En la Conferencia Nacional de Premios de Ciencia y Tecnología, celebrada en junio de este año, se premiaron tres proyectos relacionados con la separación por membranas. La tecnología de separación por membranas tiene una amplia gama de aplicaciones, y en el artículo anterior... (publicado la semana pasada)Exploramos su papel en el tratamiento de agua y la purificación de gases. En esta continuación, profundizaremos en sus aplicaciones en otras áreas y en el futuro de esta innovadora tecnología.
Separación por membranas en procesos biológicos, medicina y atención sanitaria
Una de las características destacadas de la separación por membrana es que no requiere ácidos, álcalis, disolventes orgánicos ni calor. Esto evita la acumulación de residuos químicos y protege los componentes sensibles de daños, lo que la convierte en una solución muy eficaz para la separación biológica. Como resultado, la tecnología de membranas se ha utilizado ampliamente para aumentar la seguridad y la eficiencia de los productos biológicos.
Revolucionando la producción de azúcar
Tomemos como ejemplo la producción de sacarosa. Los métodos tradicionales, como los procesos de carbonatación o sulfito, suelen dejar residuos indeseables, como el dióxido de azufre, y generan importantes residuos. Pero la tecnología de membranas está cambiando esta situación. En 2019, tras cinco años de investigación, un equipo dirigido por Wan Yinhua y Luo Jianquan, de la Academia China de Ciencias, colaboró con socios de la industria para producir el primer lote de azúcar del mundo mediante separación por membranas.
Este avance trajo consigo mejoras notables. El nuevo proceso redujo los costos en 100 yuanes por tonelada de azúcar, ahorró un 20 % de energía y aumentó el rendimiento de azúcar por tonelada de caña en un 20 %. Lo más impresionante es que logró el vertido cero de residuos. Esto no solo redujo costos y aumentó las ganancias, sino que también mejoró drásticamente el impacto ambiental de la producción de azúcar. El éxito de este proyecto ha llevado a su adopción en fábricas de azúcar de las provincias de Guangdong, Guangxi y Yunnan, abriendo un nuevo camino para la industria azucarera.
Tecnología de membranas en productos biofarmacéuticos
Más allá del azúcar, la separación por membranas está ganando terreno en la industria biofarmacéutica. Ofrece ventajas únicas para separar, concentrar y purificar moléculas biológicas como las proteínas, así como para la esterilización y la filtración de virus durante la producción de fármacos.
Durante la pandemia de COVID-19, la demanda de vacunas, anticuerpos y hemoderivados se disparó. Si bien existen numerosos métodos para separar y purificar fármacos biológicos, la tecnología de membranas desempeña un papel fundamental en casi todas las etapas del proceso. En las etapas iniciales, las membranas garantizaron la seguridad y la estabilidad de los cultivos celulares. En cambio, en las etapas posteriores, se utilizaron para la filtración, la eliminación de virus y la purificación, mejorando así la seguridad y la eficiencia de la producción de fármacos.
Hangzhou Cobetter Filtration Equipment Co., Ltd., líder en tecnología de membranas, lleva mucho tiempo a la vanguardia en este campo, ofreciendo soluciones integrales de membranas para la producción de vacunas, hemoderivados y otros productos biofarmacéuticos. Sus membranas de filtración de virus, cruciales para garantizar la seguridad de estos productos, han adquirido una importancia cada vez mayor.
Rompiendo monopolios en tecnología de filtración de virus
Antes de 2021, empresas extranjeras como AsahiKasei Bioprocess, Millipore y Sartorius monopolizaban la tecnología de membranas de filtración de virus. Esta dependencia se volvió especialmente preocupante durante la pandemia de COVID-19, cuando las interrupciones en la cadena de suministro representaron una gran amenaza. Sin embargo, en 2021, Cobetter lanzó con éxito su membrana de filtración de virus, ViruClear VF, rompiendo este monopolio. Otras empresas chinas, como Hangzhou Jiuling Technology y Saipu, han seguido el ejemplo desde entonces, impulsando aún más las capacidades nacionales en este campo crítico.
Sistemas ECMO que salvan vidas
La tecnología de membrana también es un componente clave en dispositivos médicos que salvan vidas, como el sistema de oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO). El ECMO, que proporciona apoyo crucial a pacientes con insuficiencia respiratoria grave, ha sido vital durante la pandemia de COVID-19. Antes de 2023, el mercado estaba dominado por marcas extranjeras como Maquet, Medtronic y Sorin. Sin embargo, en enero de 2023, Shenzhen Hannuo Medical Technology Co., Ltd. recibió la aprobación para el primer dispositivo ECMO de producción nacional, lo que marcó un hito significativo para China.
En los sistemas ECMO, la membrana de oxigenación sustituye la función pulmonar suministrando oxígeno a la sangre y eliminando el dióxido de carbono. Estas membranas deben ser altamente eficientes y fiables, con una estructura única que garantice la seguridad. Durante años, la producción de estas membranas especializadas, fabricadas a partir de poli-4-metil-1-penteno (PMP), estuvo monopolizada por 3M. Sin embargo, en China se están realizando esfuerzos para acabar también con esta dependencia.
Innovaciones del profesor Wang Xiaolin y el investigador asociado Lin Yakai en membranas de oxigenación
El profesor Wang Xiaolin y el investigador asociado Lin Yakai, del Centro de Investigación Conjunta de Materiales de Membrana Médica del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Tsinghua, en colaboración con la sucursal Yanshan de Beijing de Sinopec, han logrado avances significativos en la tecnología de membranas.
Su equipo desarrolló un método semiempírico para el cribado de diluyentes, lo que ha resultado en una forma más eficiente de producir membranas de poli-4-metil-1-penteno (PMP). Estas membranas presentan una estructura esponjosa que ofrece una permeabilidad al nitrógeno superior y un rendimiento antifugas superior al de las membranas PMP comerciales. Esta innovación condujo a la primera patente autorizada de China en este campo especializado, rompiendo el monopolio de larga data de 3M en Estados Unidos.
Sin embargo, dado que las resinas de PMP aún se importan, el equipo exploró alternativas. Experimentaron con polipropileno (PP), un material local más económico y con mejor permeabilidad a los gases, para crear membranas de oxigenación de fibra hueca. Mediante un método de separación de fases compuesto, lograron producir una membrana de PP con poros en gradiente y una capa exterior densa, con un rendimiento similar al de las membranas de PMP. El Centro Común de Investigación trabaja activamente en la producción nacional de resinas de PMP y PP, y avanza a paso firme hacia la localización.
Cerrando la brecha en la tecnología de membranas
Si bien China ha logrado avances significativos en la separación por membranas, en particular en el desarrollo y la producción de materiales de gama media y baja, persiste una clara brecha entre China y los líderes mundiales en tecnología de membranas de alta gama. Aún quedan varios desafíos por abordar en áreas como la investigación y el desarrollo, los procesos de producción y la diversificación del mercado.
Las membranas de alta gama requieren una precisión de separación superior, propiedades antiincrustantes y estabilidad a largo plazo en condiciones exigentes, como entornos químicos, térmicos y mecánicos. Muchos productos nacionales aún no cumplen con los estándares internacionales. Además, los equipos de producción de membranas de China presentan deficiencias en eficiencia, precisión y consistencia en comparación con sus homólogos globales avanzados.
Las empresas extranjeras, con décadas de experiencia técnica y un excelente servicio posventa, han consolidado una sólida confianza y fidelidad entre sus clientes. Como resultado, las membranas nacionales se utilizan principalmente en campos como el tratamiento de aguas industriales y aguas residuales, mientras que su cuota de mercado en el sector de alta gama sigue siendo limitada.
Sobrecapacidad en materiales de gama baja, déficit en materiales de gama alta
Al igual que otras industrias, China se enfrenta a un exceso de capacidad de materiales de membrana de gama baja, pero aún no ha logrado la producción nacional de alternativas de alta gama. Este desequilibrio se debe principalmente a la desconexión entre la educación, la investigación y la producción industrial.
En el ámbito educativo, el sistema de conocimiento no ha evolucionado con la suficiente rapidez para satisfacer las demandas de la industria. A pesar del creciente interés en la tecnología de separación por membranas, su presencia en los planes de estudio de grado aún es limitada. La mayoría de las universidades solo ofrecen asignaturas optativas, lo que deja a los estudiantes con una base débil en este campo crucial. Sin embargo, hay indicios de progreso: la Universidad de Fuzhou inauguró la primera Facultad de Tecnología de Membranas del país en marzo de 2024, un paso hacia la subsanación de esta deficiencia educativa.
En el ámbito de la investigación, es necesario poner mayor énfasis en las aplicaciones prácticas. Si bien se han logrado avances gracias a las políticas orientadas a reorientar las prioridades de investigación, gran parte del enfoque sigue estando centrado en la publicación de artículos científicos en lugar de en la resolución de problemas reales. La transformación comercial de la investigación sigue siendo lenta.
En la producción, la falta de procesos estandarizados y control de calidad es un problema persistente. Los productos nacionales suelen presentar una calidad inconsistente debido al insuficiente cumplimiento de las normas internacionales y al uso limitado de la automatización y las tecnologías de fabricación inteligente. Mejorar estas áreas mejoraría la consistencia del producto y cumpliría con las demandas de las aplicaciones de alta gama. Mediante la implementación de monitorización en tiempo real, controles de producción automatizados y optimizaciones de procesos basadas en datos, los fabricantes pueden aumentar la eficiencia y reducir los costos.
Camino a seguir: fortalecer la colaboración y centrarse en las aplicaciones
Para superar estos desafíos, es esencial mejorar la coordinación entre la educación, la investigación y la industria, fomentando al mismo tiempo la investigación aplicada y con visión de futuro.
Enfoque en la investigación aplicada. Si bien el desarrollo de nuevos materiales de membrana es vital, también es necesario optimizar la aplicación práctica de las tecnologías de membrana. Mejorar el rendimiento de los componentes de membrana, perfeccionar los procesos de membrana y explorar nuevas aplicaciones producirá resultados más inmediatos. Estos esfuerzos podrían abrir camino a usos más prácticos de la tecnología de membrana, más allá de las innovaciones en materiales.
Invertir en investigación con visión de futuro. China debe ir más allá de seguir los pasos de los líderes mundiales y centrarse en superar las tecnologías críticas que constituyen un cuello de botella. La investigación actual a menudo carece de innovaciones revolucionarias o disruptivas. Para mantener la competitividad global y evitar verse limitada por tecnologías extranjeras, China debe priorizar la colaboración interdisciplinaria y las innovaciones originales que expandan los límites de los materiales, procesos y aplicaciones de las membranas.
Al priorizar la investigación aplicada y orientada al futuro, China puede mantener la autonomía tecnológica y aumentar su presencia en el mercado global de membranas.
