Resumo
A escassez de água é um problema que afeta a humanidade há décadas e, nos últimos anos, tem se agravado ainda mais com o aquecimento global, crescimento demográfico e secas recordes, de modo que os processos de dessalinização passaram a ser vistos como importantes alternativas para a produção de água potável. Os processos de dessalinização que utilizam membranas poliméricas apresentam vantagens em comparação com os processos térmicos, principalmente, em relação ao consumo de energia, motivo pelo qual a tecnologia de osmose inversa está sendo cada vez mais difundida ao redor do mundo. Entre os diferentes polímeros utilizados na preparação de membranas de dessalinização, a poliamida e a polissulfona são algumasdas mais citadas devido, as características como boas propriedades mecânicas, biocompatibilidade e alto fluxo. O presente artigo analisa a balança comercial brasileira dos polímeros poliamida e polissulfona, utilizando dados de importação e exportação disponíveis no Sistema Alice Web, do Ministério do Desenvolvimento da Indústria e Comércio Exterior. Como resultado, observou-se que a balança comercial de ambos materiais foi deficitária no período de 2014-2016, mostrando a necessidade de investimentos para tornar o país mais competitivo na produção de membranas de osmose inversa, além de tornar o processo economicamente, possibilitando a expansão do uso no Brasil.
Introdução
A demanda por água potável vem aumentando, em todo mundo, ao mesmo tempo em que a disponibilidade dos recursos hídricos vem diminuindo. Em 2014, o Brasil começou a apresentar os primeiros fortes indícios daquilo que pode ser a maior crise hídrica de sua história. Com um problema grave de seca e também de gestão dos recursos naturais, o país vem apresentando níveis baixos em seus reservatórios em épocas do ano em que eles costumam estar bem mais cheios.
Com a oferta de água correndo o risco de entrar numa crise profunda, os processos de dessalinização passaram a ser vistos como uma importante alternativa para a produção de água potável. Atualmente, alguns países e cidades estão se abastecendo totalmente de água doce extraída da água salgada do mar que, embora ainda a custos elevados, se apresenta como a única alternativa.
A dessalinização pode se dar de diversas formas, incluindo processos térmicos e processos por membranas. Os processos térmicos são baseados na mudança de estado da água e os processos de membranas são baseados na capacidade dessas membranas separarem, seletivamente, os sais da água (ROSA, 2013). Na dessalinização de águas salobras e salgadas, os processos por membrana apresentam vantagens em comparação com os processos térmicos de dessalinização, quanto ao consumo de energia, pois não há mudança de fase dos componentes, à simplicidade de operação, à possibilidade de combinação a outros processos e à ampliação de escala de produção, pois são sistemas compactos e modulares (MULDER, 1991, HABERT et al., 2005). É com este propósito, que atualmente a tecnologia de separação por membranas, em especial, a osmose inversa (OI), está sendo cada vez mais difundida ao redor do mundo, principalmente em países que dependem do processo de dessalinização para fornecimento de água potável.
Por esse motivo, o mercado global de membranas de osmose inversa está em franca ascensão. Segundo estudo realizado em 2013 pela Global Water Intelligence, o mercado de membranas para aplicações industriais deverá crescer cerca de US$ 100 milhões, enquanto que o mercado de membranas para dessalinização, em torno de US$ 180 milhões, ao longo dos próximos anos (GLOBAL WATER INTELLIGENCE, 2013).
Os materiais empregados na fabricação de membranas podem ser polímeros, cerâmicas, carbono, metais1 e óxidos metálicos. Entre os diferentes materiais poliméricos utilizados em processos de separação com membranas, a poliamida, a polissulfona e o acetato de celulose são alguns dos mais utilizados principalmente, em dessalinização, devido às características como boas propriedades mecânicas, biocompatibilidade, alto fluxo e baixo custo (BETTIOL, 2004).
Algumas membranas de OI de alto desempenho são constituídas de uma camada de poliamida suportada em uma camada de polissulfona. A principal restrição ao uso destas membranas é o fato de que elas podem ser degradadas por agentes oxidantes, como por exemplo, o cloro livre, usado na desinfecção da água, mesmo em concentrações muito baixas (< do que 0,1 ppm) (BETTIOL, 2004).
No Brasil, a maioria das membranas utilizadas nos processos de purificação de água ainda é importada, ocasionando elevação do custo do processo de osmose inversa uma vez que não há uma política correta de preços (ANADÃO et al, 2006a). A diversidade de aplicações com o uso das membranas abre o mercado para novas oportunidades de negócios e faz com que as empresas do setor possam atuar em diferentes frentes e com variadas tecnologias para atender às novas do segmento. As plantas de dessalinização, por exemplo, podem atender desde cidades, municípios ou indústrias de grande porte até comunidades pequenas ou condomínios residenciais, dependendo da demanda. Em todo o mundo, existe cerca de 17.000 usinas de dessalinização que produzem, aproximadamente, 80 milhões de metros cúbicos de água potável por dia, operando em mais de 150 países e atendendo cerca de 300 milhões de pessoas (IDA, 2015).
Com o intuito de se verificar o posicionamento do Brasil em relação a este setor estratégico para a economia nacional, este trabalho visa o estudo prévio da balança comercial brasileira de dois dos principais polímeros utilizados na preparação de membranas de dessalinização, a poliamida e a polissulfona, através do levantamento dos dados de importação e exportação, utilizando o Sistema Alice Web do Ministério do Desenvolvimento Indústria e Comércio Exterior (MDIC).
Membranas de Osmose Inversa
A relação entre as características da água de alimentação e a qualidade desejada da água produzida determina o tipo de membrana a ser utilizada para obtenção do melhor desempenho do sistema OI. A seleção da membrana é um dos fatores importantes no projeto do sistema OI. Uma membrana ideal apresenta altos fluxos, como por exemplo, o permeado e o de retenção de sais,sendo tolerante a oxidantes como cloro, além disso, sendo resistente ao ataque biológico e depósitos de materiais coloidais e em suspensão, apresenta elevada resistência mecânica, estabilidade química e térmica e baixo custo de aquisição (BETTIOL, 2004).
Em função das aplicações a que se destinam, as membranas apresentam diferentes morfologias. De um modo geral, as membranas podem ser classificadas em duas grandes categorias: densas e porosas. As membranas são consideradas densas quando o transporte dos componentes envolve uma etapa de dissolução e difusão através do material que constitui a membrana. A membrana é denominada porosa quando o transporte através da mesma ocorre devido a diferença de tamanho entre as substâncias e os poros das membranas. Membranas de osmose inversa são densas e seu mecanismo de transporte é denominado de solução/difusão (BETTIOL, 2004).
Tanto as membranas densas quanto as porosas, se dividem em simétricas ou assimétricas. Membranas simétricas apresentam as mesmas características morfológicas ao longo de sua espessura, ao contrário das assimétricas, que se caracterizam por uma região superior muito fina, aproximadamente 1 μm, mais fechada, porosa ou não, chamada de pele, suportada em uma estrutura porosa, mais aberta, a qual oferece menos resistência a passagem do permeado (BETTIOL, 2004).
As membranas assimétricas compostas, formadas por uma camada de poliamida suportada em uma camada de polissulfona, são as mais utilizadas nos sistemas de OI devido à sua alta retenção de sais e produção de permeado, ou seja, o volume de solvente isento de soluto que é produzido nos processos de separação por membrana.A estrutura desta membrana está representada esquematicamente na Figura 1.
Síntese química e intermediários
As poliamidas são produzidas a partir da polimerização de um grupo funcional amida (-CONH). Estas são classificadas de acordo com o número de átomos de carbono das matérias-primas polimerizadas. A primeira poliamida foi sintetizada pela DuPont em 1935. As poliamidas como o nylon, aramidas, começaram a ser usadas como fibras sintéticas, e depois passaram para a manufatura tradicional dos plásticos.
As poliamidas existem em uma grande varidade, conforme sua composição polimérica. Dependendo dos grupos funcionais ligados a ela e do número de carbonos que compõem os monômeros da-se um nome diferente. Tradicionalmente, a poliamida sem grupos especiais tem nomenclatura de poliamida x,y onde x e y representam o número de carbonos dos dois monômeros presentes. A poliamida (PA) 6,6 é chamada assim pelo fato de suas matérias-primas, hexametilenodiamina (HMDA) e ácido adípico (AA), possuírem seis átomos de carbono cada. Já a poliamida 6, , ou Nylon 6, é polimerizada a partir da caprolactama (CPL), que possui 6 átomos de carbono (BAIN & COMPANY, 2014).
A PA6,6 e a PA6 possuem aplicações similares, e é possível verificar que ambas se destinam aos mesmos grupos de produtos finais, porém em proporções diferentes. A primeira é mais usada para a produção de plásticos de engenharia e filamentos industriais; a segunda, para a fabricação de filamentos têxteis e filmes.
O Brasil possui três plantas de PA6, uma da Invista, com capacidade instalada de 30 kt, uma da BASF com 12 kt de capacidade, e, outra da Fortrade com 5 kt de capacidade. Juntas, elas representam 1% da capacidade mundial de PA6. O país, que concentra cerca de 3% da capacidade mundial de PA6,6, possui apenas duas unidades produtivas, ambas pertencentes à Rhodia.
As polissulfonas são polímeros conhecidos pela sua resistência e estabilidade a temperaturas elevadas. Eles contêm a subunidade aril- SO2 – arilo, característica do grupo sulfona. Polissulfonas foram introduzidos em 1965 pela Union Carbide. Devido ao custo elevado das matérias-primas e processamento, as polissulfonas são utilizadas em aplicações de especialidade, podendo substituir os policarbonatos.
A polissulfona possui uma das mais altas temperaturas de operação entre todos os termoplásticos. A sua resistência a altas temperaturas confere a ele um papel de retardador de chama e sua alta estabilidade de hidrólise permite a sua utilização em aplicações médicas que exigem autoclave e vapor de esterilização. No entanto, possui baixa resistência a alguns solventes, que pode ser compensada pela adição de outros materiais ao polímero.
Estes polímeros também são usados nas indústrias de automóvel e eletrônica. Cartuchos para filtros feitos de membranas de polissulfona oferecem taxas de fluxo extremamente elevadas a pressões diferenciais muito baixas quando comparados com os meios de nylon ou polipropileno. Mas, a principal aplicação da polissulfona, quanto da poliamida, é na preparação de membranas de osmose inversa. As polissulfonas pertencem a classe dos polímeros termoplásticos e são formadas por dois monômeros: difenilsulfona e bisfenol-A. (CARVALHO et al, 2006).
Difenilsulfona é um subproduto da sulfonação do benzeno e o Bisfenol-A é preparado pela condensação da acetona com dois equivalentes de fenol. A reação é catalisada por um ácido, como o ácido clorídrico (HCl) ou uma resina poliestireno sulfonada. Tipicamente, um grande excesso de fenol costuma ser usado para garantir a condensação completa.
Autores: Fabrícia de Souza Moreira; Andrezza Lemos Rangel; Adelaide Maria Antunes; e Suzana Borschiver.
