Sostenibilidad y tecnología de membranas, ¿cuál es su relación?

Fuente: AINIA España

Por Jorge García Ivars

Los procesos de separación por membranas se definen como operaciones unitarias en las cuales una barrera fina permite el paso selectivo de ciertas sustancias a su través, mientras que impide o retiene el transporte de otros compuestos. Con ello, se forma una corriente con el material que ha pasado a través de la membrana y otra corriente concentrada en sustancias retenidas. Es decir, yéndose a una definición más gruesa, a un filtro con un tamaño de poro no visible y tan pequeño que puede no tener ninguna clase de poro.

Su separación puede sucederse de diferentes maneras, destacando a continuación algunas de ellas:

• Por diferencia o gradiente de presión como la microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis directa, incluyendo en este campo los biorreactores de membrana (MBR).
• Por diferencia de actividad, potencial químico o presión parcial, como la pervaporación o la separación de gases.
• Por diferencia de temperatura, como la destilación por membranas o los contactores de membrana.
• Por diferencia o gradiente de potencial eléctrico, como la electrodiálisis o los electrolizadores con membrana.

Aplicaciones tecnologías de membrana: aguas de proceso y aguas residuales

Industrialmente, las tecnologías de membrana poseen diversas aplicaciones tanto para el tratamiento de aguas de proceso como para el de aguas residuales, persiguiendo usualmente los siguientes objetivos:

• Concentrar un componente deseado a través de la eliminación del resto de componentes que contaminan dicho componente (p.ej. concentrados de proteínas a partir del suero de leche o lactosuero)
• Purificar un compuesto a través de la eliminación de impurezas o componentes indeseables presentes en la corriente inicial (p.ej. mejora de la calidad del agua para su uso, reutilización o vertido al medio ambiente)
• Fraccionar una corriente en dos o más componentes de interés (p.ej. obtención de diversas fracciones proteicas o de polipéptidos para usos muy concretos). Esto implica de estructuras y configuraciones de operación complejas y versátiles, desde membranas porosas que pueden eliminar protozoos, virus y bacterias a membranas no porosas o densas, capaces de eliminar iones y separar mezclas azeotrópicas.

La relación entre tecnología de membranas y sostenibilidad, ¿cómo liga esto?

Desde hace ya un tiempo, su aplicación se va extendiendo progresivamente en diversos campos como la industria agroalimentaria, biotecnología, energética, biomedicina e ingeniería tisular, textil, cosmética, tintas y barnices, tratamiento de aguas residuales y producción de agua potable, desalación de aguas salobres y salinas o eliminación de contaminantes emergentes.

En concreto, el uso de la tecnología de membranas para el tratamiento de aguas tanto residuales como de proceso está en consonancia con la estrategia de economía circular, aplicándose intensivamente en:

• Los procesos de acondicionamiento de agua de proceso
• Los sistemas de limpieza y regeneración del agua para uso industrial y fines agrícolas
• La producción de agua potable para consumo humano
• La depuración de vertidos de aguas residuales tanto municipales como industriales

¿Cuáles son los principales desafíos a los que debe responder la tecnología de membranas?

Los principales desafíos e importantes necesidades a los que debe responder la tecnología de membranas son:

• Desarrollo sostenible y cambio climático:
  • Nuevos materiales para separación de gases y aguas, especialmente funcionales y que venzan el principal problema de cualquier proceso de membrana, su ensuciamiento.
  • Nuevos procesos resistentes a los disolventes y de captación de CO2 para la descarbonización de la industria.
  • Infraestructuras verdes, remediación y acoplamiento en sensores de monitorización.
  • Aplicación en sistemas descentralizados de tratamiento de aguas, procesos industriales agroalimentarios, sistemas de generación de energía y cualquier otra industria que permita la extracción de compuestos de valor añadido y reducción del consumo de agua y huella hídrica.
  • Mejora de las oportunidades para reciclaje y reutilización de agua residual.
• Escasez y calidad del agua:
  • Nueva generación de membranas de ósmosis inversa.
  • Nueva generación de membranas de ósmosis directa.
  • Extensión a tratamientos a gran escala de aguas residuales, aguas grises, aguas pluviales para depuración y reutilización.
• Equilibrio de recursos:
  • Implementación en sistemas de distribución de agua.
  • Implementación en sistemas de transporte y sistemas de suministro de energía.
• Aplicaciones médicas y relacionadas con las ciencias de la salud:
  • Desarrollo para sistemas artificiales y extracorpóreos para hígado, pulmones o riñones y en hemodiálisis, y hemaféresis, entre otros.
  • Biotecnología blanca y roja a terreno industrial como ingeniería tisular o aplicaciones bioelectroquímicas.
  • Liberación controlada de compuestos activos.
• Energías renovables y conversión energética:
  • Nueva generación de celdas de combustible y electrolizadores.
  • Nuevos sistemas más eficientes de captación de CO2 y upgrading de biohidrógeno, biometano y biogás.

• Un ejemplo de cómo aplicar la tecnología de membranas englobada en el concepto de Economía Circular es el proyecto estratégico en cooperación GREEN BRINE, subvencionado por la Agencia Valenciana de la Innovación (AVI) en su convocatoria de 2021, que se centra en la valorización de salmueras procedentes del entamado y conservación de la aceituna de mesa mediante la aplicación del concepto de economía circular a través del uso de tecnologías sostenibles.

  Proyecto en el que estamos trabajando desde AINIA junto al INSTITUTO DE TECNOLOGÍA CERÁMICA (ITC-AICE) y ACEITUNAS CAZORLA y que persigue:

• Darle una segunda vida útil a dichas salmueras a través de la obtención de compuestos bioactivos que poseen un alto valor añadido
• Generar recursos de interés dentro de la industria
• Minimizar la materia orgánica dentro de dicha salmuera a través de su transformación en un vector energético, obteniendo así un agua depurada

• Es decir, este proyecto utiliza un residuo con hipersalinidad y alta carga orgánica para, aprovechándose de sus particulares propiedades, dotar de circularidad y recuperar todos los productos posibles de un residuo que, en un principio, no tendría mayor utilidad que la finalidad para la cual ha sido preparado y utilizado.

  Sin embargo, para poder sacar el máximo provecho a esta corriente considerada fuente de recursos, es necesaria la aplicación de tecnologías de membrana para obtener esos compuestos bioactivos, especialmente los compuestos fenólicos tanto de mayor como de menor tamaño, y para acondicionar convenientemente la corriente para su tratamiento a final de línea mediante procesos bioelectroquímicos donde las membranas también poseen un papel vital para su eficiencia y, por ende, la consecución de objetivos.