Tendências BEQ (2024.2): tecnologia de plasma frio - Popularidade a nível mundial, patentes, investigação, e perspetivas de mercado

Nesta publicação faz-se um ponto de situação (à data de Abril de 2024) aos progressos observáveis no tema da tecnologia de plasma frio.

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O plasma é frequentemente referido como o quarto estado da matéria, de acordo com um esquema que expressa um aumento no nível de energia do sólido para o líquido, deste para o gasoso e, finalmente, para um estado ionizado de plasma gasoso, que exibe propriedades únicas. (...) Assim, qualquer fonte de energia que possa ionizar um gás pode ser empregada para a geração de plasma. 

O plasma é composto por várias espécies atómicas, moleculares, iónicas e radicais excitados, coexistindo com numerosas espécies reativas, incluindo eletrões, iões positivos e negativos, radicais livres, átomos de gás, moléculas no estado fundamental ou excitado e "quanta" de radião eletromagnética (fotões UV e luz visível). As cargas elétricas livres – eletrões e iões – tornam o plasma eletricamente condutor, internamente interativo e fortemente responsivo a campos eletromagnéticos (Fridman, 2008). A maioria das espécies químicas ativas de plasma são frequentemente caracterizadas por uma ação antimicrobiana muito eficiente.

Utilizações de plasma não térmico (i.e.: quase-equilíbrio e não-equilíbrio) 

em várias áreas de ciência e tecnologia.  

Os plasmas podem ser subdivididos em plasma de equilíbrio (térmico) e plasma de não equilíbrio (baixa temperatura). Se um gás for aquecido a uma temperatura suficientemente elevada (tipicamente na ordem de 20000 K) para alcançar a ionização do gás, tal plasma será referido como "plasma térmico". No plasma térmico, todas as espécies químicas constituintes, eletrões e iões existem em equilíbrio termodinâmico. 

O plasma de baixa temperatura pode ser ainda ramificado em plasma de quase-equilíbrio (tipicamente 100-150°C) e plasma de não-equilíbrio (<60°C). No primeiro tipo, existe um equilíbrio termodinâmico local entre as espécies, enquanto no segundo, o arrefecimento de iões e moléculas sem carga é mais eficaz do que a transferência de energia dos eletrões, e o gás permanece a baixa temperatura; por esta razão, o plasma fora do equilíbrio também é chamado de NTP ou plasma frio (cold plasma). Plasmas de não-equilíbrio são normalmente obtidos por meio de descargas elétricas em gases. Nos domínios da física e da engenharia, os descritores de plasmas frios podem operar em temperaturas de centenas ou milhares de graus acima da temperatura ambiente. Consequentemente, o termo "plasma frio" é empregado para distinguir descargas de plasma de uma atmosfera, próximas à temperatura ambiente, de outros NTPs.

Fonte e Crédito de Imagem: NN Misra, Oliver Schlüter, PJ Cullen, Cold Plasma in Food and Agriculture: Fundamentals and Applications. (2016). Países Baixos: Elsevier Science.

Popularidade a nível mundial

De acordo com o portal Trends da Google, o termo cold plasma encontra-se com tendência de interesse crescente desde 2004, tendo fechado 2023 entre 50 e 75 pontos relativos de interesse. Dois picos máximos de interesse foram registados em janeiro de 2015 e março de 2019.

Do ponto de vista geográfico, a maior foco interesse situa-se nos Estados Unidos da América (100, máximo da escala de interesse), seguindo-se Estónia, Hungria e Porto Rico (todos com 60 pontos). O top 5 termina com a Irlanda (com 40 pontos). A título de curiosidade, Portugal e Brasil exibem interesse nulo (<1 pontos), e os resultados não melhoram caso a pesquisa seja feita em língua portuguesa (plasma frio).

Popularidade global do tema de plasma frio segundo o Google Trends.

Popularidade em investigação

A investigação em plasma frio evoluiu a ritmo lento entre 2000 e 2018, tendo disparado nos anos seguintes. No ano de 2023 foram publicadas 752 novas publicações no tema, o máximo de todo o período temporal considerado. A literatura científica é composta por 5462 artigos científicos (regulares e de revisão).

Organizando todas as publicações em termos de grandes áreas científicas observa-se que o tema é dominado pela área de Física e Astronomia de forma destacada (2795 publicações), seguida pelas áreas de Ciências Agrícolas e Biológicas (1668) e de Ciência de Materiais (1600). A quarta posição pertence à área de Ciências da Terra e Planetária (1222), seguindo-se Química (1120). Por curiosidade, a área de Engenharia Química surge em sétimo lugar com 805 publicações.

Popularidade em patentes

Os dados mundiais de patentes disponibilizados pelo serviço Google Patentes - organizados por triénios - mostram que desde 2001-2004 as patentes no tema de plasma frio têm vindo a aumentar, disparando a partir de 2013-2016 (na figura abaixo, quarta barra da direita para a esquerda).

Observa-se uma considerável dispersão de proprietários. Os sete maiores proprietários individuais abrangem 10% das patentes. São eles:

• Dalian University of Technology | 2.7%
• Xi'an Jiaotong University | 2.2%
• Plasmology4, Inc. | 1.8%
• Jerome Canady Research Institute for Advanced Biological and Technological Sciences | 1.6%
• Tsinghua University | 1.4%
• L'oreal | 1%
• Dalian University | 1 %

Do conjunto de maiores proprietários, é de sublinhar a presença de 4 instituições académicas chinesas (Dalian University of Technology; Xi'an Jiaotong University; Tsinghua University; e Dalian University). Apenas 2 empresas constam entre os maiores proprietários individuais: a norte-americana do setor da saúde Plasmology4, Inc; e a gigante francesa da cosmética L'oreal.

Imagem: Patente detida pela L'oreal, US11517639B2

Perspetivas de mercado

O mercado global de plasma frio em termos de receita foi estimado em US$ 1,6 mil milhões em 2021 e deve atingir US$ 3,3 mil milhões até 2026, crescendo a uma taxa CAGR de 15,0% entre 2021 e 2026.

A tecnologia de plasma frio tem diversas aplicações em diversos setores. Este método de processamento possui muitas vantagens, como baixo consumo de água e energia, dano mínimo às fibras, inflamabilidade reduzida, baixo consumo de produtos químicos, melhor molhabilidade, baixo custo e natureza amigável ao trabalhador. Além disso, as tecnologias de plasma frio não exigem armazenamento no local de produtos químicos ou grandes volumes de água de processamento, seja para implementação ou no enxágue pós-tratamento. Seus benefícios, em comparação com as alternativas atualmente utilizadas nas indústrias de aplicação, serviram para impulsionar a adoção de técnicas de plasma frio.

Atualmente, apenas um pequeno número de participantes emergentes opera no mercado de plasma frio. Como resultado, esta tecnologia testemunhou uma comercialização limitada na última década. As aplicações bem-sucedidas do plasma frio foram limitadas a alguns setores. Também não está facilmente disponível devido ao baixo número de unidades de produção de produtos relacionados ao plasma frio em todo o mundo. A falta de conhecimento do plasma frio também serviu para inibir uma maior adoção desta tecnologia. Como resultado, pode-se supor que, até que sejam resolvidos, estes fatores – comercialização limitada e baixa consciencialização – representam um grande desafio ao crescimento do mercado.

Dentro da indústria médica, o mercado é segmentado em cicatrização de feridas, odontologia, oncologia, coagulação sanguínea, entre outras aplicações. Projeta-se que o segmento de cicatrização de feridas cresça na maior taxa de crescimento durante o período de previsão, impulsionado pelas vantagens do tratamento com plasma frio, juntamente com seus efeitos colaterais mínimos, tornando-o mais viável em relação aos métodos convencionais

Com base no regime de operação, o mercado é classificado amplamente em plasma frio atmosférico e plasma de baixa pressão. Estima-se que o plasma frio de baixa pressão detenha a maior parte do mercado em 2019 e também deverá crescer na taxa mais alta durante o período de previsão

Os players proeminentes no mercado global de plasma frio são:

•  Apyx Medical Corporation (EUA)
• Nordson Corporation (EUA), 
• Adtec Plasma Technology Ltd  (Japão), 
• P2i  (Reino Unido), 
• Relyon Plasma GmbH (Alemanha), 
• Henniker Plasma (Reino Unido), 
• Enercon Industries (EUA), 
• AcXys Plasma Technologies (França), 
• Plasmatreat (Alemanha), 
• Tantec A/S (Dinamarca), 
• Europlasma (Bélgica), 
• Thierry Corporation (Alemanha), 
• Surfx Technologies, LLC (EUA), 
• SOFTAL Corona & Plasma (Alemanha), 
• Coating Plasma Innovation (França), 
• Ferrarini & Benelli (Itália), 
• Neoplas GmbH (Alemanha), 
• terraplasma GmbH (Alemanha), 
• Molecular Plasma Group (Alemanha), 
• CINOGY GmbH (Alemanha), 
• Advanced Plasma Solutions (EUA), 
• UNIQAIR Technologies (EUA), 
• PlasmaLeap Technologies (Austrália), 
• US Medical Innovations (EUA)
• COMET Plasma Control Technologies (EUA)

Fonte: Markets and Markets