Мембраны используются практически во всех областях человеческой деятельности. Технологические решения 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.

В очередном выпуске трендлеттера (информационного бюллетеня) «Глобальные технологические тренды» Института статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики представлены три 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.

Согласно последним данным ООН в течение ближайших 15 лет человечество может столкнуться с 40%-ным дефицитом питьевой воды, а к 2050 году глобальный спрос на чистую воду может вырасти на 55%. Поэтому для многих стран в мире важной задачей становится проблема фильтрации сточных вод, в том числе развитие и внедрение на промышленных предприятиях технологий с замкнутым водным циклом, или с нулевым сбросом жидкости (Zero Liquid Discharge, ZLD).

В настоящее время 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 проблемы может стать 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.

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.

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