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Fabricación sostenible de membranas de ósmosis inversa


24/09/2024

Formación
Fabricación sostenible de membranas de ósmosis inversa

 

  • Artículo original de National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, United States
  • Traducido y adaptado por Waterxpert
 
La desalinización por ósmosis inversa es una de las tecnologías más importantes y cada vez más populares para aumentar los recursos hídricos disponibles. El elemento central de esta tecnología es una membrana de poliamida, compuesta de una película delgada capaz de separar el agua pura del agua de mar o la salmuera. Desde su concepción e inicio, la industria de las membranas ha seguido un esquema de ciclo de vida lineal.
 
Sin embargo, los crecientes costos de producción de materiales de origen fósil y regulaciones ambientales más estrictas impulsan las iniciativas para adaptarse a una economía circular de materiales de membrana.
 
 
Economía circular de membranas desalinizadoras (Fuente: National Renewable Energy Laboratory)
 
 
La circularidad es el núcleo de un futuro sostenible. Una “economía circular” transforma los bienes al final de su vida útil en recursos reutilizables, “cerrando circuitos” en los ecosistemas industriales al eliminar desechos, hacer circular productos y preservar el medio ambiente (Kümmerer, Clrk y Zuin, 2020).
 
 
 

La transición hacia una industria circular de membranas implica la integración de procesos de fabricación sostenibles y un ciclo de economía circular de membrana a membrana basado en técnicas de reciclaje innovadoras.
En el presente artículo nos enfocaremos en la fabricación sostenible de membranas.
 


Fabricación

 
La fabricación de membranas de última generación consume mucha energía y recursos derivados de combustibles fósiles. Las membranas de ósmosis inversa de compuesto de película fina (TFC) comerciales actuales se fabrican utilizando materiales plásticos de origen fósil, por ejemplo, poliamida (PA), polisulfona (PSF), polietersulfona (PES) y tereftalato de polietileno (PET). Los procesos de fabricación industrial presentan desafíos sustanciales debido a las regulaciones ambientales cada vez más estrictas sobre la utilización de solventes orgánicos. La producción comercial de membranas utiliza disolventes orgánicos para disolver polímeros durante la fundición y el hilado de la membrana.
 
La fabricación de membranas novedosas implica principalmente el uso de materiales renovables, y la minimización o sustitución de disolventes orgánicos (Nunes et al., 2020).
 
 
 


Uso de materiales renovables

 
Los polímeros renovables y biodegradables son alternativas sostenibles prometedoras a los materiales de membranas de desalinización. Los polímeros derivados de fuentes renovables de base biológica pueden disminuir significativamente la huella de carbono de los procesos de fabricación de membranas (Shehata et al., 2023). Por ejemplo, la celulosa, el poliácido láctico (PLA) y los poli-hidroxibutiratos son algunos de los polímeros de base biológica más estudiados para reemplazar los polímeros convencionales a base de petróleo para membranas, como PES, PSU y PVDF (Dong et al., 2021). Además, estos polímeros renovables pueden descomponerse en condiciones de compostaje industrial, lo que puede reducir el impacto ambiental de la eliminación de elementos de membrana usados ??al final de su vida útil.
 
La implementación de materiales renovables en los procesos actuales de fabricación de membranas está limitada por el rendimiento inferior de estas alternativas en comparación con los materiales convencionales. Para lograr el rendimiento objetivo requerido para aplicaciones rigurosas de membranas, los polímeros de base biológica a menudo se mezclan con polímeros no biodegradables en la fabricación. Sin embargo, la mezcla de múltiples polímeros puede causar fácilmente una ruptura de la estructura del polímero y liberar materiales no biodegradables al medio ambiente. Mientras tanto, aún se desconoce el impacto de la biodegradación en el rendimiento de la membrana a largo plazo. Debido a la incertidumbre en la tasa de biodegradación, los polímeros desechados pueden filtrarse al océano, impactando a los animales marinos y al medio ambiente (Shehata et al., 2023).
 


Uso de disolventes alternativos

 
Con las crecientes regulaciones sobre el uso de solventes en los procesos de fabricación, la sustitución de solventes tóxicos convencionales por solventes más ecológicos y no tóxicos es fundamental para la realización de una futura fabricación de membranas sostenible. Recientemente, se han investigado varias alternativas de disolventes sostenibles para la fabricación de membranas. Por ejemplo, el lactato de metilo (ML) es un disolvente biodegradable que se puede utilizar para fabricar membranas de acetato de celulosa (CA) y membranas de polieterimida (PEI) mediante inversión de fases (Alqaheem et al., 2018). El dióxido de carbono supercrítico (ssCO2) se puede utilizar para producir membranas porosas de fibra hueca de policarbonato (PC) mediante extrusión en estado fundido (Rasool, Pescarmona y Vankelecom, 2019).
 
La perspectiva de reemplazar los solventes tradicionales con solventes ecológicos enfrenta varios desafíos: 1) los costos de estos solventes más seguros y ecológicos suelen ser más altos que los de los solventes convencionales para la fabricación de membranas; 2) los solventes biodegradables pueden causar eutrofización en el sistema de agua; y 3) el impacto ambiental y económico de la recuperación de solventes verdes sigue siendo desconocido (Dong et al., 2021).
 
 
 

Fuente: Frontiers
 

Fuente waterxpert.com


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