Перспективы развития рынка МБР
В целях осуществления «нулевого сброса» загрязняющих веществ в окружающую среду и защиты от вторичного заражения вредными для человека бактериями и вирусами в мире принята концепция применения безотходных доступных технологий. Это требует капитальной модернизации существующих производств с целью минимизации экологического ущерба. Технологически это означает : сокращение расхода химических реагентов, максимальная конверсия сырья, минимальный водозабор, т.е. многократный водный рецикл, максимальная утилизация побочных продуктов, полная автоматизация процесса, что практически недостижимо без мембранных процессов очистки сточных вод.
Перспективы мирового рынка МБР
МБР для коммунальных, производственных и фармацевтических сточных вод – это взрывное развитие технологии и примерно 15-20% прироста в год. Сегодня в мире вводится в год около 1000 станций с технологией МБР, нацеленных на повторное использование воды, из них 40% в США. Разработаны гибридные технологии – МБР - обратный осмос для: фармацевтики, металлообработки, текстильной, химической, косметической, консервной, пищевой промышленности, целлюлозно-бумажных заводов, красильных цехов и пр. В Китае на сегодняшний день законодательно определены к установке и использованию только МБР-установки на расход до 100 куб. м. в сутки по сточной воде.
Согласно данных BBS Research, мировой рынок технологий мембранных биореакторов увеличился с $216,6 млн в 2005 г. до $296 млн к концу 2008 г. Уже в 2011г. мировой рынок МБР был оценен в 838,2 млн.$, а его прирост был на уровне 22,4% в год. При этом на 2018 года потолок продаж МБР-систем по странам оценивался в 3,44 млрд. $.
Отметим, что важнейшей составляющей этого рынка является Китай, рынок МБР-систем которого в 2011-м году был оценен в $ 308,1 млн, его насыщение составило около $ 1,35 млрд в 2017-м году. На графике представлено мировое распространение продаж МБР-систем по странам
Для специалистов будет интересен прогноз развития рынка мембранных модулей по процессам разделения: обратный осмос (ОО), нанофильтрация (НФ), ультрафильтрация (УФ), микрофильтрация (МФ), первапорация (ПВ) и газоразделение (ГР). Здесь использованы методы экстраполяции, которые не учитывают возможных революционных переломов в развитии технологии и не дифференцируются по материалам мембран.
Перспективы рынка МБР систем в РФ.
Рынок мембранных систем в России также растет, все большее количество заказчиков понимает выгоды применения данных систем (эффективность, малые габариты и т.д.). Кроме того, на увеличение рынка подобных систем влияет позиция государства и увеличение штрафов за превышение ПДД, которые с 2019 года опять увеличиваются. В 2011-2012 гг. российский рынок МБР составлял ок. 1% мирового, но в связи с увеличением штрафных санкций с 2019 года, его потенциал резко возрастает.
Доказательством технического и коммерческого прогресса рынка мембран является в том числе и динамика патентования.
С 2005 года большая часть патентов выдается на новые применения неорганических мембран, в том числе в водоподготовке и очистке сточных вод. Значительное количество патентов по этой тематике напрямую связано с ужесточением национальных экологических стандартов. С этим связывают и быстрый рост рынка неорганических мембран микро- и ультрафильтрационного классов.
В России в водоподготовке неорганические мембраны не используются, в очистке сточных вод они применяются на 0,15%, в технологических процессах - на 0,85% от общего объема потребления всех мембранных модулей в 2012 году. Потребителями этих мембран в сфере очистки сточных вод являются предприятия ГК «Росатом» (переработка жидких радиоактивных отходов). Потребителями в сфере технологических процессов - в основном молочные заводы.
Разработкой новых технологий с применением керамических мембран в России сегодня занимается очень мало научно-технических предприятий, и это основная причина неразвитости рыночного сегмента неорганических мембран.
Инжиниринговые компании, имеющие опыт проектирования и изготовления мембранных установок с неорганическими мембранами, немногочисленны.
Из анализа российского рынка мембранных модулей следует очевидный вывод о его заметном отставании от рынков развитых стран как в количественном, так и в качественном выражении. Причины этого носят и объективный, и субъективный характер.
К причинам объективного характера относятся:
- несовершенное законодательство в природоохранной сфере;
- относительно низкий уровень доходности многих промышленных отраслей;
- несбалансированность федеральных целевых бюджетных программ по поддержке и развитию отдельных направлений производства и жизнеобеспечения населения;
- практическое игнорирование государством развития прикладной науки.
К причинам субъективного характера относятся:
- недостаточная информированность владельцев и топ-менеджеров различных предприятий о возможностях и эффективности мембранных процессов разделения в их производствах;
- нежелание и в некоторых случаях принципиальный отказ частных инвесторов вкладывать деньги в НИОКР;
- крайне малое количество центров прикладной науки.
Без мембранных технологий развитие страны не остановится, но современная индустрия без мембран уже существовать не может. Из проведенного исследования видно, что по сравнению с мировым рынком российский рынок мембранных модулей значительно деформирован. Деформации наблюдаются прежде всего в отраслевом отношении и в отношении материала мембран.
Подавляющее количество модулей потребляется в сегменте водоподготовки - около 80%. Десятая часть уходит в медицинское применение, 6-7% востребованы в технологическом сегменте, остальные - в очистке стоков. Во всех сегментах доля неорганических мембран неоправданно мала.
Рассмотрим подробнее ситуацию в некоторых рыночных сегментах.
Специфика сегмента очистки стоков состоит в том, что для предприятий химической, нефтехимической, пищевой, перерабатывающей промышленности, машиностроения и т.д. требуется индивидуальная разработка технологии мембранной очистки их стоков. Даже внутри отрасли составы стоков для каждого предприятия различны. По этой причине типовых решений по очистке и переработке промышленных стоков не существует. На этом рынке для каждого клиента разрабатывается индивидуальное решение.
По мнению специалистов, ситуация с очистными сооружениями на постсоветском пространстве плачевна. Около 80% очистных сооружений канализации поселков, небольших и средних городов России не работают или не обеспечивают необходимое качество очистки сточных вод из-за ненадежности и износа оборудования, ухудшения и полного прекращения процесса биологической очистки в холодное время года.
Низкая рентабельность очистных сооружений канализации, использующих традиционные технологические решения (их срок окупаемости более 20 лет), препятствует поступлению частных инвестиций в эту сферу. Переломить в корне отношение к этой отрасли, как считают специалисты, можно только внедрением новых технологий очистки сточных вод, обеспечивающих снижение капитальных и эксплуатационных затрат в два-три раза, что обеспечивает технология мембранного биологического реактора (МБР).
Сегодня на рынке МБР продукцию предлагают около 40 компаний, практически все - на основе полимерных мембран. У керамических модулей преимущество - в эффективности регенерации мембран, но проигрыш - в начальной стоимости. Тем не менее на российском рынке, где технология еще не стала широко известной, потенциал керамических МБР весьма велик.
Нефтехимическая отрасль в России сохранила свой потенциал и даже имеет некоторое развитие. Проблемы сточных вод на производствах этого профиля такие же, как и на предприятиях Европы и США:
-выведение из стоков отработанных катализаторов и возврат их на повторное использование
-концентрирование латексных суспензий, когда до 90% выделенной воды возвращается на производство
-выделение из стоков поверхностно-активных веществ (ПАВ) и красителей, которые доутилизируются при их возврате в технологическую линию
-регенерация растворителей в комбинированных стоках.
Во всех этих процессах неорганические мембраны могут стать востребованными.
Неорганические мембраны являются безальтернативными в атомной энергетике благодаря своей радиационной стойкости. Ультра- и микрофильтрация в технологических схемах переработки ЖРО не являются единственным методом, но без них сегодня уже не обойтись. Эта отрасль в России сегодня наиболее восприимчива к широкому внедрению неорганических мембран благодаря интенсивным НИОКР нескольких научных центров.
К предприятиям перерабатывающей промышленности относятся молочные, спиртовые, мясные, крахмало-паточные, сахарные, рыбоперерабатывающие, маслоэкстракционные заводы. Для этих предприятий необходима разработка технологии очистки стоков, где керамические мембраны являются главным инструментом. Параллельно требуется решение задачи по утилизации или уничтожению концентратов, что может стать более сложным, чем сама очистка, процессом.
Хотя мембранная технология в целом и керамические мембраны в частности изначально создавались для очистки воды, очень быстро стало ясно, что их применение в производстве различных продуктов может кардинально изменить производства, а иногда даже получить принципиально новые продукты. Понятно, что речь идет о жидких средах, поэтому все мембранные инновации совершались в химической, фармацевтической, пищевой, перерабатывающей отраслях промышленности.
Мембранные процессы разделения заменяют такие традиционные методы, как дистилляция, реагентное разделение, экстракция, сорбция, ионный обмен, что позволяет резко сократить энергетические затраты, упростить оборудование, снизить или исключить использование дополнительных химических реагентов и, что особенно важно, сохранить в процессе переработки сырья нативное, т.е. природное состояние целевых продуктов. Например, чтобы выделить из многокомпонентной смеси чистый белок, не надо его денатурировать, т.е. осаждать, а можно, используя различия в размере молекул, сразу получить чистым в первоначальном растворенном состоянии.
Надо особо отметить, что внедрение мембранных процессов в производство продуктов сталкивается с гораздо большими трудностями, чем в водоподготовку и очистку стоков. Тем не менее эксперты считают, что применение мембран в основных технологиях станет наиболее важной областью рынка. Крупнейшие сегменты: химическая промышленность (22%), фармацевтическая и биотехнологическая (13%), пищевая и перерабатывающая промышленность (10%).
Неорганические мембраны в этих рыночных сегментах имеют неоправданно малые доли. Дело в том, что с точки зрения химической природы веществ, которые надо выделять, очищать и концентрировать в этих производствах, значительная часть требует таких мембранных процессов, как ультра- и микрофильтрация. Это соответствует классу керамических мембран, которые выигрывают в химической стойкости, в отсутствии вторичного загрязнения продуктов самим мембранообразующим материалом, в длительном ресурсе, но проигрывают в величине первоначальных капитальных затрат.
Как бы там ни было, но в российском рыночном сегменте мембран в технологии различных продуктов неорганические мембраны в процентном отношении выглядят предпочтительнее, чем в том же мировом. Правда, в денежном отношении они сильно отстают от мирового, но общественное профессиональное мнение в значительной степени на стороне керамических мембран. Быстрый, даже взрывной прогресс возможен, если будут предложены новые технологические решения.
Мембранное разделение необходимо прежде всего для получения чистых и особо чистых химических продуктов минеральной и органической природы. К ним относятся пигменты, кислоты, спирты, поверхностно-активные вещества, растворители и многое другое. Вторая часть этого рыночного сегмента мембранных модулей относится к многотоннажной химии. Это продукция для сельского хозяйства - жидкие удобрения, пестициды, гербициды и другие препараты. Это продукция бытовой химии - чистящие и моющие средства, шампуни и гели, красители, средства от насекомых и т.п. Третья часть рынка в этом сегменте связана с нефтепереработкой и нефтеоргсинтезом. Практически все виды топлив, начиная от дизельного топлива для мотоколясок и кончая авиационным топливом, нуждаются в микрофильтровальной очистке перед употреблением. В этот же рыночный сегмент целесообразно включить и потребности в керамических мембранных модулях для регенерации нефтяных масел вообще и трансформаторных масел, в частности.
Биотехнологию и фармацевтику объединяет то обстоятельство, что многие технологические процессы основаны на микробном синтезе продуктов. Эти продукты в ходе метаболизма микроорганизмов выбрасываются из клетки и оказываются в жидкой фазе культуральной жидкости. Значит, первой стадией получения чистых биопрепаратов становится отделение биомассы микроорганизмов. В традиционных регламентах эта стадия наиболее сложна и затратна, поскольку всегда сопровождается сложной аппаратурой, высоким энергопотреблением и неполным отделением клеток. Здесь успешно будут работать микрофильтрационные керамические мембраны.
Второе важнейшее применение теперь уже ультрафильтрационных мембран - разделение высокомолекулярных и низкомолекулярных растворенных компонентов, смесь которых образуется почти во всех реакционных средах этих предприятий. Только неорганические УФ-мембраны применимы в этом процессе, поскольку требуется ежедневная промывка и паровая стерилизация мембран.
Кроме того, мембранная фильтрация [5] может использоваться при производстве:
-витаминов, антибиотиков, чистых аминокислот для фармацевтики и ветеринарии
-ферментов
-биологически активных пищевых добавок
-биотоплива
-апирогенной воды и инъекционных лекарственных препаратов
-кровезаменителей
-кормового белка из растительного сырья.
Удовлетворенный спрос на мембранные модули для фармацевтики и биотехнологии в 2012 году составил 2 млрд. долларов, из них на ультра- и микрофильтрацию пришлось около 1 млрд. долларов. По прогнозам специалистов, именно эти подсегменты рынка будут расти быстрее других и к 2020 году должны достигнуть уровня в 1,95 млрд. долларов. Рынок мембранных модулей в этом сегменте в России еще не сформировался, а в фармацевтике даже развалился, что вызвано государственной политикой отказа от собственного производства лекарств.
Все более широкое распространение получает применение мембран в перерабатывающей промышленности. В частности, к 2000 году около 10% всех молочных предприятий в мире были оснащены мембранными установками. Сегодня их число оценивается в 30%, но при очень неравномерном распределении: практически все молочные заводы в Европе и США перешли на мембранную технологию, в России - не более 1%.
В настоящее время в РФ все больше внимания уделяется качественной очистке стоков и вод: это и усиление ответственности за нарушение ПДК при сбросах предприятий в канализацию города, и ужесточение нормативов на сброс в водоемы очищенных сточных вод водоканалов. В то же время мембранные (более качественные с т.з. очистки) технологии распространены пока незначительно, менее 5%, хотя являются для конечного потребителя более выгодными в обслуживании, позволяют выиграть в качестве и цене строительства и проектирования. В стране несколько тысяч водоканалов и много предприятий загрязнителей. Президентом России обозначены направления очистки в 2017-2020 гг. таких водоемов, как Байкал, Волга и алтайские реки и озёра.
С 2019 г. в РФ увеличиваются штрафные санкции за превышение ПДК при сбросе сточных вод с очистных сооружений в водоемы рыбохозяйственного назначения, а с 2028 г. поставлена задача переработать все накопленные загрязнители от коммунальных хозяйств.
Подводя некоторые итоги, можно предположить, что спрос на керамические мембраны в России в ближайшие годы может вырасти в 4-5 раз. Потенциал же российского рынка во много раз больше, поскольку сферы применения керамических мембран лежат именно в тех отраслях, которые по определению не могут деградировать, поскольку они обеспечивают жизнедеятельность населения
География потенциального рынков продаж технологий и продукции КТБ «РОДНИК» помимо Российской Федерации, охватывает страны Азии и Ближнего Востока, в которых наблюдается значительный экономический рост. Дефицит водных ресурсов в данных государствах дает широкие возможности для технологий на основе МБР, с самыми оптимистичными экономическими перспективами.
Список источников
- https://watermagazine.ru/analitika/obzori/23328-perspektivy-primeneniya-neorganicheskikh-membran-v-rossii.html
- https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4395
