CIQA investiga membranas poliméricas para la separación y purificación de gases

La Dra. Griselda Castruita de León, Catedrática CONACYT-CIQA, del departamento de Materiales Avanzados del CIQA, publicó recientemente un artículo sobre el trabajo que realiza el centro en materia de membranas poliméricas. Compartimos con nuestros lectores algunos de los hallazgos más destacados.

Relevancia

La tecnología de membranas hechas a base de polímeros sintéticos se ha convertido en una de las alternativas más prósperas desde el punto de vista económico, técnico y ambiental para usarse en tratamientos de líquidos como aguas residuales, en procesos de separación y purificación de gases de uso doméstico y de interés industrial. Su campo de aplicación también abarca áreas de la salud, farmacéutica y alimenticia.

El Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) se ha enfocado al diseño y obtención de materiales poliméricos con características especiales para que puedan ser usados en la preparación de membranas. Sus investigadores analizan sus propiedades y realizan estudios a nivel laboratorio para determinar su capacidad de separar los gases.

Además, se han enfocado en separaciones del dióxido de carbono de otros gases como el metano o el nitrógeno, un proceso con potencial aplicación en áreas de importancia nacional para la generación y mejor aprovechamiento de los recursos energéticos renovables y no renovables.

¿Qué es y cómo funciona una membrana?

El concepto de membrana se utiliza ampliamente en la biología. A través de las membranas se controla el transporte e intercambio de sustancias entre el medio interior y exterior, y gracias a su permeabilidad selectiva de sustancias, es posible que la célula lleve a cabo las funciones esenciales para que los organismos se mantengan vivos.

De esta manera, una membrana se define como una barrera semipermeable que separa los componentes de un fluido, permitiendo el paso selectivo de un determinado componente y limitando el paso de otro.

Membranas poliméricas

Basado en este principio, el concepto de membrana se ha proyectado hacia el desarrollo de novedosos sistemas de separación selectiva de gases y vapores basados en materiales poliméricos sintéticos, donde los componentes del gas alimentado son separados en una corriente de gas permeado enriquecido con el componente más permeable, mientras que los componentes menos permeables se mantienen retenidos y separados.

Aplicaciones

El aprovechamiento de las propiedades de transporte de gases de los materiales poliméricos se ha visto reflejado en tecnologías de separación basadas en membranas que han sido implementadas con éxito en operaciones de la industria química, petroquímica y energética.

Entre las aplicaciones comerciales más importantes se encuentran la generación de nitrógeno, enriquecimiento de oxígeno, recuperación y purificación de hidrógeno y helio. Destacan principalmente aquellas aplicaciones que involucran la separación del dióxido de carbono, como en el caso del endulzamiento del gas natural y más recientemente, para mejorar la calidad del biogás.

Un mercado que crece

Las crecientes demandas de energéticos limpios y el control de las emisiones de gases de efecto invernadero han sido los factores determinantes para que dicho mercado sea considerado el de mayor expansión a nivel mundial. De acuerdo con reportes estadísticos se estima que el mercado de membranas poliméricas para separación de gases se mantendrá en crecimiento constante, llegando a superar el billón de dólares en los siguientes 2 años.

Otros reportes ponen de manifiesto las ventajas de esta tecnología como lo son su buen desempeño, simplicidad del proceso, ahorros energéticos y menor impacto ambiental. Es por ello, que se han establecido numerosas plantas de separación basadas en membranas en distintas partes de América, Europa y Medio Oriente, encaminadas al tratamiento del gas natural y biogás, y otros gases como helio, hidrógeno, etc., que se encargan de proveer a los distintos sectores consumidores.

México cuenta con importantes áreas de oportunidad para la implementación de esta tecnología de separación de gases basada en membranas poliméricas en diversos sectores industriales, con lo cual la productividad podría ser más eficiente y menos contaminante.

Uno de los sectores emergentes y con grandes posibilidades para la implementación de sistemas de purificación con membranas es el tratamiento del biogás que se obtiene a partir de desechos agrícolas y ganaderos.

El desempeño de la membrana y la eficiencia de la separación de los gases dependen fundamentalmente del polímero con el que están hechas y de sus propiedades físicas y químicas. Varios polímeros han sido utilizados en membranas, destacando de manera significativa las poliimidas, polisulfonas, poliaramidas y acetatos de celulosa.

Con la intención de obtener sistemas de membranas más avanzados, en la actualidad se siguen desarrollando otros derivados de las familias de polímeros antes mencionadas, que exhiban características específicas y mejoradas; así como el diseño de nuevas estructuras poliméricas que permitan modular y ajustarse a las necesidades de los procesos de separación, y esto representa el reto constante al que se enfrenta la ciencia de membranas.