Os processos de separação por membranas definem-se como operações unitárias nas quais uma barreira fina permite a passagem seletiva de certas substâncias através dela, enquanto impede ou retém o transporte de outros compostos. Com isso, forma-se um fluxo com o material que passou pela membrana e outro fluxo concentrado em substâncias retidas. Ou seja, numa definição mais simples, trata-se de um filtro com um tamanho de poro não visível e tão pequeno que pode até não possuir nenhum tipo de poro.
- Por diferença ou gradiente de pressão, como a microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração ou osmose direta, incluindo neste campo os biorreatores de membrana (MBR).
- Por diferença de atividade, potencial químico ou pressão parcial, como a pervaporação ou a separação de gases.
- Por diferença de temperatura, como a destilação por membranas ou os contactores de membrana.
- Por diferença ou gradiente de potencial elétrico, como a eletrodiálise ou os eletrólisadores com membrana.
Aplicações das tecnologias de membrana: águas de processo e águas residuais
Industrialmente, as tecnologias de membrana possuem diversas aplicações, tanto no tratamento de águas de processo como no de águas residuais, geralmente com os seguintes objetivos:
- Concentrar um componente desejado através da eliminação dos restantes componentes que contaminam esse componente (por exemplo, concentrados de proteínas a partir do soro de leite ou lactossoro).
- Purificar um composto através da eliminação de impurezas ou componentes indesejáveis presentes na corrente inicial (por exemplo, melhoria da qualidade da água para uso, reutilização ou descarga no meio ambiente).
- Fracionar uma corrente em dois ou mais componentes de interesse (por exemplo, obtenção de diferentes frações proteicas ou de polipeptídeos para usos muito específicos). Isto requer estruturas e configurações de operação complexas e versáteis, desde membranas porosas, capazes de eliminar protozoários, vírus e bactérias, até membranas não porosas ou densas, capazes de remover iões e separar misturas azeotrópicas.
A relação entre a tecnologia de membranas e a sustentabilidade, como se conecta isto?
Há já algum tempo, a sua aplicação tem-se vindo a expandir progressivamente para diversos campos, como a indústria agroalimentar, biotecnologia, energia, biomedicina e engenharia de tecidos, têxtil, cosmética, tintas e vernizes, tratamento de águas residuais e produção de água potável, dessalinização de águas salobras e salinas, ou eliminação de contaminantes emergentes.
Em particular, o uso da tecnologia de membranas para o tratamento de águas, tanto residuais como de processo, está alinhado com a estratégia de economia circular, sendo amplamente aplicado em:
- Processos de condicionamento de água de processo
- Sistemas de limpeza e regeneração de água para uso industrial e agrícola
- Produção de água potável para consumo humano
- Tratamento de águas residuais, tanto municipais como industriais
Quais são os principais desafios que a tecnologia de membranas deve enfrentar?
Os principais desafios e necessidades importantes que a tecnologia de membranas deve abordar são:
- Desenvolvimento sustentável e mudanças climáticas:
- Novos materiais para separação de gases e águas, especialmente funcionais e que superem o principal problema de qualquer processo de membrana: o seu ensuciamento.
- Novos processos resistentes a solventes e de captura de CO₂ para a descarbonização da indústria.
- Infraestruturas verdes, remediação e integração em sensores de monitorização.
- Aplicação em sistemas descentralizados de tratamento de águas, processos industriais agroalimentares, sistemas de geração de energia e qualquer outra indústria que permita a extração de compostos de valor acrescentado e a redução do consumo de água e da pegada hídrica.
- Melhoria das oportunidades para reciclagem e reutilização de águas residuais.
- Escassez e qualidade da água:
- Nova geração de membranas de osmose inversa.
- Nova geração de membranas de osmose direta.
- Extensão a tratamentos em larga escala de águas residuais, águas cinzentas e águas pluviais para depuração e reutilização.
- Equilíbrio de recursos
- Implementação em sistemas de distribuição de água.
- Implementação em sistemas de transporte e fornecimento de energia.
- Aplicações médicas e relacionadas com as ciências da saúde:
- Desenvolvimento para sistemas artificiais e extracorpóreos para fígado, pulmões ou rins, e em hemodiálise e aférese, entre outros.
- Biotecnologia branca e vermelha para uso industrial, como engenharia de tecidos ou aplicações bioeletroquímicas.
- Libertação controlada de compostos ativos.
- Energias renováveis e conversão energética:
- Nova geração de células de combustível e eletrólisadores.
- Novos sistemas mais eficientes de captura de CO₂ e melhoria de bio-hidrogénio, biometano e biogás.
GREEN BRINE ou como aplicar a economia circular e membranas: Membranas como pré-tratamento sustentável na valorização de salmouras através do conceito de Economia Circular
Um exemplo de como aplicar a tecnologia de membranas dentro do conceito de Economia Circular é o projeto estratégico em cooperação GREEN BRINE, financiado pela Agência Valenciana da Inovação (AVI) na sua convocatória de 2021. Este projeto foca-se na valorização de salmouras provenientes do processamento e conservação de azeitonas de mesa, aplicando o conceito de economia circular através do uso de tecnologias sustentáveis.
Este é um projeto no qual estamos a trabalhar desde AINIA em parceria com o Instituto de Tecnologia Cerâmica (ITC-AICE) e Aceitunas Cazorla, e que tem como objetivos:
- Dar uma segunda vida útil a essas salmouras, obtendo compostos bioativos com elevado valor acrescentado.
- Gerar recursos de interesse para a indústria.
- Minimizar a matéria orgânica presente nessas salmouras, transformando-a num vetor energético, obtendo, assim, água tratada.
Ou seja, este projeto utiliza um resíduo com hipersalinidade e elevada carga orgânica para, aproveitando as suas propriedades particulares, conferir circularidade e recuperar todos os produtos possíveis de um resíduo que, à partida, não teria outra utilidade além daquela para a qual foi originalmente preparado e utilizado.
No entanto, para tirar o máximo proveito desta corrente considerada uma fonte de recursos, é indispensável a aplicação de tecnologias de membranas para obter esses compostos bioativos, especialmente os compostos fenólicos, tanto de maior como de menor dimensão, e para acondicionar devidamente a corrente para o seu tratamento na fase final através de processos bioeletroquímicos, nos quais as membranas também desempenham um papel crucial para a sua eficiência e, consequentemente, para o alcance dos objetivos.
