• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Новости

Путь к «зеленому» будущему лежит через мембранные решения

Мембраны используются практически во всех областях человеческой деятельности. В становлении и развитии мембранной науки, считающейся неотъемлемой частью нанотехнологий, значительную роль играют российские ученые. В новом выпуске информационного бюллетеня «Глобальные технологические тренды» ИСИЭЗ НИУ ВШЭ представлены три перспективных направления исследований и разработок в области нанотехнологий, охватывающие широкий спектр отраслей и объединенные тем, что их вектор развития связан с применением наноразмерных мембран и катализаторов.

В организме человека протекает целый ряд сложных мембранных процессов, благодаря которым его клетки и органы снабжаются необходимыми веществами, водой и энергией. Те же задачи выполняют и мембраны, которые люди используют вполне осознанно. Транспортные свойства мембран, определяющие их высокую практическую значимость, напрямую связаны с наличием в них пор размером от одного до сотен нанометров. Эти свойства можно улучшить за счет внедрения в поры еще более малых наночастиц. Отличительный признак мембранных решений — чистота продуктов и экологичность производственных процессов. Мембраны используются практически во всех областях человеческой деятельности. Приложения на их основе, предназначенные для разделения, обогащения и очистки газов и жидкостей, применяются в водородной энергетике (где с их помощью решается целый спектр проблем — от синтеза и очистки водорода до непосредственно получения из него энергии), химическом и электрохимическом синтезе. В последние годы мембранные технологии весьма востребованы в медицине и экологии, в частности в процессах очистки воды.

Почти половина населения планеты живет в условиях нехватки чистой воды, поэтому важной задачей становится развитие и внедрение на предприятиях технологий с замкнутым водным циклом, или с нулевым сбросом жидкости (Zero Liquid Discharge, ZLD). Сейчас воду очищают с помощью таких мембранных технологий, как обратный осмос, микрофильтрация и электродиализ. У наиболее распространенного способа — обратного осмоса — есть серьезные преимущества (сравнительно низкая себестоимость и высокая производительность), но и существенный недостаток — невозможность высокой концентрации солей. ZLD-производство создавать на базе только одной технологии невозможно, а с дополнительным применением традиционных методов — неэффективно, полагают эксперты Высшей школы экономики.

Решением станет объединение обратного осмоса и электродиализа. За счет применения новых материалов можно повысить эффективность обоих методов, оптимизировать систему пор и каналов мембран (в электролизе применяются наноразмерные мембраны с функциональными ионообменными центрами, в обратном осмосе — без функциональных группировок). Например, введение в мембраны небольшого количества каталитически активных наночастиц увеличит производительность электродиализа. Среди ключевых эффектов эксперты отмечают:

  • удешевление процесса водоочистки;
  • существенное сокращение сбросов загрязненной воды, улучшение ее качества в водоемах и общей экологической ситуации;
  • возможность освоения новых территорий с дефицитом воды;
  • экономию в масштабах государства из-за снижения заболеваемости населения, связанной с потреблением недостаточно чистой воды.   

Мировой рынок мембранных материалов в 2019 г. эксперты оценивают в $29,3 млрд (при среднегодовом темпе роста в 9,4%). Его максимальный рост ожидается в развивающихся странах, где будут комплексно внедряться мембранные приложения для водоочистки, медицины и переработки газа.

Вероятный срок максимального проявления данного тренда: 2030–2040 гг.

Подробнее об этом и других трендах — в новом информационном бюллетене. Выпуск доступен по ссылке. Скачать версию для печати.


См. публикации в СМИ:

Эксперты НИУ ВШЭ выделили перспективные мембранные технологии для водоочистки (science.theoryandpractice.ru, 16.09.2015)