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Sarà ZLD essere il Salvatore del Forward osmosi?

Mentre l'aumento dei brevetti indica potenziali applicazioni di osmosi diretta (FO) che possono generare opportunità per nuovi prodotti FO, un nuovo Blue Insight Research Insight Report esplora i motivi per cui la FO rimane una tecnologia di nicchia. Il CEO di BlueTech Research Paul O'Callaghan e l'autore del rapporto Dr Graeme Pearce, membro del gruppo di valutazione delle tecnologie ambientali O2, presentano i punti salienti del rapporto.

La tecnologia di osmosi avanzata ha progredito costantemente negli ultimi anni verso un certo numero di mercati di nicchia, ma deve affrontare sfide difficili sulla strada della commercializzazione.

Dopo diversi decenni di modesto assorbimento, l'osmosi inversa è diventata pienamente matura negli ultimi anni 15 ed è ora ampiamente adottata. Diversi produttori di membrane affermati hanno prodotti quasi identici in termini di dimensioni e prestazioni.

Al contrario, la FO fino ad oggi è stata principalmente il dominio di giocatori più piccoli, spesso dotati di venture capital, come Trevi, Oasys, Modern Water, Porifera e Hydration Technologies Inc.
I giocatori più grandi nel settore delle membrane hanno guardato per lo più da bordo campo. Dow, Toray e Hydranautics, tutti leader nelle membrane RO, sono visibilmente assenti dal mondo FO.

Uno studio recentemente completato da BlueTech Research esplora la ragione della loro assenza. In che modo queste grandi aziende vedono FO? Lo vedono come "giocare nella sabbia" o una tecnologia con un potenziale reale? Gli incumbent in qualsiasi settore, anche quelli reali del RO, sono generalmente focalizzati sul sostegno dell'innovazione, limitando l'innovazione discontinua o dirompente ai nuovi entranti nel business.

L'indagine BlueTech ha anche esplorato lo status quo in questo settore della tecnologia, in particolare interessato a quali applicazioni in cui la FO potrebbe avere senso e se sarà di nicchia o alla fine influenzerà il mercato mainstream?

Gli autori di questo rapporto hanno intervistato importanti figure di membrana e aziende innovative attive nel settore idrico. Inoltre, hanno completato una revisione della letteratura sui documenti esistenti e un'analisi del panorama dei brevetti.

Ci sono molte varianti di FO a seconda dell'obiettivo della separazione e, di conseguenza, ci sono più termini usati per questo: osmosi diretta, diluizione osmotica, concentrazione, ma qui verrà usato il termine generico (acronimo) FO.

Commercializzazione in fase iniziale
Nonostante anni di sviluppo, la tecnologia è stata considerata solo di recente per lo sviluppo commerciale e l'adozione è ancora agli inizi. La tecnologia è ancora in gran parte in fase pilota o dimostrativa e, in termini di adozione del mercato, è nel dominio degli innovatori.

Tuttavia, una revisione dei recenti documenti della conferenza mostra che l'interesse per la FO è ora acuto; molti studi accademici e nuovi fornitori di membrane e sistemi ora garantiscono più sessioni di conferenza su questa tecnologia.

Ad esempio, Steve Gluck, collega con la società statunitense Dow Water & Process Technologies, guiderà una sessione sulla tecnologia FO alla fiera e conferenza tecnica della Federazione 2015 Water Environment (WEFTEC). Peter Nicoll di Modern Water ha co-presieduto una sessione su FO al congresso mondiale della International Desalination Association agli inizi di settembre 2015.

Quest'ultima sessione ha mostrato le possibili vie da seguire per la FO, poiché cerca di trovare nicchie nell'industria dell'acqua e delle acque reflue. Questi di solito comportano la combinazione con altre tecnologie per perfezionare ulteriormente il rifiuto del processo esistente o per affrontare l'acqua dei rifiuti più difficile. Nelle sessioni IDA, i giornali coprivano FO con RO, ultrafiltrazione, distillazione multieffetto e bioreattori a membrana. Molti di questi sviluppi sono guidati dalla ricerca della riduzione dei volumi di salamoia e potenzialmente per lo scarico a liquido zero (ZLD).
Quindi quali sono le sfide affrontate da FO nel suo sforzo di commercializzazione? In primo luogo, vi è il problema del fouling delle membrane.

Incrostazioni a membrana e FO
Nel RO e nella filtrazione a membrana, il lato di alimentazione della membrana deve affrontare una sfida di incrostazione, mentre il lato opposto è solo in contatto con il prodotto filtrato del permeato. Anche se il flusso è invertito, ad esempio, in un processo di controlavaggio, il flusso purificato non ha potenziale di incrostazione.

In FO, la sporcizia si verifica su entrambi i lati della membrana a causa della possibilità di particelle e altri contaminanti sul lato di alimentazione, e la soluzione di estrazione altamente concentrata sul lato permeato. Questa situazione può causare la polarizzazione della concentrazione. Diverse soluzioni sono state utilizzate per migliorare le incrostazioni di membrana, ma nessuna è universalmente accettata e i primi prodotti commerciali hanno utilizzato membrane e strutture chimiche molto diverse.

Per alcune applicazioni FO, l'incrostazione lato alimentazione può rappresentare la sfida maggiore, mentre, per altri, a seconda dell'obiettivo del trattamento, la sfida maggiore può essere sul lato del permeato. Attualmente, la maggior parte dei prodotti commerciali si basa sul concetto di avvolgimento a spirale utilizzato in RO, ma ci sono anche prodotti basati su design di lastre e cornici e fibre cave.

Questa diversità sottolinea il fatto che non esiste una via universalmente accettata per superare la sfida tecnica, un aspetto che la relazione analizza in dettaglio.

Aumentare i brevetti da diverse fonti
È interessante vedere alcuni dei giocatori che detengono posizioni IP significative, in termini di numero di brevetti, relativi a FO. La figura 1 indica un aumento costante del numero di documenti di ricerca pubblicati nell'area di FO negli ultimi cinque anni, con un aumento di 60% tra 2012 e 2013.

La figura 2 illustra gli aumenti annuali costanti del numero di brevetti di osmosi diretta concessi tra 2009 e 2014. Questo è certamente un indizio del potenziale di generazione di IP in questo settore e che le università e le aziende private vedono valore nella costruzione di posizioni IP in questo settore.

I brevetti provengono da una gamma molto diversificata di fonti, tra cui Oasys (7%), Yale University (7%), National University of Singapore (7%) e University of Reno Nevada.

Mancato superamento degli ostacoli
FO è una tecnologia promettente, ma presenta una serie difficile di ostacoli tecnici e finora non ha avuto un impatto commerciale significativo. Tuttavia, il recente interesse è cresciuto notevolmente sia dal mondo accademico che da diverse società specializzate e sono stati compiuti buoni progressi nell'affrontare le sfide. Attualmente sono in fase di sviluppo numerose nicchie applicative interessanti che potrebbero rappresentare un'opportunità ideale per diverse offerte di prodotti da fornitori specializzati.

La ricerca di BlueTech ha fornito una guida completa su dove si trova la tecnologia nell'odierna industria dell'acqua e delle acque reflue e dove potrebbe andare da qui.

Process Industry Informer

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