Com o crescimento populacional e desenvolvimento tecnológico, nota-se uma contínua expansão do consumo energético. Com isso, aumentam os investimentos necessários para a construção de usinas, o impacto que causam ao meio ambiente e também a possibilidade de esgotamento de recursos naturais.
Atualmente existem alguns processos industriais que ainda são utilizados apesar de seus grandes consumos energéticos, já que não existem alternativas melhores. Uma das formas de controlar o consumo sem comprometimento da qualidade de vida e da economia é, portanto, por meio da implementação de processos industriais mais eficientes.
Abaixo, vemos alguns exemplos de processos de separação de substâncias para os quais há grande potencial de desenvolvimento e otimização, principalmente na área de filtros, membranas e meios absorventes.
1. Alcenos de alcanos
A produção de alguns polímeros e compostos químicos demanda o uso de alcenos. Esses hidrocarbonetos, tais como o etano e o propeno, apresentam uma produção anual superior a 200 milhões de toneladas.
Normalmente alcenos e alcanos, por apresentarem pesos moleculares parecidos, encontram-se juntos na forma de uma mistura gasosa. A separação do eteno a partir do etano, por exemplo, tipicamente requer destilação criogênica de alta pressão, que demanda grande quantidade de energia.
Técnicas de separação híbridas que usem uma combinação de membranas (filtros muito finos) e de destilação poderiam reduzir o uso de energia por um fator de dois ou três. No entanto, podem ser necessários volumes imensos de materiais para filtragem, chegando a até um milhão de metros quadrados de membrana para uma única indústria química.
Para esse tipo de aplicação, membranas produzidas a partir de nanotubos de carbono parecem ser bastante promissoras. Contudo, ainda não são produzidas em escala industrial.
2. Contaminantes-traço da água
Algumas regiões do mundo já dependem de processos de dessalinização para satisfazer suas necessidades de água potável. Esse é um processo intensivo em energia e em valor financeiro, tanto para a variante em que utiliza-se membrana como para aquela feita a partir de destilação. O desenvolvimento de membranas mais produtivas e mais resistentes a incrustações poderia reduzir os custos associados.
3. Separar derivados do benzeno
O benzeno e seus derivados são essenciais para a produção de muitos polímeros, fibras, solventes e aditivos de combustível. Hoje estas moléculas são separadas usando colunas de destilação com o uso de uma energia anual combinada de cerca de 50 gigawatts. Avanços em membranas ou meios absorventes poderiam reduzir significativamente o gasto de energia.
4. Metais de terras raras a partir de minérios
Elementos das terras raras são utilizados em ímãs, catalisadores e em LEDs, entre muitas outras aplicações de alta tecnologia. Embora esses materiais não sejam realmente raros em termos de disponibilidade no planeta, são de difícil obtenção devido a sua ocorrência em quantidades muito pequenas. Assim, são separados atualmente a partir de minérios com baixa concentração, utilizando processos mecânicos e químicos complexos. Qualquer ideia para otimização das técnicas de separação atuais será bem-vinda.
5. Urânio da água do mar
A energia nuclear poderia fornecer eletricidade adicional para o planeta, entretanto as reservas de urânio do mundo são limitadas. Uma grande fonte de urânio pouco utilizada, porém, são os oceanos. Há mais de quatro bilhões de toneladas do elemento dissolvidas nas águas salgadas do planeta, mas a separação do urânio do meio líquido é complicada pela presença de metais como o vanádio e o cobalto, que são capturados juntamente com o este por meio das tecnologias existentes.
Processos para obtenção de urânio a partir da água do mar têm sido demonstrados em pequena escala, mas eles precisam ser melhorados antes que possam fazer uma contribuição substancial para a expansão da energia nuclear. Trata-se de mais uma área em que ainda há grande potencial de desenvolvimento.
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