A captura de dióxido de carbono é uma aplicação em que a separação por membranas está cada vez mais a ser apresentada como uma abordagem viável e objeto de muitos esforços de investigação. A pesquisa de membranas para captura de dióxido de carbono concentra-se em duas estratégias, (i) membranas de separação de gás; e (ii) contatores de membrana gás-solvente.
A primeira estratégia utiliza um material que funcione como membrana, com afinidade para o CO₂ em relação a outros gases, geralmente um polímero não poroso, e que seletivamente separa o CO₂ do gás de alimentação com uma força directriz de pressão parcial através da membrana [10].
A segunda estratégia é uma abordagem híbrida que incorpora a absorção por um solvente tradicional como forma de captura de CO₂ [12], mas em que uma membrana separa ativamente as fases de gás e solvente de alimentação, proporcionando assim uma área para a transferência de massa. Esta estratégia permite uma maior transferência de massa por unidade de volume do que as colunas de solvente convencionais, além de evitar outros problemas hidrodinâmicos associados à operação da coluna.
As membranas de separação de gás são comercializadas para sweetening de gás natural e demonstraram ser viáveis para captura de carbono pré-combustão [13] (separação de CO₂ de gás de síntese a alta pressão), bem como para a captura de carbono pós-combustão [14,15] (separação de CO₂ do gás de combustão a baixa pressão). O desenvolvimento de membranas para captura de CO₂ tem sido um hotspot de pesquisa para tecnólogos de membranas, tanto para estratégias de separação gasosa como contatores gás-solvente. Novos polímeros vêm sendo continuamente sintetizados e testados [18], enquanto aditivos vêm sendo adicionados a esses polímeros para construir novas membranas de matriz mista que aumentam a permeabilidade e a seletividade ao CO₂ [19].
Novas técnicas de fabricação de fibras oca vêm sendo testadas para reduzir a espessura da camada de membrana ativa, mantendo a resistência mecânica da fibra para suportar condições de pressão. Novas configurações de processos de membrana também vêm sendo simuladas para validar a eficácia das membranas para captura de CO₂ [15]. No entanto, apesar de todas as investigações de laboratório em membranas para captura de CO₂ , houve pouca aceitação da tecnologia pela indústria, e a maioria desses esforços de pesquisa permanece em estágios muito inícal no caminho de comercialização da tecnologia.
(...) As membranas de separação de gases foram comercializadas pela primeira vez na década de 1980 para sweetening de gás natural com acetato de celulose e polímeros à base de poliimida [9]. Isso criou uma indústria muito bem-sucedida e, como tal, houve pouco incentivo da indústria para testar polímeros aprimorados desenvolvidos mais recentemente. Para membranas de contatores gás-solvente houve ainda menos incentivo da indústria para testes, porque apesar de ser uma tecnologia emergente não há exemplos comerciais atuais do processo. Isso é arcialmente prejudicado pela animosidade profissional entre os tecnólogos de solventes e membranas, os quais precisam colaborar para que a tecnologia de contator de membrana seja mais refinada.
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Fonte: Scholes, C.A. Pilot plants of membrane technology in industry: Challenges and key learnings. Front. Chem. Sci. Eng. 14, 305–316 (2020).