinar petróleo que desafía un siglo de tradición
Durante más de cien años, las refinerías de todo el mundo han utilizado prácticamente el mismo principio para separar el petróleo crudo: calentarlo a temperaturas superiores a 350 °C hasta convertirlo parcialmente en vapor y, después, enfriarlo para obtener combustibles y materias primas destinadas a la industria química.
Ese proceso funciona. Muy bien, de hecho. Aunque tiene un inconveniente enorme: consume cantidades gigantescas de energía. Cada año, la destilación del petróleo requiere alrededor de 1.100 TWh, una cifra comparable a la producción anual de unos 130 reactores nucleares de aproximadamente 1 GW funcionando de forma continua. No es extraño que la refinación represente una de las actividades industriales con mayor demanda energética.
Ahora, un equipo internacional de investigadores de KAIST y Georgia Tech propone una alternativa que podría cambiar parte de esa realidad. Han desarrollado una membrana sintética sencilla y de bajo coste capaz de separar fracciones del petróleo a temperatura ambiente, reduciendo de forma notable la energía necesaria antes de la destilación convencional.
El propio petróleo crea el sistema que lo separa
Lo más llamativo del trabajo no es únicamente la membrana utilizada, sino el mecanismo que aparece durante el proceso.
En lugar de fabricar una membrana extremadamente sofisticada con recubrimientos nanométricos, los investigadores emplearon una membrana porosa de poliacrilonitrilo (PAN), un polímero ampliamente conocido en aplicaciones industriales por su resistencia química y su bajo coste.
Cuando el petróleo atraviesa esa estructura ocurre algo inesperado. Las moléculas más pesadas van depositándose poco a poco en las paredes de los poros, estrechándolos hasta formar canales inferiores a 2 nanómetros.
En otras palabras, el propio petróleo modifica la membrana y crea de manera espontánea los conductos necesarios para separar con precisión las diferentes fracciones.
Lo que normalmente se considera un problema —la acumulación de residuos o ensuciamiento de la membrana— se convierte aquí en la clave de su funcionamiento. Curioso, cuanto menos.
Más rapidez y una estabilidad poco habitual
Uno de los principales obstáculos de las tecnologías de membranas aplicadas al petróleo siempre ha sido su baja productividad. Filtraban correctamente, aunque demasiado despacio para resultar competitivas a escala industrial.
En este caso, los resultados cambian de forma considerable.
La nueva membrana permitió un flujo de petróleo 23 veces superior al conseguido por las mejores membranas desarrolladas anteriormente para esta aplicación, manteniendo además un funcionamiento estable durante 28 días consecutivos.
Ese incremento de productividad acerca esta tecnología a un escenario mucho más realista para su implantación en instalaciones industriales, donde la continuidad del proceso resulta tan importante como la eficiencia energética.
Una solución pensada para aprovechar las refinerías actuales
Uno de los aspectos más interesantes del desarrollo es que no obliga a construir nuevas refinerías.
Los investigadores plantean instalar estas membranas como una etapa previa a la destilación, funcionando como un sistema modular de pretratamiento. De este modo, parte de la separación ya estaría realizada antes de aplicar calor, reduciendo el trabajo que debe hacer la torre de destilación.
Esta estrategia tiene una ventaja evidente: disminuye la inversión necesaria y facilita que la industria pueda incorporar la tecnología sin reemplazar infraestructuras que llevan décadas en funcionamiento.
En sectores tan intensivos en capital como el petroquímico, este detalle puede marcar la diferencia entre una innovación prometedora y una tecnología realmente adoptada.
Los beneficios van mucho más allá del ahorro energético
Las simulaciones realizadas por el equipo muestran cifras especialmente relevantes.
La incorporación de esta membrana antes de la destilación permitiría reducir:
- Un 31,6% el consumo de energía.
- Un 37,6% las emisiones de dióxido de carbono.
- Un 20,7% el consumo de agua de refrigeración.
- Un 36% los costes operativos del proceso.
El ahorro de agua resulta especialmente interesante porque las grandes refinerías necesitan enormes sistemas de refrigeración. Reducir esa demanda puede aliviar la presión sobre recursos hídricos en regiones donde el agua comienza a convertirse en un factor crítico para la industria.
Una tecnología con potencial para impulsar la economía circular
Aunque el estudio se centra en el petróleo crudo, la plataforma desarrollada tiene un recorrido mucho más amplio.
Los investigadores consideran que el mismo principio podría emplearse para purificar aceites obtenidos mediante pirólisis de residuos plásticos, una tecnología que está ganando protagonismo dentro del reciclaje químico. Estos aceites contienen mezclas complejas de hidrocarburos y necesitan procesos de separación muy exigentes antes de volver a convertirse en materias primas para fabricar nuevos productos.
También podría utilizarse en la recuperación de disolventes empleados en la fabricación de baterías, un campo estratégico por el rápido crecimiento de la movilidad eléctrica y del almacenamiento energético.
A ello se suman posibles aplicaciones en la producción de biocombustibles, la industria farmacéutica y otros procesos químicos donde separar moléculas con precisión supone uno de los mayores costes energéticos.
Una tendencia que empieza a transformar la industria química
El interés por sustituir procesos térmicos por tecnologías de separación mediante membranas lleva creciendo varios años.
La razón es sencilla: muchas operaciones industriales siguen dependiendo del calor para separar mezclas complejas, aunque en numerosos casos esa energía podría reducirse mediante procesos físicos mucho más eficientes.
Organismos internacionales como la Agencia Internacional de la Energía (AIE) llevan tiempo señalando que la mejora de la eficiencia energética industrial será uno de los pilares para alcanzar los objetivos climáticos durante las próximas décadas. La innovación en sistemas de separación aparece de forma recurrente entre las tecnologías con mayor capacidad de reducir emisiones difíciles de eliminar.
Este desarrollo encaja precisamente dentro de esa estrategia: mantener la producción industrial mientras disminuye la energía necesaria para obtener el mismo resultado.
Qué impacto puede tener en el medio ambiente
La refinación del petróleo continuará teniendo un impacto ambiental mientras exista demanda de combustibles y productos petroquímicos. Sin embargo, hacer más eficiente un proceso que consume tanta energía puede generar reducciones muy importantes de emisiones sin esperar a una sustitución completa del sistema energético.
Además de disminuir el consumo de combustibles utilizados para generar calor en las refinerías, esta tecnología también reduce el uso de agua de refrigeración y podría disminuir parte de la contaminación asociada a los procesos industriales.
Otro aspecto relevante es su posible aplicación en el reciclaje avanzado de plásticos, donde facilitar separaciones más eficientes puede aumentar la calidad de las materias primas recuperadas y reducir la necesidad de producir nuevos materiales a partir de petróleo virgen.
Si este tipo de membranas demuestra su fiabilidad durante años de operación continua, su contribución ambiental podría extenderse mucho más allá del sector petrolero.
Vía KAIST
Más información: Crude oil fractionation by means of mesoporous polyacrylonitrile membranes | Nature
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