Lors de la Conférence nationale des prix scientifiques et technologiques qui s'est tenue en juin dernier, trois projets liés à la séparation membranaire ont été récompensés. La technologie de séparation membranaire offre un large éventail d'applications, comme l'indiquait l'article précédent. (publié la semaine dernière)Nous avons exploré son rôle dans le traitement de l'eau et la purification des gaz. Dans ce nouvel article, nous approfondirons ses applications dans d'autres domaines et les perspectives d'avenir de cette technologie innovante.
Séparation membranaire dans les processus biologiques, la médecine et les soins de santé
L'un des principaux atouts de la séparation membranaire est qu'elle ne nécessite ni acides, ni bases, ni solvants organiques, ni chaleur. Ceci évite les résidus chimiques et protège les composants sensibles, faisant de cette technique une solution très efficace pour la séparation biologique. De ce fait, la technologie membranaire est largement utilisée pour améliorer la sécurité et l'efficacité des produits biologiques.
Révolutionner la production de sucre
Prenons l'exemple de la production de saccharose. Les méthodes traditionnelles, comme la carbonatation ou le procédé au sulfite, laissent souvent des résidus indésirables, tels que le dioxyde de soufre, et génèrent d'importants déchets. Mais la technologie membranaire est en train de changer la donne. En 2019, après cinq années de recherche, une équipe dirigée par Wan Yinhua et Luo Jianquan de l'Académie chinoise des sciences a collaboré avec des partenaires industriels pour produire le premier lot de sucre au monde par séparation membranaire.
Cette avancée majeure a permis des progrès remarquables. Le nouveau procédé a réduit les coûts de 100 yuans par tonne de sucre, économisé 20 % d'énergie et augmenté le rendement en sucre par tonne de canne de 20 %. Plus impressionnant encore, il a permis d'atteindre le zéro déchet. Ce procédé a non seulement réduit les coûts et augmenté les profits, mais a aussi considérablement amélioré l'impact environnemental de la production sucrière. Le succès de ce projet a conduit à son adoption dans les sucreries des provinces du Guangdong, du Guangxi et du Yunnan, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l'industrie sucrière.
Technologie membranaire en biopharmaceutique
Au-delà du sucre, la séparation membranaire gagne du terrain dans l'industrie biopharmaceutique. Elle offre des avantages uniques pour la séparation, la concentration et la purification de molécules biologiques comme les protéines, ainsi que pour la stérilisation et la filtration virale lors de la production de médicaments.
Durant la pandémie de COVID-19, la demande en vaccins, en médicaments à base d'anticorps et en produits sanguins a explosé. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour séparer et purifier les médicaments biologiques, la technologie membranaire joue un rôle crucial à presque chaque étape du processus. En amont, les membranes ont garanti la sécurité et la stabilité des cultures cellulaires. En aval, elles ont été utilisées pour la filtration, l'élimination des virus et les étapes de purification, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité de la production de médicaments.
Hangzhou Cobetter Filtration Equipment Co., Ltd., leader dans le domaine des technologies membranaires, est depuis longtemps à la pointe de ce secteur, proposant des solutions membranaires complètes pour la production de vaccins, de produits sanguins et d'autres produits biopharmaceutiques. Ses membranes de filtration virale, essentielles pour garantir la sécurité de ces produits, revêtent une importance croissante.
Briser les monopoles dans le domaine des technologies de filtration des virus
Avant 2021, des entreprises étrangères comme AsahiKasei Bioprocess, Millipore et Sartorius détenaient le monopole de la technologie des membranes de filtration virale. Cette dépendance est devenue particulièrement préoccupante pendant la pandémie de COVID-19, lorsque les perturbations des chaînes d'approvisionnement ont constitué une menace majeure. Cependant, en 2021, Cobetter a lancé avec succès sa membrane de filtration virale, ViruClear VF, brisant ainsi ce monopole. D'autres entreprises chinoises, telles que Hangzhou Jiuling Technology et Saipu, ont depuis emboîté le pas, contribuant ainsi au développement des capacités nationales dans ce domaine crucial.
Systèmes ECMO vitaux
La technologie membranaire est également un élément clé des dispositifs médicaux vitaux tels que le système d'oxygénation par membrane extracorporelle (ECMO). L'ECMO, qui apporte un soutien crucial aux patients souffrant d'insuffisance respiratoire aiguë, a joué un rôle essentiel pendant la pandémie de COVID-19. Avant 2023, le marché était dominé par des marques étrangères comme Maquet, Medtronic et Sorin. Mais en janvier 2023, Shenzhen Hannuo Medical Technology Co., Ltd. a obtenu l'autorisation de mise sur le marché du premier dispositif ECMO de fabrication chinoise, marquant une étape importante pour le pays.
Dans les systèmes d'ECMO, la membrane d'oxygénation remplace la fonction pulmonaire en oxygénant le sang et en éliminant le dioxyde de carbone. Ces membranes doivent être extrêmement performantes et fiables, et leur structure spécifique garantit la sécurité. Pendant des années, la production de ces membranes spécialisées, fabriquées à partir de poly(4-méthyl-1-pentène) (PMP), a été monopolisée par 3M. Cependant, des efforts sont actuellement déployés en Chine pour briser cette dépendance.
Innovations du professeur Wang Xiaolin et du chercheur associé Lin Yakai dans le domaine des membranes d'oxygénation
Le professeur Wang Xiaolin et le chercheur associé Lin Yakai, du Centre de recherche conjoint sur les matériaux membranaires médicaux du département de génie chimique de l'université Tsinghua, en collaboration avec la succursale de Yanshan à Pékin de Sinopec, ont réalisé des avancées significatives dans la technologie des membranes.
Leur équipe a mis au point une méthode semi-empirique de sélection des diluants, permettant ainsi une production plus efficace de membranes de poly-4-méthyl-1-pentène (PMP). Ces membranes présentent une structure spongieuse qui leur confère une perméabilité à l'azote et une étanchéité supérieures aux membranes PMP commerciales. Cette innovation a permis à la Chine d'obtenir le premier brevet dans ce domaine spécialisé, brisant ainsi le monopole de longue date détenu par 3M aux États-Unis.
Cependant, les résines PMP étant toujours importées, l'équipe a exploré des alternatives. Elle a expérimenté l'utilisation du polypropylène (PP), un matériau moins cher, d'origine locale et présentant une meilleure perméabilité aux gaz, pour créer des membranes d'oxygénation à fibres creuses. Grâce à une méthode de séparation de phases composites, elle a réussi à produire une membrane en PP à porosité graduelle et à couche externe dense, offrant des performances proches de celles des membranes PMP. Le Centre commun de recherche travaille activement à la production locale des résines PMP et PP, progressant régulièrement vers une production locale.
Combler le fossé dans la technologie des membranes
Bien que la Chine ait réalisé des progrès considérables dans le domaine de la séparation membranaire, notamment en matière de développement et de production de matériaux d'entrée et de milieu de gamme, un écart important subsiste entre elle et les leaders mondiaux des technologies membranaires de pointe. Plusieurs défis restent à relever, notamment en matière de recherche et développement, de procédés de production et de diversification des marchés.
Les membranes haut de gamme exigent une précision de séparation supérieure, des propriétés anti-encrassement et une stabilité à long terme dans des conditions exigeantes, notamment en environnements chimiques, thermiques et mécaniques. De nombreux produits nationaux ne répondent toujours pas aux normes internationales. Par ailleurs, les équipements de production de membranes en Chine accusent un retard en termes d'efficacité, de précision et de constance par rapport à leurs homologues internationaux les plus performants.
Les entreprises étrangères, fortes de plusieurs décennies d'expertise technique et d'un excellent service après-vente, ont su instaurer une relation de confiance et de fidélité solide avec leurs clients. De ce fait, les membranes fabriquées localement sont principalement utilisées dans des domaines tels que le traitement des eaux industrielles et des eaux usées, tandis que leur part de marché dans le secteur haut de gamme demeure limitée.
Surcapacité dans les matériaux bas de gamme, déficits dans les matériaux haut de gamme
À l'instar d'autres secteurs, la Chine est confrontée à une surcapacité de matériaux membranaires bas de gamme, sans pour autant parvenir à produire localement des alternatives haut de gamme. Ce déséquilibre résulte principalement d'un manque de communication entre l'enseignement, la recherche et la production industrielle.
Dans le domaine de l'éducation, le système de connaissances n'a pas évolué assez rapidement pour répondre aux exigences de l'industrie. Malgré un intérêt croissant pour la technologie de séparation membranaire, sa présence dans les cursus universitaires reste limitée. La plupart des universités ne proposent que des cours optionnels, laissant les étudiants avec des bases insuffisantes dans ce domaine crucial. Cependant, des progrès sont visibles : l'université de Fuzhou a inauguré en mars 2024 le premier établissement du pays entièrement dédié à la technologie membranaire, une avancée majeure pour combler cette lacune éducative.
En matière de recherche, il est nécessaire d'accorder une plus grande importance aux applications pratiques. Malgré les progrès réalisés grâce aux politiques visant à réorienter les priorités de recherche, l'accent reste largement mis sur la publication d'articles plutôt que sur la résolution de problèmes concrets. La commercialisation de la recherche demeure lente.
En production, le manque de processus standardisés et de contrôle qualité demeure un problème persistant. Les produits nationaux souffrent souvent d'une qualité inégale en raison d'une conformité insuffisante aux normes internationales et d'une utilisation limitée de l'automatisation et des technologies de fabrication intelligentes. Améliorer ces aspects permettrait d'accroître la constance des produits et de répondre aux exigences des applications haut de gamme. La mise en œuvre d'une surveillance en temps réel, de contrôles de production automatisés et d'optimisations des processus basées sur les données permettrait aux fabricants d'améliorer leur efficacité et de réduire leurs coûts.
Voie à suivre : Renforcer la collaboration et se concentrer sur les applications
Pour surmonter ces défis, il est essentiel d'améliorer la coordination entre l'éducation, la recherche et l'industrie, tout en favorisant la recherche appliquée et prospective.
Il est essentiel de privilégier la recherche appliquée. Si le développement de nouveaux matériaux membranaires est crucial, il est tout aussi important d'optimiser l'application pratique des technologies membranaires. Améliorer les performances des composants membranaires, perfectionner les procédés de fabrication et explorer de nouvelles applications permettront d'obtenir des résultats plus immédiats. Ces efforts pourraient ouvrir la voie à des utilisations plus concrètes de la technologie membranaire, au-delà des seules innovations matérielles.
Investir dans la recherche prospective. La Chine doit cesser de suivre les leaders mondiaux et se concentrer sur le dépassement des technologies critiques qui freinent son développement. La recherche actuelle manque souvent d'innovations de rupture. Pour maintenir sa compétitivité mondiale et éviter d'être entravée par les technologies étrangères, la Chine doit privilégier la collaboration interdisciplinaire et les innovations originales qui repoussent les limites des matériaux, des procédés et des applications des membranes.
En privilégiant à la fois la recherche appliquée et la recherche prospective, la Chine peut maintenir son autonomie technologique et accroître sa présence sur le marché mondial des membranes.
