A gázok elválasztására alkalmas módszerek nagymértékben különböznek a folyadékos műveletektől, a két fluidum eltérő alaptulajdonságai miatt. Egy gáznak nincs állandó térfogata, kitölti a rendelkezésre álló teret, míg a folyadéknak definiált a térfogata. A folyadékok nem (vagy csak igen nagy erőfeszítéssel) nyomhatók össze, míg a gázok könnyen komprimálhatók. A folyadékok sűrűsége, viszkozitása standard körülmények között jóval nagyobb, mint a gázoké. Mindezen aspektusokat figyelembe kell venni a gázszeparációs műveletek tervezésénél.

A gázok permeációjának jelenségét elsőként T. Graham (1829) és J. K. Mitchell (1831) figyelték meg és írták le (1.1. ábra). Észrevették, hogy a látszólag tömör, természetes gumin keresztül gáztranszport valósul meg. Mitchell hidrogén–szén-dioxid gázelegyet választott eredményesen szét (Kohl, 1997). A folyamat elméleti hátterét szintén Graham adta meg jóval később, 1866-ban (Graham, 1866): ez tekinthető a későbbi oldódásos-diffúziós modell alapjának (Wijmans, 1995). Megállapította, hogy a kialakuló fluxus nemcsak a molekulák gázfázisban megfigyelhető diffúziós sebességétől függ, hanem több tényező függvénye. S. von Wroblewski kísérletei során a gáz permeációs sebessége, a nyomás és a filmvastagság közötti összefüggést vizsgálta (von Wroblewski, 1879).

A Graham-féle diffúziót első alkalommal 1943 és 1945 között használták fel a Manhattan-projektben, urándúsításra, ahol finom mikropórusos fémmembránt alkalmaztak. A Knoxville-ben (Tenessee állam) felállított üzemben valósult meg az első ipari méretű membrános gázszeparációt alkalmazó eljárás, s nem építettek ennél nagyobbat a világon a következő negyven évben (!). Azonban ez az eljárás annyira különleges és titkos volt, hogy gyakorlatilag nem hatott a membrános gázszeparáció fejlődésére. Ezt a speciális műveletet, hátterét, jellemzőit külön fejezetben mutatjuk be.

Gruen a gumiban lejátszódó diffúziót tanulmányozta (Gruen, 1947). 1950-ben S. Weller és W.A. Steiner (Weller, 1950) iparilag fontos membránpermeációs folyamatok kísérleti eredményeiről számolt be, ahol levegőből oxigént, illetve földgázból héliumot nyertek ki (1.1. ábra). A szelektivitás és hatékonyság azonban – az akkor elérhető membránokkal – meglehetősen gyenge volt. A megfelelő szeparációhoz szükséges nagy membránfelület nem tette lehetővé a gazdaságos működtetést.

Az igazi áttörést az aszimmetrikus membránok kifejlesztése jelentette, amely S. Loeb és S. Sourirajan nevéhez fűződik, akik a Zsigmondy által készített ultraszűrő membrán felületén tudtak kialakítani sokkal finomabb struktúrákat szintén cellulóz-acetátból kiindulva (Lonsdale, 1982). Az 1960-as, 1970-es években óriási kutatás-fejlesztési munka indult el a membránszeparáció területén, ami nemcsak a membránanyagok, hanem a modulok kialakítását is magában foglalta. Ekkor jelentek meg az első, nagyobb méretű, megbízható kialakítású és jól felhasználható kapilláris és spirálmodulok. Ennek eredményeként érte el a fejlődés azt a fokot, amikor nagy fluxussal rendelkező és nagy modulkitöltési sűrűségű (a térfogathoz képest nagy felületű) membránmodulokat voltak képesek előállítani, amit akkoriban – elsősorban – a fordított ozmózissal történő vízkezeléshez használtak.

Az első ipari gázszeparációs megoldásokat korábban más területeken használt membránokkal: poliszulfon (Prism, Monsanto, USA), polivinil-trimetil-szilán (PVTMS, Szovjetunió) érték el. 1977-ben a Monsanto cég (1.1. ábra) beüzemelte az első, demonstrációs célú, ipari méretű membrános gázszeparációs rendszert Texas Cityben (Texas), amelynek célja a megfelelő hidrogén–szén-monoxid arány beállítása volt (Burmaster, 1983). 1979-ben a Monsanto megjelent a piacon az első. membrános gázszeparációra alkalmas, Prism® nevű membránnal (Henis, 1980; Bollinger, 1982), amely hidrogén elválasztására szolgált. A cég nagy előnnyel rendelkezett a versenytársakkal szemben, hiszen óriás vegyipari cégként lehetősége volt ipari méretben tesztelni termékeit a saját területén, üzemein belül. A kereslet nagy volt, különösen az ammóniaiparban. Jó néhány Prism-rendszert üzembe helyeztek ekkoriban (Maclean, 1986).

Ezek az ipari méretű, sikeres projektek bebizonyították a membrános gázszeparáció életképességét, alkalmasságát, és az eredmények alapján több cég is fejleszteni kezdett hasonló rendszereket. Az 1980-as évek közepére már rendelkezésre álltak membránok a földgázban levő szén-dioxid elválasztására a metántól (Koros, 1993). Ezek később a biogáztisztítás során, majd a levegőből történő nitrogénelválasztásra is felhasználhatóak voltak. Ez utóbbi annyira sikeresnek bizonyult, hogy ma is költséghatékonyabb, mint a korábbi technikák, s világszerte több, mint 30 ezer kis-, illetve közepes méretű nitrogéngyártó rendszer működik.

A membrános gázszeparáció alapjait tehát a XIX. században rakta le J. K. Mitchell (Mitchell, 1831), T. Graham (Graham, 1829 és Graham, 1866) és S. von Wroblewski (von Wroblewski, 1879). Az 1940-es, 1950-es években főként R. M. Barrer (Barrer, 1951), G. J. van Amerongen (van Amerongen, 1946; van Amerongen, 1950), S. A. Stern (Stern, 1966) és P. Meares (Meares, 1954) nevéhez fűződnek a szisztematikus méréseken alapuló legfontosabb megállapítások, amelyek megalapozták a gázpermeáció modern elméleti leírását. A teoretikus háttér feltérképezése máig nagy lendülettel folyik, bár manapság már nagy részük a polimerek, illetve egyéb membránanyagok tulajdonságai és permeációs viselkedésének összefüggéseire irányul, illetve emellett a modellezés, a modulfejlesztés és egyéb területeken is születnek figyelemre méltó eredmények (Galizia, 2017; Mateucci, 2006).

Napjainkban egyre több területen terjed el növekvő mértékben a gázszeparációs technikák között a membrános eljárások alkalmazása, aminek oka sokrétű előnyeiben (Castel, 2020) rejlik: