No entanto, a capacidade de ajuste, a estabilidade cíclica e as características de adsorção/desorção seletiva destes materiais estão a abrir oportunidades para a sua comercialização como alternativas energeticamente eficientes para uma gama de tecnologias críticas e de elevado consumo energético. Isto inclui a captura de carbono, a captação de água da chuva para a produção de água potável e sistemas de climatização, bem como vários processos de separação e purificação química (por exemplo, separação de gases, filtração de ar, extração direta de lítio, remoção de PFAS e muitos outros).
Historicamente, um dos principais obstáculos à comercialização em larga escala dos MOF tem sido o seu elevado custo de fabrico, o que, por sua vez, resulta em preços de mercado elevados. No entanto, parcerias recentes entre empresas consolidadas do setor, como a BASF, e startups como a AirJoule, Svante e WaHa, para expandir estrategicamente a produção de MOFs específicos com o objetivo de comercializar tecnologias baseadas em MOFs, podem ser cruciais para a redução destes custos. Aliado às características de desempenho únicas oferecidas por estes materiais, existe o potencial de posicionar os MOFs como uma alternativa mais competitiva às atuais tecnologias de elevado consumo energético, o que poderá também incentivar uma maior adoção por parte do mercado.
Fabrico de MOF
A implementação industrial depende da disponibilidade, qualidade e acessibilidade dos materiais. A maioria dos MOF desenvolvidos em laboratórios de investigação são sintetizados através de métodos solvotérmicos à escala de miligramas. Para produzir MOFs à escala industrial, os métodos de produção devem ser escaláveis.
Além disso, a disponibilidade de matérias-primas é um fator crítico para determinar a viabilidade comercial de um MOF. Com mais de 100.000 estruturas registadas, apenas algumas cumprem os critérios para potencial comercialização. Com base em informações recolhidas em entrevistas com empresas-chave como a BASF, Numat e Promethean Particles, o relatório da IDTechEx avalia criticamente as vantagens e os desafios das várias abordagens adotadas pelos fabricantes para ampliar a produção de MOFs. A partir de pesquisas primárias, o relatório aborda também os fatores que influenciam os custos de produção e, consequentemente, o preço de venda dos MOFs. O relatório fornece também uma visão geral das capacidades de produção dos principais fabricantes.
A captura de carbono é um fator chave para o crescimento do mercado de MOFs (estruturas metalorgânicas)
A implementação de tecnologias de captura de carbono é uma ferramenta importante para alcançar emissões líquidas zero. No entanto, apesar do elevado nível de maturidade dos métodos baseados em solventes de aminas (i.e. lavagem com aminas) para a captura de CO2, a sua implementação continua limitada, principalmente devido aos elevados custos de instalação e ao consumo de energia associado à regeneração do solvente.
Os sistemas modulares de captura de carbono com sorventes sólidos à base de MOF, como os que estão a ser desenvolvidos por Svante e Nuada, estão a ganhar impulso, impulsionados por uma redução significativa dos requisitos energéticos para a regeneração do sorvente, maior estabilidade do sorvente, seletividade de CO2 e menor investimento inicial em comparação com os sistemas à base de solventes.
MOFs para separações e purificações químicas
A separação e purificação química são operações fundamentais nas indústrias transformadoras, como a produção química, a mineração e a refinação de petróleo e gás. Os processos convencionais de separação termoquímica baseados na destilação apresentam desvantagens significativas: exigem um grande espaço, envolvem investimentos consideráveis e consomem muita energia. A seletividade química ajustável e a arquitetura de poros controlável dos MOFs (estruturas metalorgânicas) permitem a separação seletiva de substâncias químicas quando utilizados como sorventes sólidos ou membranas.
Por exemplo, a UniSieve, fabricante de membranas à base de MOF, informou a IDTechEx que demonstrou a separação de substâncias químicas com pontos de ebulição de aproximadamente 5 °C utilizando a sua tecnologia de membrana não térmica, que, de outra forma, exigiria uma separação térmica com elevado consumo de energia, utilizando colunas de destilação com cerca de 100 m de altura. Os avanços em aplicações como a recuperação de refrigerantes, a extração direta de lítio e diversos processos de separação e purificação de gases, incluindo o melhoramento do biogás e a produção de propileno de grau polimérico, estão a ser avaliados na investigação da IDTechEx.
MOF para tecnologias de captação de água e controlo climático
As tecnologias de captação de água atmosférica (AWH, na sigla em inglês), que utilizam sorventes avançados (como as MOFs, na sigla em inglês), oferecem a oportunidade de aproveitar os recursos hídricos em regiões onde as fontes tradicionais de água são limitadas. Além disso, os efeitos de aquecimento e arrefecimento induzidos pelas propriedades de adsorção e dessorção de água das MOFs também podem ser utilizados em sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), que podem operar com até 75% menos consumo de eletricidade em comparação com as tecnologias convencionais de refrigeração por compressão de vapor. Isto é particularmente importante dado que o consumo global de electricidade para os sistemas AVAC deverá triplicar até 2050 devido ao aumento da procura, especialmente na Ásia e no Médio Oriente.
O relatório da IDTechEx aborda os avanços em materiais e tecnologia para sistemas ar-água (AWH) e AVAC que incorporam MOFs, com referências e comparações de indicadores-chave de desempenho com outros sorventes. O relatório destaca também os principais intervenientes na vanguarda do desenvolvimento e comercialização destas tecnologias.
MOF para armazenamento de gás, armazenamento de energia e outras aplicações em fase inicial
Os MOFs estão também a ser investigados para aplicações de armazenamento de gás, e o fabricante americano de MOFs Numat comercializou a sua linha ION-X para armazenamento de gases dopantes para a indústria de semicondutores. Diversas startups estão também a desenvolver protótipos de soluções de armazenamento de gás natural baseadas em MOFs para suportar as redes de distribuição de gás, enquanto o progresso nas aplicações de armazenamento de hidrogénio está menos avançado. O armazenamento de energia e as aplicações em baterias são também áreas em que os MOF estão a gerar grande interesse, com empresas como a Svolt, GM, LG Energy e outras a liderar os esforços de I&D. O relatório da IDTechEx examina também outras aplicações em fase inicial, como a catálise, os sensores e muito mais.
Perspetivas da IDTechEx sobre MOF
As diversas aplicações dos MOFs oferecem uma vasta gama de possibilidades para a adoção de tecnologias baseadas em MOFs, especialmente em aplicações onde os MOFs podem reduzir significativamente o consumo de energia e os custos operacionais. Isto inclui a captura de carbono, separações químicas e captação de água. No entanto, estas tecnologias ainda não foram comprovadas à escala industrial, e as novas tecnologias podem ser percebidas como arriscadas, o que pode dificultar a sua adoção inicial. Além disso, as tecnologias existentes têm uma forte presença em mercados-alvo importantes, e os MOF podem ter dificuldades em conquistar quota de mercado.
Com a chegada de vários produtos comerciais na próxima década, as tecnologias baseadas em MOFs necessitarão de demonstrar o seu desempenho em larga escala. Isto deverá também ser complementado por um crescimento sustentado da capacidade de produção através de métodos escaláveis.
À medida que as tecnologias baseadas em MOFs se aproximam da comercialização, o novo relatório da IDTechEx, "Estruturas Metalorgânicas (MOFs) 2025-2035: Mercados, Tecnologias e Previsões", oferece uma análise independente das principais tendências e considera as aplicações dos MOFs para outras tecnologias em fase inicial, como o armazenamento de hidrogénio, o armazenamento de energia (por exemplo, baterias), semicondutores, sensores e muito mais. Com base em insights obtidos através de pesquisa primária, o relatório analisa os principais players do setor e fornece previsões de mercado em termos de procura anual e valor de mercado segmentado por aplicação. A IDTechEx prevê que este mercado cresça a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 40% entre 2025 e 2035.
Autora: Dra. Shababa Selim, Analista de Tecnologia Sénior da IDTechEx
