Las iniciativas de descarbonización brindan nuevas oportunidades de mercado para las membranas de separación de gases, informa IDTechEx

Jun 07, 2023

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06 de junio de 2023, 03:30 ET

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BOSTON, 6 de junio de 2023 /PRNewswire/ -- La descarbonización es el principal impulsor del mercado en todo el sector industrial. En cada hoja de ruta hay una combinación en evolución de soluciones que abarcan el espectro de preparación tecnológica, cada una con sus propios defensores y críticos. Dentro de estas estrategias, inevitablemente hay una amplia gama de puntos débiles científicos y de ingeniería. Uno de esos desafíos recurrentes es el de la separación eficiente de gases; IDTechEx pregunta: ¿Presenta esto una oportunidad de mercado para la tecnología de membranas?

El uso comercial de las membranas de separación de gases no es nuevo; la industria creció considerablemente desde la década de 1980 hasta principios de la década de 2000. Las membranas existentes no son adecuadas para todas las aplicaciones de separación de gases, pero en el caso de uso adecuado (incluidos los requisitos adecuados de materia prima, escala y pureza), pueden superar a otras técnicas de separación; esto ha dado como resultado que la industria crezca hasta convertirse en un mercado estable de tamaño modesto.

El mercado está entrando ahora en una nueva fase de crecimiento. Esto está impulsado por factores clave del mercado, principalmente aplicaciones de energía renovable y descarbonización, y avances tecnológicos que responden a esas necesidades. IDTechEx ha lanzado un nuevo informe de mercado, "Membranas de separación de gases 2023-2033"¸ que proporciona una hoja de ruta tecnológica crítica, un panorama empresarial y una perspectiva de mercado para esta industria en evolución.

Las ventajas y desventajas del uso de membranas poliméricas en comparación con otras técnicas de separación (p. ej., adsorción criogénica o por oscilación de presión) dependen de la aplicación, pero se centran predominantemente en el atractivo de las membranas como un proceso de menor energía y las limitaciones de su selectividad frente a la permeabilidad. compensación y vida útil en entornos del mundo real. Más allá de las membranas poliméricas existentes, existe una amplia gama de avances en investigación; muchos de los materiales más prometedores están comenzando a ganar algo de tracción comercial y también ayudarán a remodelar el panorama comercial.

Las membranas de separación de gases ya lograron la adopción comercial en múltiples aplicaciones, específicamente la producción de nitrógeno, la recuperación de hidrógeno, el tratamiento de gas natural y la recuperación de vapor. Aquí veremos tres grandes áreas potenciales: mejoramiento de biogás, captura de carbono e hidrógeno.

Mejora de biogás: las membranas están bien posicionadas para capitalizar este mercado en crecimiento

El biogás consiste en altas proporciones de metano y dióxido de carbono. Esto se usa principalmente directamente, pero un proceso cada vez más importante implica separar el CO2 (y eliminar los contaminantes) para producir metano suficientemente puro que pueda usarse en la infraestructura de gas natural. Este producto se denomina biometano o gas natural renovable (RNG). Esta no es la única ruta hacia el biometano, pero es la más común.

RNG no es una industria nueva, pero está preparada para un crecimiento significativo durante la próxima década. Hay impulsores gubernamentales, incluida la UE, que apunta a un aumento de la producción de biometano de más de 10 veces a 35 bcm para 2030, y la actividad industrial de las principales empresas, como Shell, BP, TotalEnergies y más. La mejora involucra una unidad de separación de CO2/CH4; varias soluciones son comerciales, pero las membranas ya se han utilizado y están ganando una cuota de mercado notable. Las soluciones son particularmente adecuadas para proyectos de gas digestor relativamente pequeños, pero no se limitan a esto con una amplia gama de instalaciones en todo el mundo. Hay materiales de membrana que buscan ingresar al mercado, pero en su mayor parte, esto se satisface con las membranas poliméricas de fibra hueca existentes como el único proceso de separación o como parte de un sistema híbrido, como junto con una unidad criogénica.

La combinación de un caso de uso probado, una cadena de suministro en crecimiento y un gran crecimiento del mercado hace que esta sea un área clave para las membranas de separación de gases durante la próxima década.

Captura de carbono: la separación por membrana no puede competir…. Por ahora

CCUS es una parte central de cada hoja de ruta de descarbonización industrial. En esencia, se trata de un desafío de separación, lo que plantea la cuestión de si se pueden utilizar membranas.

Las membranas ya se utilizan para procesos de separación en la industria del gas natural, pero no son la tecnología dominante. Este seguirá siendo un buen mercado para las membranas, y con el creciente mercado de FPSO y un enfoque en la utilización de CO2 para la recuperación mejorada de petróleo (EOR), es una parte importante del panorama de CCUS. Sin embargo, este artículo se centrará en la captura de carbono de fuente puntual posterior a la combustión.

La principal separación de gases en la captura de carbono poscombustión es CO2/N2. Existen múltiples consideraciones desafiantes, incluido que el gas de combustión generalmente se encuentra a presión atmosférica y con una concentración de CO2 relativamente baja. Esto hace que la captura rentable de CO2 sea muy difícil con las membranas existentes. La depuración de aminas es el proceso empleado con más frecuencia, pero existe una competencia cada vez mayor de soluciones alternativas de absorción química y física, así como de adsorción y procesos criogénicos.

Este panorama tecnológico hace que sea un desafío para las membranas poliméricas establecidas obtener una participación de mercado. Aún así, sin embargo, estamos viendo surgir algunos estudios piloto, como el de Lotte Chemical en Corea. En cambio, muchas empresas están recurriendo a materiales de membrana emergentes o procesos híbridos. Las membranas compuestas de polímeros, incluidas las membranas de compuestos de película delgada (TFC) y las membranas de matriz mixta (MMM), han recibido una gran cantidad de interés de investigación, la primera particularmente predominante debido a la mejora de la permeabilidad liderada por empresas como MTR. También hay membranas que ofrecen mecanismos de transporte alternativos, incluidos los portadores de sitio fijo (FSC) basados ​​en polímeros y las membranas inorgánicas de doble fase. Los procesos híbridos podrían implicar un sistema de membrana completamente integrado, como en los contactores de membrana, o junto con otro proceso de separación.

Muchos de estos proyectos permanecen a escala de laboratorio, y algunos progresan a estudios piloto más notables. Todavía hay muchas incógnitas en lo que respecta a la viabilidad técnica y económica en un despliegue a gran escala y un panorama competitivo en constante evolución. Si se ve algún éxito notable, IDTechEx espera que sea a largo plazo.

Hidrógeno: luchando por separar las verdaderas oportunidades de los callejones sin salida

La escala del papel del hidrógeno en un futuro de cero emisiones netas se debate ampliamente. Los defensores prevén una extensa infraestructura de hidrógeno verde. Mientras tanto, los críticos señalan acertadamente que tanto el mercado actual del hidrógeno debe limpiarse antes de emprender grandes planes como los desafíos que rodean el transporte y los casos de uso del hidrógeno más allá de los sectores particularmente difíciles de reducir. Comprender esto es esencial para evaluar el potencial del mercado. Sin embargo, a lo largo del análisis de IDTechEx, muchos jugadores de membranas de separación de gases citan las aplicaciones de hidrógeno como un mercado objetivo clave.

Hay 4 casos de uso principales para las membranas de separación de gases en la industria del hidrógeno: recuperación, producción y transporte por tubería o transportador. Las membranas ya se utilizan en la recuperación de gas hidrógeno, por ejemplo, gas de purga de amoníaco. Estos se pueden mejorar y ampliar, pero es probable que no cambien drásticamente. El papel en la producción de hidrógeno se centra principalmente en el hidrógeno azul (producción a partir de combustibles fósiles combinada con la captura de carbono). Este, por tanto, tiene una perspectiva similar a la del apartado anterior. Hay desarrollos materiales para el hidrógeno azul, incluidas las membranas basadas en PBI, pero los más destacados son los enfoques híbridos; Air Liquide lo ve más claramente en sus instalaciones de Port-Jérôme.

En cuanto al transporte, el papel de la membrana propuesta es la separación de gases en el punto de uso. Esto podría ser mejorar el hidrógeno al final de una tubería dedicada, eliminar la mezcla del gas natural para permitir el uso de esa red existente o recuperar el hidrógeno de un portador (p. ej., después del craqueo de amoníaco). El desafío en todos estos casos de uso es que si se va a interconectar con una celda de combustible PEM (la tecnología dominante), deberá ser de muy alta pureza, algo que las membranas poliméricas tradicionales no pueden lograr. Esto nuevamente significa que la industria necesita buscar procesos híbridos, como el trabajo entre Evonik y Linde, o membranas alternativas con alta selectividad. Los materiales alternativos más notables son las membranas a base de paladio. Estos se conocen desde hace mucho tiempo y tienen múltiples desafíos, pero continúan progresando y alcanzando etapas avanzadas de pruebas comerciales tanto para el transporte como para la producción de hidrógeno.

IDTechEx tiene una larga historia de proporcionar análisis de mercado técnico imparcial sobre materiales avanzados y aplicaciones de descarbonización. "Gas Separation Membranes 2023-2033" brinda claridad sobre este mercado en evolución con pronósticos clave del mercado, hojas de ruta tecnológicas y perfiles de jugadores.

Para obtener más información sobre este informe de IDTechEx, incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/GasSepMem.

Para obtener más información sobre temas relacionados, consulte los informes de mercado de IDTechEx "Producción y mercados de hidrógeno azul 2023-2033: tecnologías, pronósticos, jugadores" y "Mercados de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) 2023-2043".

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