Tendências de tecnologia no uso de filtração por membrana

Uma quantidade significativa de recursos é alocada na pesquisa e desenvolvimento da tecnologia de filtração por membrana. No entanto, ainda não está claro até que ponto os objetivos da pesquisa se alinham com a solução das necessidades da indústria. Sepideh Jankhah, Ph.D, P.Eng. examina a história, a evolução e as tendências de I&D nesta área.

Desde 2001, uma quantidade significativa de recursos tem sido alocada a cada ano para pesquisa e desenvolvimento (P&D) da tecnologia de filtração por membrana. No entanto, ainda não está claro até que ponto os objetivos da pesquisa se alinham com a solução das necessidades da indústria. Este artigo examina a história e a evolução das aplicações da tecnologia de filtração por membrana e investiga as tendências de P&D nessa área com base na literatura revisada por pares. Curiosamente, parece que as necessidades de pesquisa e indústria estão convergindo em um ritmo semelhante, embora a parte principal varie de acordo com a área de aplicação.

Histórico de filtração por membrana

A tecnologia de filtração por membrana é amplamente utilizada em vários setores: tratamento de água e efluentes, processos de alimentos e bebidas, aplicações farmacêuticas e médicas, processamento químico e outras aplicações industriais de separação ou purificação. A história da separação por membrana remonta ao início de 1700, quando a palavra osmose foi usada pela primeira vez para descrever a permeação da água através de um diafragma.

A tecnologia de filtração evoluiu de osmose para eletrodiálise, filtração de gás e destilação por membrana, contribuindo para a invenção e melhoria de inúmeros produtos, processos e aplicações industriais. A filtração por membrana agora é comumente usada para concentrar sucos de frutas, remover contaminantes da água e águas residuais e coletar células para produção de antibióticos.

A tecnologia de filtração por membrana tem várias vantagens sobre as tecnologias de separação convencionais (isto é, coagulação e sedimentação, filtração de areia, flutuação por ar dissolvido, etc.). Essas vantagens incluem melhor qualidade do produto, maior capacidade de separação, menor fator de risco, pegada menor e geralmente menor uso de produtos químicos.

Espera-se que a demanda global por membranas cresça 8,5% ao ano, atingindo US$ 26,3 bilhões em 2019.2 Só o mercado dos EUA deve crescer 7,9% ao ano, atingindo US$ 6,2 bilhões em 2018. O crescimento pode ser intensificado devido à escassez global de água, diretrizes cada vez mais rigorosas para água potável e descarga de águas residuais, uma queda no custo de produção e operação de membranas e avanços recentes na tecnologia de membranas.

Principais aplicações de membrana

O tratamento de água e efluentes responde por mais de 50% do uso de membranas industriais, seguido por processos de alimentos e bebidas (21%) e aplicações farmacêuticas e médicas (9%). Nos próximos cinco anos, espera-se que as aplicações farmacêuticas e médicas sejam os mercados de crescimento mais rápido. Essa tendência é impulsionada pelo aumento dos padrões de pureza e pela expansão das aplicações médicas dessa tecnologia. Espera-se que o tratamento de água (incluindo dessalinização) e o processamento de alimentos e bebidas mantenham um crescimento constante.3

As tendências de dados de P&D foram derivadas do número de artigos de periódicos revisados ​​por pares publicados entre 2001-2016 e classificados por área de aplicação principal, extraídos do banco de dados da Engineering Village. Durante a última década, as tendências observadas na aplicação de pesquisa estão alinhadas com as aplicações industriais. A P&D de água e esgoto representa 40%, seguida novamente por alimentos e bebidas com 34%.

Para a indústria, a ênfase tem sido colocada no desenvolvimento de processos de separação de gases e dessalinização. Enquanto isso, a P&D concentrou-se em ultrapassar os limites da tecnologia. Recursos adicionais foram alocados para realizar pesquisas em tópicos como destilação de membrana, osmose direta, pervaporação, eletrodiálise, óxidos de grafeno e membranas biomiméticas para água e águas residuais.

O uso dessas tecnologias tem se concentrado no desenvolvimento de novos produtos ou processos de membrana, bem como na otimização de produtos e processos de membrana existentes em termos de desempenho e custos operacionais/de capital associados. Existem alguns avanços no pipeline industrial, mas a maioria ainda está em estágios preliminares de desenvolvimento e requer pesquisas adicionais antes de prevalecer no mercado.