Membranas e filtros protegem pessoas e o meio-ambiente

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Uma ferramenta universal e poderosa para proteger pessoas de bactérias, vírus e de pós que prejudicam a saúde é o uso de máscaras, sobre o nariz e a boca. Na atual pandemia, máscaras passaram a ser usadas continuamente por quaisquer pessoas que respeitam a si mesmas e ao próximo, mesmo que tenham conseguido ser vacinadas. Máscaras filtram o ar, impedindo que inspiremos partículas de água da atmosfera, portadoras de vírus. E também impedem que uma pessoa contaminada espalhe o vírus, junto com o ar que exala.
Da mesma forma que queremos retirar o vírus do ar, também queremos separar o sal e outros contaminantes da água, para termos água potável. Muitas vezes, é necessário separar moléculas valiosas de outras, que estão misturadas a elas. Por exemplo, precisamos retirar oxigênio do ar, para usá-lo em hospitais e em fábricas, a gasolina e o diesel do petróleo bruto, o açúcar do caldo de cana e o álcool, do caldo de cana fermentado. São muitos e muitos exemplos, com um ponto em comum: os processos de separação mais usados atualmente consomem grandes quantidades de energia. Por isso, contribuem para agravar os problemas climáticos, a degradação do meio-ambiente e a perda de biodiversidade
Hoje, precisamos mudar radicalmente a maneira como tratamos o meio ambiente e nosso consumo de energia, e cada um de nós pode desempenhar um papel, para parar ou reverter as atuais agressões ao ambiente. Cientistas do mundo todo reconhecem que é essencial reduzir drasticamente o aumento de CO2 na atmosfera. Emissões de CO2 são diretamente ligadas ao consumo dos combustíveis fosseis. O uso de energia renovável e um passo importante, assim como o uso de tecnologia que minimize o consumo em vários setores industriais.
Os processos de separação industrial são responsáveis por cerca de 15% do consumo de energia no mundo. Em grande parte, trata-se de processos térmicos ultrapassados que poderiam ser substituídos por tecnologias de separação mais eficientes, que economizam energia. A tecnologia de membranas é uma excelente solução sustentável. Membranas tem servido por décadas em usinas de dessalinização em grande escala no Oriente Médio, Espanha, Austrália e outras partes do mundo com escassez de água. São filtros poliméricos com poros que podem ser tão pequenos como as moléculas de agua, e são produtos da nanotecnologia Membranas são usadas para tratamento de água em geral. Em países como Singapura, processos cíclicos produzem agua potável, reutilizando águas servidas. Muitos produtos alimentícios são processados por tecnologia de membrana, incluindo diversas etapas de produção de queijos, vinho, sucos de fruta, aroma, etc.
Os desafios não são poucos e um grande desafio atual é eliminar poluentes neutros como hormônios e antibióticos, que são cada vez mais usados em excessiva quantidade e descartados em rios. Estes poluentes podem ser até mais difíceis de eliminar que os pequenos íons dos sais. Membranas mais seletivas para estas aplicações são objetivos de pesquisa em vários grupos, no mundo todo.
Mais recentemente o desenvolvimento de membranas com resistência química superior tem tornado possível estender a tecnologia de membranas para separações industriais complexas, como a recuperação de substâncias muito valiosas, contidas em catalizadores usados. Neste caso, a recuperação é um desafio vencido por membranas que possibilitam a separação sem usar temperatura elevada. Membranas estão sendo usadas também para a concentração de componentes e produtos químicos sensíveis à temperatura, e para a recuperação de solventes industriais. Muitos processos químicos e petroquímicos envolvem uma grande quantidade de solventes, que precisam ser recuperados por motivos econômicos e ambientais. Isto era normalmente feito por processos térmicos (destilação, evaporação/condensação), com gastos excessivos de energia e produção de muito CO2. O uso de separações por membranas oferece uma grande economia de energia e emissões. Cada vez mais, industrias químicas estão sendo forçadas a manter processos fechados, sem emissão ou descarte de solventes, minimizando também a energia gasta. Membranas estão sendo usadas para o fracionamento de hidrocarbonetos, produzindo frações de petróleo. Já há grandes plantas instaladas em indústrias petroquímicas, para fracionamento de hidrocarbonetos líquidos, com economia de energia e baixa emissão de CO2.
Para aplicações na indústria química e farmacêutica, as membranas precisam ser química e termicamente mais estáveis do que aquelas usadas na dessalinização, embora mantendo a mesma processabilidade em larga escala. Os processos farmacêuticos para a purificação de biomoléculas e drogas frequentemente envolvem um grande número de etapas e os avanços neste setor exigem sempre maior seletividade.
A fabricação de membranas é um tópico interdisciplinar e combina conhecimentos de química, física, ciência dos materiais, engenharias e nanotecnologia. As membranas atuais são constituídas por multicamadas que conferem estabilidade mecânica e dão suporte a camadas ultrafinas, responsáveis pela alta seletividade combinada à grande produtividade. São prodígios da nanoengenharia. A espessura da camada seletiva pode ser finíssima, medindo apenas 100 nanômetros, mas precisa também ser estável durante anos de operação, para garantir a economicidade dos processos.
Hoje, o desenvolvimento de membranas utiliza os mais avançados materiais já sintetizados, ordenados em estruturas hierárquicas, como um Lego ou um quebra-cabeça. Esses materiais incluem o grafeno e outros materiais bidimensionais, copolímeros em bloco, moléculas cíclicas, estruturas metal-orgânicas, redes covalentes-orgânicas, etc. Muitos cientistas buscam inspiração na natureza e procuram reproduzir, em suas membranas, a função de proteínas e dos canais responsáveis pelo transporte de água, íons e pequenas moléculas biológicas, nos seres vivos. Também procuram combinar as propriedades de separação à capacidade de resposta a estímulos (luz, pH, temperatura…) criando novas fronteiras de criação de materiais inteligentes.
Além das impressionantes propriedades das novas membranas, há uma crescente preocupação com a sustentabilidade dos processos de fabricação. As membranas futuras serão fabricadas usando-se solventes e materiais mais sustentáveis, sempre eliminando os processos agressivos às pessoas e ao meio-ambiente.

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