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Marktdynamik

Treiber: Wachsende Nachfrage in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Ein wesentlicher Faktor, der die Expansion des Marktes für Membrantrenntechnik vorantreibt, ist die steigende Nachfrage nach Membrantrenntechnik in den Bereichen Landwirtschaft, Lebensmittel und Pharmazeutik. Der Einsatz von Membrantechnologien in der Agrarindustrie, die einen erheblichen Anteil am weltweiten Markt für Membrantrennung ausmacht, zielt auf die Milch- und Molkeverarbeitung, Saftklärung und Abwasserbehandlung ab. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden kann beispielsweise die Proteingewinnung aus Milch um bis zu 90 % gesteigert werden. Die Saftklarheit kann um 95 % verbessert werden. Membranbioreaktoren (MBRs) der Agrar- und Lebensmittelindustrie können organische Schadstoffe bis zu 99 % aus Abwässern entfernen. Damit beweisen sie ihre Wirksamkeit.

Andererseits kommt die pharmazeutische Industrie nicht ohne Membranverfahren aus, da diese bei der Arzneimittelformulierung und der API-Reinigung notwendig sind. Sie sind auch für die Rückgewinnung von entscheidender Bedeutung, wenn ein Reinigungsgrad von 99,5 % erreicht wurde. Unternehmen im Markt der Membrantrenntechnologie, die diese Technologie in ihre Produktionslinie integrieren, können bis zu 20 % Kosten einsparen. Sie erleichtern auch die Einhaltung strenger regulatorischer Standards und reduzieren so das Risiko der Nichteinhaltung um etwa 30 %. Diese Vorteile werden in den nächsten neun Jahren (2024–2032) allein in der Pharmaindustrie zu einem Wachstum in Form einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 11,3 % führen. Dieses Wachstum wurde unter anderem durch solche Überlegungen katalysiert.

Darüber hinaus könnte der Energieverbrauch pro produzierter Masseneinheit durch die Einführung weiterer Membranprozesse in der Agrarindustrie um fast die Hälfte gesenkt werden. Dies trägt dazu bei, gesetzte Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. In der Zwischenzeit könnte der Wasserverbrauch für Waschzwecke während der Behandlungsphasen sogar noch weiter sinken und auf drei Zehntel der ursprünglich erwarteten fünf Siebtel begrenzt werden. Das zeigt, wie sehr wir uns um diese Dinge kümmern sollten.

Trend: Fortschritte bei nanostrukturierten Materialien

Der Markt für Membrantrenntechnologie hat sich durch Fortschritte bei nanostrukturierten Materialien, die sowohl die Selektivität als auch die Effizienz erheblich verbessern, völlig verändert. Diese Stoffe – zum Beispiel graphenbasierte Membranen oder Kohlenstoffnanoröhren – verfügen über einzigartige Eigenschaften wie eine maßgeschneiderte Porenstruktur, eine große Oberfläche und eine erhöhte mechanische Festigkeit. Ein gutes Beispiel ist, dass normale Wasserfilter nur 1000 Liter pro Quadratmeter, Stunde und Bar verarbeiten können, während solche aus Graphemoxid diese Leistung erreichen können. Mit anderen Worten: Es ist zehnmal schneller als jeder andere bekannte Filter! Die Nachfrage nach diesen neuen Materialien ist so groß, dass der globale Marktwert von 8,5 Milliarden US-Dollar im letzten Jahr auf geschätzte 29 Milliarden US-Dollar im Jahr 2027 steigen wird.

Nanostrukturierte Membranen können den Energieverbrauch bei Entsalzungsprozessen halbieren und die Effizienz der Gastrennung um 20 bis 30 % verbessern. Außerdem halten sie etwa 40 % länger als herkömmliche Membranen, wodurch im Laufe ihrer Lebensdauer 25 % der Betriebskosten für jede gebrauchte Membran eingespart werden. Zum Vergleich: Herkömmliche Methoden zur Schwermetallentfernung bei der Abwasserbehandlung können nur bis zu 99 % entfernen, während nanostrukturierte Methoden bis auf 0,1 % alles entfernen. Darüber hinaus könnten industriell fortschrittliche Membranen bis zu 30 % des derzeit bei Trennprozessen verbrauchten Stroms einsparen. Bisher verzeichneten die meisten Forschungsgelder für Nanomaterialien, die in diesem Bereich verwendet werden, seit mindestens 2021 jedes Jahr ein Wachstum von 15 % – keine Überraschung, wenn man bedenkt, wie viel sie versprechen.

Herausforderung: Kompromiss zwischen Selektivität und Permeabilität

Polymermembranen auf dem Markt für Membrantrenntechnologie stehen vor einem häufigen Problem der Selektivität und Permeabilität. Idealerweise sollte die Selektivität hoch genug sein, um nur die gewünschte Substanz durchzulassen, während die Durchlässigkeit eine schnellere Verarbeitung ermöglichen sollte. Leider bedeutet das Erhöhen eines Werts immer, dass ein anderer Wert gesenkt wird. Daher wird es schwierig, ein Gleichgewicht zu finden. Herkömmliche Polymermembranen haben eine Selektivität von etwa 20–30 und Permeabilitäten im Bereich von 1 bis 10 GPU (Gas Permeation Unit). Dennoch können fortgeschrittene nanostrukturierte Modelle bis zu 100 GPUs mit reduzierter Selektivität erreichen.

Ein solcher Kompromiss beeinträchtigt die Effizienz in verschiedenen Branchen, die Membransysteme verwenden. Beispielsweise erfordert eine geringere Selektivität mehr Energie, da zusätzliche Schritte erforderlich sind, was die Kosten um bis zu 25 % erhöhen kann. Andererseits kann eine höhere Permeabilität eine Betriebszeit erfordern, die etwa 30 % länger ist als auf dem globalen Markt für Membrantrenntechnologie üblich. Die Erforschung, wie wir Selektivität und Durchlässigkeit am besten in Einklang bringen können, könnte uns 5 Millionen US-Dollar pro Projekt kosten. Dies deutet darauf hin, dass hier enorme Investitionen erforderlich sind. Die Erschwinglichkeit schränkt ihre Wirksamkeit ein, da dieses Problem etwa 40 % der industriellen Prozesse betrifft, bei denen Membranen in verschiedenen Produktionsphasen eingesetzt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass es nur 15 % gelingt, sowohl eine hohe Selektivität als auch eine hochpermeable neue Materialien für deren Herstellung zu erreichen. Dies zeigt deutlich, wie schwierig es für jemanden sein kann, solche Materialien zu entwickeln, selbst wenn er sein Bestes gibt, da es immer noch Herausforderungen gibt, diese beiden Eigenschaften in Einklang zu bringen.

Eine Reduzierung der Lebensdauer um 20 % kann die Sache noch komplizierter machen, wenn Konstruktionen übernommen werden, die ausschließlich auf die Verbesserung der Durchflussraten über dünne Wände optimiert sind, auf Kosten anderer Faktoren wie der Robustheit gegen Verschmutzung. So sehr, dass die derzeit verfügbaren Optionen auf dem Markt der Membrantrenntechnologie völlig scheitern, weil es nicht möglich ist, einen ausreichenden Kompromiss zwischen allen wünschenswerten Merkmalen, einschließlich der erwarteten Lebensdauer und der Verschmutzungsbeständigkeit, zu erzielen. Hochselektive Filter entfernen 99,9 % der Schadstoffe, wenn auch langsam.

Segmentanalyse 

Nach Material

Basierend auf dem Material dominieren Polymermembranmaterialien den Markt für Membrantrenntechnologie mit einem Umsatzanteil von über 71,32 % und werden durch ihre Vielseitigkeit, Effizienz und Kosteneffizienz angetrieben. Ab 2024 wird der Markt für Polymermembranen voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 11,25 % wachsen, was die zunehmende Akzeptanz in verschiedenen Branchen widerspiegelt. 

Insbesondere ist die Wasseraufbereitungsindustrie für 45 % des weltweiten Bedarfs an Polymermembranen verantwortlich. Dies zeigt, wie wichtig sie bei der Bekämpfung der globalen Wasserknappheit sind. Darüber hinaus sind polymetrische Membranen energieeffizient, da sie 30–50 % weniger Strom verbrauchen als herkömmliche Trennmethoden; Dies macht sie auch wirtschaftlich attraktiver. Es gibt viele Gründe, warum Menschen mehr Polymermembranen benötigen. Ein wesentlicher Faktor ist ihre außergewöhnliche Selektivität und Permeabilität, die die Prozesseffizienz deutlich verbessert. Zum Beispiel; Die Gastrennung durch diese Materialien kann einen Reinheitsgrad von bis zu 99,9 % erreichen und erfüllt selbst die strengsten petrochemischen Anforderungen. Auch ihre Fähigkeit, mit verschiedenen Anwendungen wie der Abwasserbehandlung zu arbeiten, zeigt, wie vielseitig diese Dinge an verschiedenen Stellen eingesetzt werden können, je nachdem, was zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb einer Organisation oder Branche selbst erledigt werden muss. Die Nachfrage nach hochreinen Trennungen in der biopharmazeutischen Industrie hat zu einem weltweiten Umsatzwachstum von Membranen um durchschnittlich 12 % pro Jahr geführt.

Durch Technologie

Basierend auf der Technologie wird der Markt für Membrantrenntechnologie von der Umkehrosmose (RO) angeführt und ist bei Wasserreinigungs- und Entsalzungsprozessen unverzichtbar geworden. Im Jahr 2023 hatte die RO-Technologie einen Marktanteil von über 42,36 % und es wird auch erwartet, dass die Technologie den Markt weiterhin dominieren wird, indem sie mit der höchsten CAGR von 11,76 % wächst. Umkehrosmose (RO) ist äußerst beliebt geworden, da sie Salze, Bakterien und organische Stoffe aus dem Wasser entfernen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das Wasser trinkbar ist. Seine Effizienz gehört zu den höchsten aller bisher bekannten Technologien, was ein Grund für solch große Wachstumszahlen ist; Diese Systeme können bis zu 99 % der Verunreinigungen entfernen.

Über 40 % der Menschen auf der ganzen Welt sind von Süßwassermangel betroffen, weshalb wirksame Entsalzungslösungen unerlässlich sind. Dies führt auch zu einer höheren Nachfrage nach RO-Systemen. Der Erfolg der Umkehrosmose in der Membranfiltration liegt in ihrer hohen Selektivität und den flexiblen Betriebsfunktionen. Da unter hohem Druck gearbeitet wird, passieren nur Wassermoleküle, während größere Moleküle und Ionen blockiert werden, wodurch es sowohl bei der Entsalzung als auch bei der Abwasserbehandlung einsetzbar ist. Im Jahr 2023 nutzten mehr als zwei Drittel aller Meerwasser-Umkehrosmoseanlagen auf dem globalen Markt für Membrantrenntechnologie diese Technologie, da sie im Vergleich zu thermischen Methoden weniger Energie verbraucht.

Reduzierung der Verschmutzung, Einsparungen bei den Wartungskosten, längere Lebensdauer und Verbesserungen der Kosteneffizienz durch Fortschritte bei Membranmaterialien haben ebenfalls dazu beigetragen, die Verschmutzungsrate und den Wartungsaufwand zu senken. Dadurch werden die Haltbarkeit und Erschwinglichkeit dieser Geräte verbessert, deren durchschnittliche Lebensdauer von drei bis fünf Jahren auf sieben bis zehn Jahre anstieg, was sie auf dem Markt der Membrantrenntechnologie noch wirtschaftlicher macht. Aufgrund des breiten Anwendungsspektrums gepaart mit starken Leistungsmerkmalen verlassen sich verschiedene Branchen daher stark auf die Umkehrosmosetechnologie (RO). Der Industriesektor macht einen Anteil von 35 % am gesamten RO-Markt aus, was hauptsächlich auf strenge Gesetze zur Einleitung von Industrieabwässern in die Umwelt zurückzuführen ist. Der Anteil des Wohnsegments beträgt 20 %, da die Menschen heutzutage, da sie besser über die Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit kontaminierten Quellen Bescheid wissen, sichere Trinkwasservorräte benötigen. 

Auf Antrag

Aufgrund ihrer beispiellosen Effizienz, Kosteneffizienz und Vielseitigkeit wird der Markt für Membrantrenntechnologie aufgrund ihrer Anwendung von der Gastrennung angeführt. Im Jahr 2023 erwirtschaftete das Unternehmen einen Marktumsatz von über 65,95 % und wird voraussichtlich auch in den kommenden Jahren mit der höchsten CAGR von 11,30 % wachsen. Seine Bevorzugung einer selektiven Gaspermeation je nach Größe und Löslichkeit sowie anderen Faktoren macht es perfekt für den Einsatz in der Industrie. Das Wachstum wird hauptsächlich durch die Nachfrage nach Erdgasaufbereitungsanlagen, Wasserstoffrückgewinnungsanlagen sowie Kohlendioxidabscheidungssystemen angetrieben, die sich im Laufe der Jahre hauptsächlich aufgrund von Umweltbedenken wie dem Klimawandel auf einem Aufwärtstrend befand. Diese Methoden erfordern nicht nur Vorbehandlungsstufen, sondern verbrauchen im Gegensatz zu ihren Gegenstücken, bei denen sie bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur arbeiten, auch viel Energie, wodurch die Betriebskosten um etwa 30 % gesenkt werden.

Der zunehmende Bedarf an sauberen Energiequellen in Verbindung mit ökologischer Nachhaltigkeit hat dazu geführt, dass Anwendungen zur Gastrennung auf dem weltweiten Markt für Membrantrenntechnologie dominieren. Die Membrantechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Wasserstoffproduktion, die im Jahr 2025 einen weltweiten Umsatz von 196,3 Milliarden US-Dollar erzielen könnte. Für den Einsatz in Brennstoffzellen muss sie in der Lage sein, ultrahohe Reinheitsgrade von über >99,99 % zu erzeugen. Darüber hinaus sind CCS-Systeme (Carbon Capture Storage) auf Membranen angewiesen, die CO2-Abscheidungsraten von mehr als 90 % erreichen und so die Emissionen aus Rauchgasen drastisch reduzieren können.

Darüber hinaus stellt eine große Auswahl an Materialien, die für die Herstellung dieser Geräte verwendet werden, sicher, dass je nach den spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen unterschiedliche Typen verfügbar sind, wodurch ihre Marktfähigkeit noch weiter verbessert wird. Keramische oder polymere Materialien können unter anderem wie metallorganische Gerüste (MOFs) oder gemischte Matrixmaterialien (MMMs) eingesetzt werden. Beispielsweise werden allein Stickstoffgeneratoren bis Ende 2024 branchenweit etwa 17 Milliarden US-Dollar einbringen, was vor allem darauf zurückzuführen ist, dass sie im Vergleich zu anderen Methoden weniger Platz benötigen; Diese Kompaktheit ermöglicht auch eine einfache Skalierbarkeit auf dem Markt der Membrantrenntechnologie. Dies macht sie zu attraktiveren Optionen als feststoffbasierte oder flüssigkeitsbasierte Trenntechniken. Ob die wirtschaftlichen Vorteile die mit den Umweltauswirkungen verbundenen Vorteile überwiegen, bleibt umstritten. Eines ist jedoch sicher: Die Aussichten für das Umsatzwachstum sind in der Tat sehr rosig.

Von Endbenutzern

Bei den Endverbrauchern wird der Markt der Membrantrenntechnologie aufgrund ihrer beispiellosen Effizienz und Zuverlässigkeit von Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen dominiert. Dementsprechend hielten die Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen einen Marktanteil von mehr als 47,93 % und dürften im Prognosezeitraum 2024–2032 weiterhin mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 11,60 % wachsen. Diese Technologie zeichnet sich durch die Entfernung von Verunreinigungen aus, von Mikroorganismen bis hin zu gelösten Feststoffen, und stellt so sicher, dass die Trinkwasserstandards konsistent eingehalten werden. 

Die hohe Permeabilität der Membranfiltration in der Wasseraufbereitung zeigt sich einmal mehr in ihrer starken Leistung bei verschiedenen Anwendungen. In Bezug auf strenge Standards von Umweltbehörden wie der US-Umweltschutzbehörde (EPA) eignet sich diese Technologie besonders gut zur Beseitigung von Krankheitserregern und Schadstoffen. Berichten zufolge haben im Jahr 2023 mehr als zwei Drittel (70 %) der amerikanischen kommunalen Wasseraufbereitungsanlagen Membranfiltrationssysteme eingeführt, was auf deren Zuverlässigkeit hinweist. Darüber hinaus gab es laut Daten von Global Water Intelligence einen Anstieg um 9 % in der Region Asien-Pazifik, wo die Urbanisierungs- und Industrialisierungsraten im selben Jahr am schnellsten zunahmen.

Ein weiterer Grund für die Beliebtheit von Membranfiltern auf dem Markt der Membrantrenntechnik sind die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile, die sie mit sich bringen. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Ausrüstung viel weniger Energie verbraucht als andere Methoden und dadurch die Betriebskosten erheblich senkt. Beispielsweise führte die International Water Association (IWA) im Jahr 2023 eine Studie durch, die zeigte, dass MBR-Einheiten dazu beitragen könnten, den Stromverbrauch in Abwasseraufbereitungsanlagen um bis zu 30 % zu senken. Abgesehen davon, dass sie leicht skalierbar oder modular sind, um einer größeren Anzahl von Menschen in Städten gerecht zu werden; Mehr als die Hälfte (65 %) neuer europäischer Projekte, die sich mit der Abwasseraufbereitung befassen, haben im Jahr 2022 Membranen in ihre Entwürfe integriert – und beweisen damit, wie vielseitig diese Geräte sein können, wenn es darum geht, den zukünftigen Wasserbedarf effizienter zu decken.

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Regionale Analyse

Mehr als 35,80 % des Gesamtmarktanteils hält Nordamerika am globalen Markt für Membrantrenntechnik. Die starke industrielle Basis und strenge Umweltvorschriften sind die Hauptfaktoren, die zu seiner Dominanz in dieser Region beitragen. Allein die Vereinigten Staaten machen einen großen Prozentsatz aus. Die Safe Drinking Water Act und Clean Water Act haben die Akzeptanzrate von Wasseraufbereitungsanlagen mit Membranfiltern um 60 % gesteigert. Außerdem wurde festgestellt, dass 70 % der Milchverarbeitungsbetriebe in Nordamerika diese Methoden nutzen, da sie zur Verbesserung der Produktqualität und gleichzeitigeren Betriebsprozessen beitragen. Darüber hinaus setzen 80 % der pharmazeutischen Unternehmen sie zur Arzneimittelreinigung ein, wodurch sie die FDA-Standards erfüllen können. Ebenso erfordern Anforderungen an die Lebensmittelsicherheit ihre Verwendung bei Produktionsprozessen wie Saft oder Bier und anderen Getränken, bei denen eine Anwendungsrate von 55 % festgestellt wurde. 

Europa ist der zweitgrößte Markt für Membrantrenntechnologie weltweit. Die strengen Vorschriften der Europäischen Union zur Abwasserbehandlung und -wiederverwendung, wie beispielsweise die Wasserrahmenrichtlinie, waren ein wesentlicher Treiber für dieses Wachstum. Darüber hinaus trägt Deutschland allein zu einem Umsatz von 2,5 Milliarden US-Dollar in dieser Region bei, die den größten Markt darstellt. Membranfiltrationstechnologien werden in etwa 65 % der europäischen Abwasseraufbereitungsanlagen eingesetzt. Darüber hinaus beträgt die Akzeptanzrate 50 % im Lebensmittel- und Getränkesektor, wo Frankreich und Italien jeweils führende Wein- und Käseproduzenten sind, während die Pharmaindustrie aufgrund der von der Europäischen Arzneimittelagentur (EMA) festgelegten Standards eine Nutzung von 75 % verzeichnet. Darüber hinaus werden bei der Impfstoffproduktion bei in Europa ansässigen biopharmazeutischen Unternehmen zu 40 % Membranfilter eingesetzt.

Der asiatisch-pazifische Raum nimmt etwa 25 % des Marktes für Membrantrenntechnologie ein und ist damit mit einer geschätzten jährlichen Wachstumsrate von 11,88 % die am schnellsten wachsende Region. Diese Zahlen sind auf China und Indien zurückzuführen, wo die schnelle industrielle Expansion und Urbanisierung einen Bedarf an besseren Wasseraufbereitungssystemen geschaffen hat. Daher nutzen bis zu 70 % der kommunalen Wasseraufbereitungsanlagen in diesen beiden Ländern Membranfiltration als Lösung. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach hochwertigen Produkten verzeichnete auch der Milchsektor eine erhöhte Akzeptanzrate von 45 %, während die Pharmaindustrie etwa 65 % der Nutzung ausmacht, insbesondere bei der Herstellung von Generika. Mittlerweile durchläuft die Hälfte aller in diesem Gebiet hergestellten Getränke irgendeine Form oder andere Art(en), wozu unter anderem die Verarbeitung von Bier zum Brauen von Tee gehört. Der von der chinesischen Regierung ins Leben gerufene Fünfjahresplan legt mehr Wert auf ökologische Nachhaltigkeit und fördert so weiteres Wachstum in diesem Sektor.

Prominente Akteure auf dem globalen Markt für Membrantrenntechnologie

• ALFA LAVAL
• Asahi Kasei Corporation
• DuPont
• GEA Group Aktiengesellschaft
• Kovalus-Trennlösungen
• Merck KGaA
• Nitto Denko Corporation (Hydraulik)
• Pall Corporation
• Pentair plc
• Suez SA
• Toray Industries
• Andere prominente Spieler

Überblick über die Marktsegmentierung:

Nach Material

• Polymermembranen
  • Natürliche Polymere
  • Synthetische Polymere
• Anorganische Membranen
  • Metallisch
  • Keramik

Durch Technologie

• Umkehrosmose
• Ultrafiltration
• Mikrofiltration
• Nanofiltration
• Elektrodialyse
• Pervaporation
• Andere

Auf Antrag

• Gastrennung
• Flüssigkeitstrennung
• Solide Trennung

Vom Endbenutzer

• Wasser und Abwasserbehandlung
  • Entsalzung
  • Wasseraufbereitung für öffentliche Arbeiten
  • Abfallrecycling
• Speisen und Getränke
  • Milchverarbeitung
  • Getränkeverarbeitung
  • Lebensmittel- und Stärkeverarbeitung
• Medizin und Pharmazie
  • Pharmazeutische Verarbeitung
  • Medizinische Ausrüstung
  • Andere
• Industrielle Verarbeitung
• Andere

Nach Region

• Nordamerika
  • Die USA
  • Kanada
  • Mexiko
• Europa
  • Westeuropa
    • Das Vereinigte Königreich
      Deutschland
    • Frankreich
    • Italien
    • Spanien
    • Restliches Westeuropa
  • Osteuropa
    • Polen
    • Russland
    • Restliches Osteuropa
• Asien-Pazifik
  • China
  • Indien
  • Japan
  • Australien und Neuseeland
  • Südkorea
  • ASEAN
  • Rest des asiatisch-pazifischen Raums
• Naher Osten und Afrika
  • Saudi-Arabien
  • Südafrika
  • Vereinigte Arabische Emirate
  • Rest von MEA
• Südamerika
  • Argentinien
  • Brasilien
  • Rest von Südamerika