黨的十八大報告提出，提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境，堅決維護國家海洋權益，建設海洋強國。海洋強國作為十八大熱詞，關注度逐漸提升。那么，在部分海洋先發領域中已有所應用的膜技術，將如何抓住海洋強國的戰略機遇獲得更長遠的發展？膜行業還需在哪些方面努力才能更好地助力海洋強國戰略？
找切入點，立足海洋科技創新
十八大報告特別強調了建設海洋強國的基本內涵，即“四個轉變”：要提高資源開發能力，著力推動海洋經濟向質量效益型轉變；要保護海洋生態環境，著力推動海洋開發方式向循環利用型轉變；要發展海洋科學技術，著力推動海洋科技向創新引領型轉變；要維護國家海洋權益，著力推動海洋權益向統籌兼顧型轉變。
國家海洋局科技司司長雷波表示，世界主要的海洋國家有英國、澳大利亞、巴西、美國、加拿大、日本等。這些國家在推動海洋資源的開發和保護工作時，對海洋科技創新依賴程度非常高。而且，這些國家在科技政策制定上有一定的相似度，都在對海洋資源實現可持續開發利用的同時，不斷加強人類活動對海洋和海洋生態影響的關注。
雷波還表示，我國海洋強國戰略發展到2020年要實現向創新引領型的轉變，2030年要實現海洋科技的快速提升，2050年爭取使海洋科技創新能力水平達到世界前三位，即除了美國和歐盟外第三的位置。海洋強國戰略建設應該從需求出發，立足于我國自身實踐并充分發揮我國治理體制優勢來推動海洋科技發展，努力使我國海洋科技實現“彎道超車”。
因此，膜技術要服務海洋強國戰略，找準切入點很重要。中國工程院院士徐南平指出，膜技術應該關注海洋戰略的“四個轉變”，尤其要服務于海洋科技創新；同時，面向海洋工程中的重大需求，加強膜集成技術的研究，推動膜產業向海洋領域發展，提升膜技術在海洋強國戰略中的貢獻度。
據南京工業大學副校長、國家特種分離膜工程技術研究中心主任邢衛紅教授介紹，部分海洋國家對膜相關的海洋研究投資正在加大。例如，美國、新加坡都設立了專門的海洋研究機構，而且在與膜相關的方面投入了巨大經費。新加坡投入了很多研發經費到海水淡化領域；美國則是從20世紀50年代開始就對海水淡化進行研究，到20世紀80年代投入已超過15億美元。其中，僅加州政府對海水淡化的投資就達到3000萬~5000萬美元。而且，美國近年來在船艦領域也布置了許多關于膜的研究課題，比如船艦廢水處理、燃料電池膜等方面都有許多經費支持的項目。
先發領域，還需加強應用推廣
據悉，海洋工程中的膜技術已經成為當前和未來國際競爭的一個核心焦點。
邢衛紅介紹，膜技術在海洋工程的先發領域和新興領域中已有所應用。其中，膜技術在先發領域的應用需要大面積推廣。例如，膜技術在海水預處理方面的應用大有前景。
“2014年，海水作為冷卻水用量已達到了3億噸的規模。隨著海水水質的惡化，超微濾技術直接進行海水預處理會大有可為。”邢衛紅說。
而膜技術在海洋船舶環保方面的應用更為廣泛。據了解，全世界貿易中的60%是通過海運完成的，中國對外貿易90%是通過海運完成，我國海運艦隊運量居世界第四位。
據南京工業大學教授范益群介紹，船艦在海洋中運行時間長，所攜帶淡水通常不夠用；而相比陸用海水淡化裝置，艦船海水淡化裝備要求體積縮小50%，重量縮減20%，直接能耗大幅下降。因此，海水淡化裝備小型化、輕量化和低能耗等要求日趨重要。
“我國反滲透膜制成的海水淡化裝備，每天能生產60噸淡水，可保證船上人員包括吃飯、洗澡、洗衣服等的生活日常用水。目前，我國海巡艦的海水淡化裝置能保證每人每天230千克的淡水供應；英國的可移動箱式海水淡化裝置，每天可生產2萬噸淡水。”范益群說。
邢衛紅還表示，船只產生的生活污水、含油污水同樣需要處理，比如全世界船只每年攜帶的120億噸左右的壓艙水。
“壓艙水一般是從一個區域進入，到另一個區域排出，這有可能造成不同國家生物種類入侵問題。因此，壓艙水處理對除菌率有要求。目前，能用于壓艙水處理的膜技術也有多種。其中，大連理工大學用聚芳醚砜酮（PPESK）中空纖維微濾膜做水處理，除菌率達100%。”范益群說。
此外，為了保護環境，國際海事組織(IMO)提出了控制船舶柴油機有害排放的MARPOL公約附則Ⅵ，附則設定了船舶硫氧化物、氮氧化物等污染物的排放限值。我國于2006年5月23日加入，同年8月23日對我國生效。目前，IMO規定船舶使用的燃料油的含硫量限值為3.5%，這一限值到2020年將降低至0.5%。此外，全球還建立了4個排放控制區，規定所有遠洋船在排放控制區內都要使用含硫量低于1%的燃油，而這一限值已于2015年1月降低至0.1%。
范益群表示，船舶運行過程中硫化物排放量占到全世界硫化物排放總量的13%，在某些港口業發達的地方，這個數據能達到30%~40%。研究整個海洋區域，按照遠洋船舶油品含硫量閾值上下限計算，低硫油含量由3.5%降到0.1%，硫化物的排放可降低97%，但這兩種硫含量的油價格相差卻在50%左右。
“膜技術可以用于船舶煙氣脫硫過程。”范益群表示，膜可以將船舶發動機排出氣體中的二氧化硫透過去進而用堿液進行吸收。發動機排出的氣體是有一定的溫度，因此目前陶瓷膜較多應用于該領域。此外，船舶尾氣中的氮氧化物和粉塵等都可以借助膜技術進行處理。
先發領域，還需加強應用推廣
據悉，海洋工程中的膜技術已經成為當前和未來國際競爭的一個核心焦點。
邢衛紅介紹，膜技術在海洋工程的先發領域和新興領域中已有所應用。其中，膜技術在先發領域的應用需要大面積推廣。例如，膜技術在海水預處理方面的應用大有前景。
“2014年，海水作為冷卻水用量已達到了3億噸的規模。隨著海水水質的惡化，超微濾技術直接進行海水預處理會大有可為。”邢衛紅說。
而膜技術在海洋船舶環保方面的應用更為廣泛。據了解，全世界貿易中的60%是通過海運完成的，中國對外貿易90%是通過海運完成，我國海運艦隊運量居世界第四位。
據南京工業大學教授范益群介紹，船艦在海洋中運行時間長，所攜帶淡水通常不夠用；而相比陸用海水淡化裝置，艦船海水淡化裝備要求體積縮小50%，重量縮減20%，直接能耗大幅下降。因此，海水淡化裝備小型化、輕量化和低能耗等要求日趨重要。
“我國反滲透膜制成的海水淡化裝備，每天能生產60噸淡水，可保證船上人員包括吃飯、洗澡、洗衣服等的生活日常用水。目前，我國海巡艦的海水淡化裝置能保證每人每天230千克的淡水供應；英國的可移動箱式海水淡化裝置，每天可生產2萬噸淡水。”范益群說。
邢衛紅還表示，船只產生的生活污水、含油污水同樣需要處理，比如全世界船只每年攜帶的120億噸左右的壓艙水。
“壓艙水一般是從一個區域進入，到另一個區域排出，這有可能造成不同國家生物種類入侵問題。因此，壓艙水處理對除菌率有要求。目前，能用于壓艙水處理的膜技術也有多種。其中，大連理工大學用聚芳醚砜酮（PPESK）中空纖維微濾膜做水處理，除菌率達100%。”范益群說。
此外，為了保護環境，國際海事組織(IMO)提出了控制船舶柴油機有害排放的MARPOL公約附則Ⅵ，附則設定了船舶硫氧化物、氮氧化物等污染物的排放限值。我國于2006年5月23日加入，同年8月23日對我國生效。目前，IMO規定船舶使用的燃料油的含硫量限值為3.5%，這一限值到2020年將降低至0.5%。此外，全球還建立了4個排放控制區，規定所有遠洋船在排放控制區內都要使用含硫量低于1%的燃油，而這一限值已于2015年1月降低至0.1%。
范益群表示，船舶運行過程中硫化物排放量占到全世界硫化物排放總量的13%，在某些港口業發達的地方，這個數據能達到30%~40%。研究整個海洋區域，按照遠洋船舶油品含硫量閾值上下限計算，低硫油含量由3.5%降到0.1%，硫化物的排放可降低97%，但這兩種硫含量的油價格相差卻在50%左右。
“膜技術可以用于船舶煙氣脫硫過程。”范益群表示，膜可以將船舶發動機排出氣體中的二氧化硫透過去進而用堿液進行吸收。發動機排出的氣體是有一定的溫度，因此目前陶瓷膜較多應用于該領域。此外，船舶尾氣中的氮氧化物和粉塵等都可以借助膜技術進行處理。
新興領域，尋找更多用武之地
邢衛紅表示，隨著海洋油氣開采、海洋漁業、海洋再生能源等行業的興起，膜技術在這些領域也有廣闊的應用空間。
“海洋油氣業是未來海洋工程的支撐點。海上油氣平臺的水分離、含油污水處理、天然氣除雜、隋性氣體回收和可燃冰分離問題都需要膜技術參與。”邢衛紅說。
據中國科學院大連化學物理研究所研究員曹義鳴介紹，目前在海洋油氣開采中應用的主要是聚酰亞胺膜和FDA膜。
近年來，我國已成為世界第一水產品養殖大國，而且傳統養殖業發展已經趨緩，正在轉向海水養殖業。2014年，我國海洋漁業產出6000多萬噸水產品，其中，海洋養殖占到4000多萬噸。
邢衛紅認為，傳統養殖業需要的養殖面積大，且伴隨著高能耗、高水耗和高污染。今后的養殖趨勢是在單位水體內實現更高的養殖量。在循環水養殖過程中，由于喂料等過程會導致水質惡化和氨氮、COD、BOD等指標超標現象出現，借助膜技術對循環水進行增氧、富氧、凈化等處理，可以實現循環水養殖對環境零污染。
此外，邢衛紅表示，海洋可再生能源產業也是海洋新興領域之一，該產業主要利用潮汐、波浪、溫度、濃度差、海流能等來收集能源，膜技術在此領域會有廣泛應用。例如，荷蘭的鹽差能發電是利用陰陽離子交換膜，使陰陽離子定向流動產生電能。
但膜技術自身的一些技術瓶頸制約了其在海洋新興領域的發展。據天津工業大學教授呂曉龍介紹，我國溴資源越來越貧乏，但海洋中富含著海鹽、鉀、鎂、溴等物質。膜蒸餾、膜吸收等一些方法可用于微量元素的提取。如果我國膜技術的濃水濃度能翻一倍，那么海水提溴、鉀、鎂等都可以實現。
邢衛紅也表示，2014年，海洋鹽業和鹽化工行業的產值達到了1000億元，增長速度也非常快。目前，膜分離在海洋鹽業和鹽化工應用中有一些中試裝置，規模化應用還較少，這是因為分離精度沒有足夠高，在海水應用集成中還要繼續解決抗腐蝕性、耐污染性和運行成本等問題。
實現目標，技術升級最緊要
據了解，世界500強企業中的陶氏杜邦、西門子和巴斯夫等公司都在進行膜材料研究。我國包括上市龍頭企業在內的膜材料企業有1000多家，雖然公司規模都比較小，但我國膜產能每年正以20%的速度在增長，快于國際膜行業的產能增長率。“十二五”末期，我國膜行業產值已經突破千億元。據中國膜工業協會透露，我國膜行業已定下“十三五”末期產值達到2500億~3000億元的發展目標。
結合我國膜行業當前的發展形勢，為了更好地與海洋強國戰略結合，邢衛紅建議，膜技術要針對海洋工程中的資源開發利用和環境保護兩大需求加大應用研究；建立技術導向機制，提升企業創新主體作用，讓企業可以通過創新聯盟把膜行業和船舶業等緊密結合，把膜技術引入到造船工業中；采取多元化融資方式，吸引民營資本參與進來，支持膜行業在海洋戰略中的應用；同時，國家應該制定更多的鼓勵政策，引導更多的膜技術在海洋重大專項中得到應用。
“最重要的是要在膜功能、膜結構等關鍵技術方面加強研究，實現面向海洋工程的膜材料設計和研究的不斷突破。”邢衛紅表示，在基礎研究中，結合船的機理，使膜的孔徑更均一，分離效果更好，性價比更高；在技術層面，圍繞海洋工程進行專用膜研究，例如在海水淡化方面，開發出更加顛覆性的技術來實現膜產品的高性能、低成本，為我國飲水資源提供一道保障；在油氣方面，開發出更多的高性能氣體分離膜，并進行批量化生產；在工程方面，研究膜的綜合利用技術，實現水資源綜合循環利用，并針對部分園區和海島完成水資源綜合利用的工藝路線設計；在示范工程方面，建立一些面向海洋行業的示范工程，推廣水處理膜和氣體分離膜技術。
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