Neue Membran soll Raffinerien Energie sparen

Ein Team um die Erstautoren Jihoon Choi und Hyeokjun Seo vom KAIST veröffentlichte die Arbeit am 24. Juni 2026 in der Fachzeitschrift Nature. Nach Prozesssimulationen des Teams könnte eine solche Vorbehandlung den Kühlwasserverbrauch um 20,7 Prozent und die CO2-Emissionen um 37,6 Prozent gegenüber herkömmlicher atmosphärischer Destillation senken. Diese Zahlen beruhen laut ScienceDaily jedoch auf Simulationen und nicht auf bereits im laufenden Raffineriebetrieb gemessenen Werten.

Raffinerien verbrauchen für atmosphärische und Vakuumdestillation nach Angaben der Studie mehr als 1.100 Terawattstunden Energie pro Jahr und verursachen mehr als 160 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent.

Wie ein verstopfender Filter zum Vorteil wurde

Dong-Yeun Koh, der die Studie am KAIST leitete, erklärte, das Team habe vermutet, dass die preiswerten porösen Trägerschichten aus Polyacrylnitril selbst die Trennung bewirken könnten, weshalb es die eigentlich vorgesehene selektive Schicht vollständig entfernte und versuchte, Rohöl allein mit dieser Trägerschicht zu trennen. Die Oberflächenporen dieser Trägerschicht sind mit 15 bis 18 Nanometern deutlich größer als Rohölmoleküle, die nur etwa 2 Nanometer messen. Beim Durchfluss lagerten sich zunächst schwere polare Moleküle wie Asphaltene und Harze und anschließend lange Kohlenwasserstoffketten an den Porenwänden ab, wodurch sich Kanäle von weniger als 2 Nanometern bildeten; das sogenannte Fouling, das Verstopfen von Membranporen, das normalerweise als Leistungsproblem gilt, wurde so selbst zum Trennmechanismus. Im Test mit Rohöl der Sorte Arabian Light stieg der Anteil leichter Bestandteile mit Siedepunkten unter 200 Grad Celsius, etwa Naphtha und Benzin, im durchgetretenen Öl von 25,1 auf 52,0 Prozent, während schwere Ölbestandteile die Membran nicht passieren konnten. Nach Angaben des Teams blieb die Trennleistung dabei über 28 aufeinanderfolgende Tage stabil und die Trenngeschwindigkeit war mehr als 23-mal so hoch wie das bisherige Höchstniveau bestehender Rohölmembranen. Ryan Lively, Professor am Georgia Institute of Technology, dessen Arbeitsgruppe mit Kohs Team kooperierte, sagte, die PAN-Membranen steigerten die Produktivität der Membraneinheiten so stark, dass die Industrie die Einführung der Technik ernsthaft erwägen sollte.

Im Vergleich: ältere Membranen und die Dimension der Branche

Membranbasierte Rohölvortrennung ist keine neue Idee: Bereits 2020 beschrieben Thompson und Kollegen in Science Membranen, die leichtes Rohöl nichtthermisch nach Molekülgröße und Stoffklasse trennten und dabei Moleküle leichter als 170 Dalton im Permeat anreicherten. Der bisherige Vergleichswert bei der Rohölpermeanz war deutlich geringer: Die neue Membran von Choi, Seo und Koh übertraf ihn um mehr als das 23-fache. Wie groß der mögliche Effekt ist, zeigt der Vergleich mit der Gesamtbranche: Für Südkoreas Raffinerie- und Petrochemieindustrie schätzt das Forschungsteam, dass eine branchenweite Einführung der Membran rund 10 Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen pro Jahr vermeiden könnte, etwa so viel wie der Ausstoß von vier Millionen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, während die weltweite Raffinerieindustrie zwischen 2000 und 2021 insgesamt rund 34,1 Gigatonnen CO2-Äquivalent ausstieß.

Voraussetzungen, bevor die Membran breiter eingeführt wird

Bis die Membran breiter eingeführt werden kann, muss laut den Forschern noch einiges gelingen. Erstens muss sich die Leistung auf großflächige Produktion übertragen lassen und sich im längeren Betrieb als zuverlässig erweisen, wie das Team selbst als nächsten Schritt nennt. Zweitens muss sich die Membran mit unterschiedlichen Rohölsorten stabil zeigen: Der Mitautor Jae Woo Lee von KAIST erklärte, der Austauschzyklus der Membran werde von der jeweiligen Rohölsorte abhängen. Drittens muss sich die Wirtschaftlichkeit bestätigen: Koh bezifferte die Amortisationszeit selbst unter sehr konservativen Annahmen auf etwa drei bis fünf Jahre und machte eine Kommerzialisierung in diesem Zeitraum davon abhängig, dass sich im Pilotstadium ein langfristig stabiler Betrieb großer Module mit unterschiedlichen Rohölen bestätigt.