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Dinámica del mercado

Impulsor: demanda creciente en las industrias agroalimentaria y farmacéutica

Un factor importante que impulsa la expansión del mercado de tecnología de separación por membranas es la creciente demanda de tecnología de separación por membranas en los campos de la agricultura, la alimentación y la industria farmacéutica. El uso de tecnologías de membranas en la industria agrícola, que representa una parte importante del mercado mundial de separación por membranas, está dirigido al procesamiento de leche y suero, la clarificación de jugos y el tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, en comparación con los métodos tradicionales, la recuperación de proteínas de la leche se puede aumentar hasta en un 90%. La claridad del jugo se puede mejorar en un 95%. Los biorreactores de membrana (MBR) de la industria agroalimentaria pueden eliminar contaminantes orgánicos de las aguas residuales hasta en un 99%. Demostrando así su eficacia.

Por otro lado, las industrias farmacéuticas no pueden prescindir de los procesos de membrana, ya que son necesarios durante la formulación de medicamentos y la purificación de API. También son cruciales para la recuperación donde se han alcanzado niveles de purificación del 99,5%. Las empresas del mercado de tecnología de separación por membranas que implementan esta tecnología en su línea de producción pueden ahorrar hasta un 20% en costos. También facilitan el cumplimiento de normas regulatorias estrictas, reduciendo así los riesgos de incumplimiento en aproximadamente un 30%. Estos beneficios impulsarán un crecimiento en términos de CAGR equivalente al 11,3%, durante los próximos 9 años (2024-2032), solo dentro de la industria farmacéutica. Este crecimiento ha sido catalizado a través de consideraciones de este tipo, entre otras.

Además, la energía utilizada por unidad de masa producida podría reducirse a casi la mitad mediante la adopción de más procesos de membrana en las agroindustrias. Esto ayuda a alcanzar los objetivos de sostenibilidad establecidos. Mientras tanto, el agua utilizada para lavado durante las etapas de tratamiento podría reducirse aún más, limitándose a tres décimas de las cinco séptimas partes de lo previsto inicialmente. Esto muestra cuánto deberíamos preocuparnos por estas cosas.

Tendencia: avances en materiales nanoestructurados

El mercado de la tecnología de separación por membranas se ha transformado completamente gracias a los avances en materiales nanoestructurados que mejoran enormemente la selectividad y la eficiencia. Estas sustancias (por ejemplo, membranas a base de grafeno o nanotubos de carbono) tienen características únicas, como una estructura de poros hecha a medida, una gran superficie y una mayor resistencia mecánica. Un buen ejemplo es que los filtros de agua normales sólo pueden gestionar 1.000 litros por metro cuadrado por hora y bar, mientras que los fabricados con óxido de grafema pueden alcanzar esa cifra. En otras palabras, ¡es 10 veces más rápido que cualquier otro filtro conocido! La demanda de estos nuevos materiales es tan grande que el valor del mercado mundial aumentará de 8.500 millones de dólares el año pasado a unos 29.000 millones de dólares estimados en 2027.

Las membranas nanoestructuradas son capaces de reducir a la mitad el uso de energía en los procesos de desalinización y mejorar la eficiencia de separación de gases entre un 20% y un 30%. También duran alrededor de un 40% más que las tradicionales, lo que ahorra un 25% de los gastos operativos por cada membrana utilizada durante su vida útil. En comparación, los métodos convencionales de eliminación de metales pesados ​​durante el tratamiento de aguas residuales sólo pueden eliminar hasta el 99%, mientras que los nanoestructurados eliminan todo menos el 0,1%. Además, cuando se aplican membranas industrialmente avanzadas se podría ahorrar hasta un 30% de la energía que se consume actualmente durante los procesos de separación. Hasta ahora, la mayor parte de la financiación para la investigación de nanomateriales utilizados en este campo ha experimentado un crecimiento del 15 % cada año desde al menos 20211, lo que no sorprende teniendo en cuenta lo prometedor que es.

Desafío: compensación entre selectividad y permeabilidad

Las membranas poliméricas en el mercado de tecnología de separación de membranas enfrentan un problema común de selectividad y permeabilidad. Idealmente, la selectividad debería ser lo suficientemente alta como para permitir que solo pase la sustancia que se desea, mientras que la permeabilidad debería permitir un procesamiento más rápido. Desafortunadamente, elevar uno siempre significa bajar otro. Por lo tanto, lograr un equilibrio se vuelve difícil. Las membranas poliméricas convencionales tienen una selectividad de aproximadamente 20-30 y permeabilidades que varían de 1 a 10 GPU (Unidad de Permeación de Gas). Sin embargo, los nanoestructurados avanzados pueden alcanzar hasta 100 GPU con selectividad reducida.

La eficiencia dentro de diferentes industrias que utilizan sistemas de membranas se ve afectada por esta compensación. Por ejemplo, una menor selectividad requiere más energía porque habrá pasos adicionales involucrados, que pueden aumentar los costos hasta en un 25%. Por otro lado, una mayor permeabilidad puede requerir un tiempo operativo aproximadamente un 30% más largo de lo habitual en el mercado mundial de tecnología de separación por membranas. Investigar cuál es la mejor manera de equilibrar la selectividad y la permeabilidad podría costarnos cinco millones de dólares por proyecto. Esto indica que aquí se requieren grandes inversiones. La asequibilidad limita su eficacia, ya que este problema afecta aproximadamente al 40% de los procesos industriales donde se aplican membranas durante varias etapas de producción. Es importante señalar que sólo el 15% logra lograr tanto una alta selectividad como nuevos materiales altamente permeables para su fabricación. Esto muestra claramente lo difícil que puede ser para alguien encontrar tales materiales, incluso si hace todo lo posible porque todavía existen desafíos para equilibrar estas dos propiedades.

Una reducción de la vida útil del 20% puede complicar aún más las cosas al adoptar diseños optimizados únicamente para mejorar los caudales a través de paredes delgadas, a expensas de otros factores como la robustez contra la contaminación. Tanto es así que las opciones disponibles actualmente fracasan por completo en el mercado de la tecnología de separación por membranas debido a la incapacidad de lograr un compromiso suficiente entre todas las características deseables, incluidas las expectativas de vida útil frente a la resistencia a la suciedad. Los filtros altamente selectivos eliminan el 99,9% de los contaminantes, aunque lentamente.

Análisis segmentario 

Por materiales

Según el material, los materiales de membrana polimérica dominan el mercado de tecnología de separación de membranas con una participación en los ingresos de más del 71,32 % y están impulsados ​​por su versatilidad, eficiencia y rentabilidad. A partir de 2024, se prevé que el mercado de membranas poliméricas crezca a una tasa compuesta anual del 11,25%, lo que refleja su creciente adopción en diversas industrias. 

En particular, la industria del tratamiento de agua es responsable del 45% de toda la demanda de membranas poliméricas en todo el mundo. Esto muestra lo importantes que son para abordar la escasez mundial de agua. Además, las membranas polimétricas son energéticamente eficientes porque utilizan entre un 30% y un 50% menos de energía que los métodos de separación tradicionales; esto también los hace más atractivos económicamente. Hay muchas razones por las que la gente necesita más membranas poliméricas. Uno de los principales factores es que tienen una selectividad y permeabilidad excepcionales, lo que mejora con creces la eficiencia del proceso. Por ejemplo; La separación de gases a través de estos materiales puede alcanzar niveles de pureza de hasta el 99,9%, cumpliendo incluso con los requisitos petroquímicos más estrictos. Además, su capacidad para trabajar con diferentes aplicaciones, como el tratamiento de aguas residuales, entre otras, muestra cuán versátiles pueden usarse estas cosas en varios puntos dependiendo de lo que sea necesario hacer en un momento dado dentro de una organización o industria misma. La demanda de separaciones de alta pureza en la industria biofarmacéutica ha hecho que las ventas globales de membranas crezcan a una tasa anual promedio del 12%.

Por tecnología

Basado en la tecnología, el mercado de la tecnología de separación por membranas está liderado por la ósmosis inversa (RO) y se ha vuelto indispensable en los procesos de purificación y desalinización del agua. En 2023, la tecnología de ósmosis inversa representó más del 42,36 % de la participación de mercado y también se prevé que la tecnología continúe dominando el mercado al crecer a la tasa compuesta anual más alta del 11,76 %. La ósmosis inversa (RO) se ha vuelto extremadamente popular porque puede eliminar cosas como sales, bacterias y materia orgánica del agua. Esto asegura que el agua sea segura para beber. Su eficiencia se encuentra entre las más altas de cualquier tecnología conocida hasta ahora, lo que es una de las razones detrás de cifras de crecimiento tan grandes; Estos sistemas pueden eliminar hasta el 99% de los contaminantes.

Más del 40% de las personas en todo el mundo se ven afectadas por la falta de agua dulce, lo que hace imprescindibles soluciones eficaces de desalinización. Esto también crea una mayor demanda de sistemas de RO. El éxito de la OI en la filtración por membrana radica en su alta selectividad y características de operación flexible. Debido a que trabaja a alta presión, solo pasan moléculas de agua, mientras que las más grandes y los iones se bloquean, lo que lo hace aplicable tanto en desalinización como en tratamiento de aguas residuales. En 2023, más de dos tercios de todas las plantas de ósmosis inversa de agua de mar del mercado mundial de tecnología de separación por membranas utilizaron esta tecnología porque consume menos energía en comparación con los métodos térmicos.

La reducción de incrustaciones, el ahorro de costos de mantenimiento, la vida útil prolongada y las mejoras en la rentabilidad generadas por los avances realizados en los materiales de las membranas también han contribuido a reducir las tasas de incrustaciones junto con los requisitos de mantenimiento. De este modo, se mejoran los factores de durabilidad y asequibilidad que rodean a estos dispositivos, donde la vida útil promedio aumentó de tres a cinco años hasta siete a diez años, lo que los hace aún más atractivos económicamente en el mercado de la tecnología de separación de membranas. Debido a su amplia gama de aplicaciones junto con sus sólidas características de rendimiento, varias industrias dependen en gran medida de la tecnología de ósmosis inversa (RO). El sector industrial representa una participación del 35% dentro del mercado total de RO debido principalmente a las estrictas leyes que rigen la descarga de aguas residuales industriales al medio ambiente. El segmento residencial representa el 20% porque las personas necesitan suministros seguros para beber hoy en día, cuando conocen mejor los riesgos para la salud asociados con las fuentes contaminadas. 

Por aplicación

Por aplicación, el mercado de la tecnología de separación por membranas está liderado por la separación de gases debido a su eficiencia, rentabilidad y versatilidad incomparables. En 2023, generó más del 65,95 % de los ingresos del mercado y también se espera que crezca a la tasa compuesta anual más alta del 11,30 % en los próximos años. Su preferencia por la permeación selectiva del gas según el tamaño y la solubilidad, entre otros factores, es lo que lo hace perfecto para su uso en la industria. El crecimiento está impulsado principalmente por la demanda de plantas de procesamiento de gas natural, unidades de recuperación de hidrógeno y sistemas de captura de dióxido de carbono, que han seguido una trayectoria ascendente a lo largo de los años debido en gran medida a preocupaciones ambientales como el cambio climático. Estos métodos no solo requieren etapas de pretratamiento, sino que también consumen mucha energía, a diferencia de sus contrapartes, donde operan a baja presión y temperatura, lo que reduce el costo operativo en aproximadamente un 30 %.

La creciente necesidad de fuentes de energía limpias junto con la sostenibilidad ambiental ha llevado al dominio de las aplicaciones de separación de gases en el mercado mundial de tecnología de separación por membranas. La tecnología de membrana desempeña un papel crucial en la producción de hidrógeno, que podría generar ingresos globales por valor de 196.300 millones de dólares en el año 2025. Para el uso de pilas de combustible, debe ser capaz de generar niveles de pureza ultra altos que superen >99,99%. Además, los sistemas de almacenamiento de captura de carbono (CAC) dependen de membranas que pueden alcanzar tasas de captura de CO2 de más del 90%, reduciendo así drásticamente las emisiones de gases de combustión.

Además, una amplia gama de materiales utilizados para fabricar estos dispositivos garantiza que haya diferentes tipos disponibles según las necesidades específicas de diversas industrias, lo que mejora aún más su comerciabilidad. Se pueden emplear materiales cerámicos o poliméricos, entre otros, como estructuras organometálicas (MOF) o materiales de matriz mixta (MMM). Por ejemplo, los generadores de nitrógeno por sí solos aportarán aproximadamente 17 mil millones de dólares a toda la industria para fines de 2024, debido principalmente a que requieren menos espacio en comparación con otros métodos; Esta característica de compacidad también permite una fácil escalabilidad en el mercado de tecnología de separación por membranas. Por lo tanto, las convierte en opciones más atractivas que las técnicas de separación basadas en sólidos o líquidos. Sigue siendo objeto de debate si los beneficios económicos superan a los relacionados con el impacto ambiental; sin embargo, una cosa es segura: las perspectivas de crecimiento de los ingresos son realmente muy brillantes.

Por usuarios finales

Cuando se trata de usuarios finales, el mercado de la tecnología de separación por membranas está dominado por las plantas de tratamiento de agua y aguas residuales, debido a su eficiencia y confiabilidad incomparables. En consonancia con esto, las plantas de tratamiento de agua y aguas residuales tenían más del 47,93% de participación de mercado y están preparadas para seguir creciendo a una tasa compuesta anual del 11,60% durante el período previsto 2024-2032. Esta tecnología se destaca en la eliminación de contaminantes, desde microorganismos hasta sólidos disueltos, lo que garantiza que se cumplan los estándares del agua potable de manera consistente. 

Membranas inorgánicas

Otra razón de la popularidad de los filtros de membrana en el mercado de la tecnología de separación de membranas son los beneficios económicos y ambientales que aportan. Es importante señalar que este equipo utiliza mucha menos energía que otros métodos, lo que reduce considerablemente los costos operativos. Por ejemplo, la Asociación Internacional del Agua (IWA) llevó a cabo un estudio en 2023 que demostró que las unidades MBR podrían ayudar a reducir el consumo de energía hasta en un 30% en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Además de ser fácilmente escalable o modular para dar cabida a un mayor número de personas que viven dentro de las ciudades; Más de la mitad (65%) de los nuevos proyectos europeos relacionados con el tratamiento de aguas residuales incorporaron membranas en sus diseños durante 2022, lo que demuestra cuán versátiles pueden ser estos dispositivos cuando se les asigna la tarea de satisfacer las necesidades futuras de agua de manera más eficiente.

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Análisis Regional

Más del 35,80% de la cuota de mercado total la posee América del Norte en el mercado mundial de tecnología de separación de membranas. La fuerte base industrial y las estrictas regulaciones ambientales son los principales factores que contribuyen a su dominio en esta región. Sólo Estados Unidos representa un gran porcentaje. La Ley de Agua Potable Segura y la Ley de Agua Limpia han aumentado las tasas de adopción al 60% para las plantas de tratamiento de agua que utilizan filtros de membrana. Además, se ha descubierto que el 70% de las instalaciones de procesamiento de lácteos en América del Norte utilizan estos métodos, ya que ayudan a mejorar la calidad del producto y, al mismo tiempo, hacen que las operaciones sean más eficientes. Además, el 80% de las empresas farmacéuticas los emplean para la purificación de medicamentos, lo que les permite cumplir con los estándares de la FDA; Asimismo, los requisitos de seguridad alimentaria obligan a su uso durante procesos productivos como jugos o cervezas entre otras bebidas donde se ha encontrado una tasa de aplicación del 55%. 

Europa es el segundo líder en el mercado mundial de tecnología de separación por membranas. Las estrictas regulaciones sobre tratamiento y reutilización de aguas residuales impuestas por la Unión Europea, como la Directiva Marco del Agua, han sido un importante impulsor de este crecimiento. Además, Alemania por sí sola contribuye a ingresos por valor de 2.500 millones de dólares generados en esta región, que representa su mayor tamaño de mercado. Las tecnologías de filtración por membrana se emplean en aproximadamente el 65% de las plantas de tratamiento de aguas residuales de Europa. Además, la tasa de adopción es del 50% para el sector de alimentos y bebidas, donde Francia e Italia son los principales productores de vinos y quesos, respectivamente, mientras que la industria farmacéutica registra una utilización del 75% debido a los estándares establecidos por la Agencia Europea de Medicamentos (EMA). Además, la producción de vacunas implica el uso de filtros de membrana en un 40% entre las empresas biofarmacéuticas con sede en Europa.

Asia Pacífico ocupa alrededor del 25% del mercado de tecnología de separación de membranas, lo que la convierte en la región de más rápido crecimiento con una tasa compuesta anual estimada del 11,88%. Estas cifras están impulsadas por China y la India, donde la rápida expansión industrial y la urbanización han creado la necesidad de mejores sistemas de tratamiento de agua. Como tal, hasta el 70% de las instalaciones municipales de tratamiento de agua en estos dos países emplean la filtración por membrana como solución. El sector lácteo también ha experimentado un aumento en las tasas de adopción, con un 45 % registrado debido a la creciente demanda de productos de alta calidad, mientras que la industria farmacéutica representa alrededor del 65 % de uso, especialmente durante la producción de medicamentos genéricos. Mientras tanto, la mitad de todas las bebidas producidas en esta área pasan por alguna forma u otro tipo, lo que incluye el procesamiento de cerveza, elaboración de té, entre otros. El Plan Quinquenal lanzado por el gobierno chino pone más énfasis en la sostenibilidad ambiental, motivando así un mayor crecimiento dentro de este sector.

Actores destacados en el mercado mundial de tecnología de separación de membranas

• ALFA LAVAL
• Corporación Asahi Kasei
• DuPont
• Sociedad Anónima del Grupo GEA
• Soluciones de separación Kovalus
• Merck KGaA
• Nitto Denko Corporation (Hidráutica)
• Corporación Pall
• Pentair plc
• Suez SA
• Industrias Toray
• Otros jugadores destacados

Descripción general de la segmentación del mercado:

Por materiales

• Membranas poliméricas
  • Polímeros naturales
  • Polímeros sintéticos
• Membranas inorgánicas
  • Metálico
  • Cerámico

Por tecnología

• Ósmosis Inversa
• Ultrafiltración
• Microfiltración
• Nanofiltración
• Electrodiálisis
• Pervaporación
• Otros

Por aplicación

• Separación de gases
• Separación de líquidos
• Separación de sólidos

Por usuario final

• agua y Tratamiento de aguas residuales
  • Desalinización
  • Tratamiento de Aguas de Obras Públicas
  • Reciclaje de residuos
• Alimentos y Bebidas
  • Procesamiento de lácteos
  • Procesamiento de bebidas
  • Procesamiento de alimentos y almidón
• Médico y Farmacéutico
  • Procesamiento farmacéutico
  • Equipo médico
  • Otros
• Procesamiento industrial
• Otros

Por región

• América del norte
  • Estados Unidos
  • Canadá
  • México
• Europa
  • Europa occidental
    • Reino Unido
      Alemania
    • Francia
    • Italia
    • España
    • Resto de Europa occidental
  • Europa Oriental
    • Polonia
    • Rusia
    • Resto de Europa del Este
• Asia Pacífico
  • Porcelana
  • India
  • Japón
  • Australia y Nueva Zelanda
  • Corea del Sur
  • ASEAN
  • Resto de Asia Pacífico
• Medio Oriente y África
  • Arabia Saudita
  • Sudáfrica
  • Emiratos Árabes Unidos
  • Resto de MEA
• Sudamerica
  • Argentina
  • Brasil
  • Resto de Sudamérica