La ciencia de membranas: una solución para los grandes retos globales

El agua potable, una energía limpia, el calentamiento global y una sanidad asequible son cuatro de las principales preocupaciones globales que se derivan de la escasez de agua potable, la fluctuación generalizada de los precios del petróleo, el rápido cambio climático y el enorme coste de la sanidad. Las tendencias actuales en la ciencia de membranas pretenden afrontar estos cuatro grandes temas mediante las innovadoras tecnologías de membrana para la separación y purificación de productos de alto valor o para la eliminación de especies indeseadas.

 

ciencia de membranas

Ventajas de la tecnología de membranas


La ciencia de membranas es una ciencia plenamente integrada que puede incluir disciplinas como la ingeniería de los materiales, la química y la ingeniería química, los fenómenos de separación y purificación, la ciencia medioambiental y la sostenibilidad, la simulación molecular y el diseño de procesos y productos.

Es fascinante comprobar cómo algunos de los procesos de membrana pueden superar a los procesos de separación tradicionales, como la destilación y la absorción, reduciendo el impacto, los costes de capital y el consumo energético. Además, los mismos tipos de membranas, con alguna modificación de la porosidad y de las propiedades de la superficie, podrían ser útiles para distintas aplicaciones, como la generación de agua potable y energía limpia, la captación de CO2, la purificación de medicamentos y los órganos artificiales. También hay varios materiales nuevos disponibles para posibles aplicaciones de membrana, gracias a los avances de las dos últimas décadas en diseño molecular de polímeros funcionales y porosos.

Por ejemplo, se ha desarrollado un novedoso proceso para membranas de osmosis forzada (OF) avanzada de alto flujo, que mejora el rendimiento de los procesos de nanofiltración más convencionales. El proceso logra un 99,5 % de tasa de rechazo de iones de metales pesados. Desarrollado originalmente para el tratamiento del agua al lograr que la desalinización sea más eficiente energéticamente, este invento ofrece una solución potencial a problemas globales más amplios, como la escasez de agua y los agentes contaminantes en aguas subterráneas.

La investigación en procesos de membranas integrados


El interés de esta investigación a largo plazo es desarrollar tecnologías de separación por membranas de baja energía para producir agua, aire y energía limpios. También pretende integrar distintos procesos de membranas para maximizar el rendimiento de la separación y para minimizar de forma sinérgica el consumo de energía. Entre los  intereses, se incluye la integración de membranas de OF y la destilación por membranas, una generación de energía osmótica híbrida y un sistema de desalinización del agua del mar, así como la combinación de dispositivos de agrupación de partículas y la deshumidificación por membranas. Esta última, elimina las partículas de bruma y reduce la humedad del aire para mejorar las condiciones de vida y trabajo.

La combinación de la generación de energía osmótica y la desalinización del agua del mar en un sistema híbrido no solo consigue que esa desalinización exija un uso menor de energía y sea más sostenible, sino que también reduce otros problemas ambientales asociados a la eliminación de la salmuera de mar (una solución con una alta concentración de sales y contaminantes) obtenida a partir de la osmosis inversa (OI) de las plantas de desalinización.

Retos


En resumen, entre los retos de las innovaciones en materiales de membrana y su fabricación, están los siguientes:

  1. Cómo diseñar molecularmente materiales de membrana mediante la simulación molecular avanzada y la nanotecnología con el rendimiento de separación deseado;
  2. Cómo fabricar membranas con las propiedades morfológicas y mecánicas deseadas, y un rendimiento de separación sostenible;
  3. Cómo diseñar materiales con características anticontaminantes y cómo diseñar membranas con una contaminación mínima;
  4. Cómo desarrollar procesos de membrana eficaces con una contaminación mínima, un menor consumo energético y una menor emisión de CO2.

Las demandas del mercado en innovación y mejora de membranas son muy exigentes, pero apasionantes, y actualmente los productos de membrana siguen introduciéndose en nuestra vida diaria, desde el tratamiento del agua potable hasta teléfonos móviles y aplicaciones en ciencias biológicas, como riñones y pieles artificiales.

Para aportar soluciones a algunos de los principales retos a los que se enfrenta la humanidad, la empresa BASF ha creado la plataforma  de cocreación Creator Space. En ella cualquier persona puede aportar sus conocimientos, opiniones e ideas en los retos y debates creados alrededor de temas relacionados con la vida urbana, la alimentación y la energía inteligente. ¡Participa ahora y aporta tu granito de arena!