科技赋能碳中和:离子膜技术引领绿色能源革命

问题:碳达峰、碳中和是一场覆盖能源供给、终端用能与工业体系的系统性变革。

当前减排进入“深水区”:一方面,可再生能源占比提升带来波动性与消纳压力,迫切需要高效储能与灵活调节能力;另一方面,钢铁、化工、水泥等过程工业碳排放占比高、工艺链条长,单靠末端治理难以满足长期目标。

如何在保证安全、成本可控与规模化推广的前提下,实现能源与工业的协同降碳,成为亟待破解的关键课题。

原因:支撑“双碳”目标的核心不只是能源种类变化,更是材料与过程技术的升级。

分离科学的重要性正在凸显。

无论是电池体系中正负极材料与电解质之间的稳定隔离,还是制氢与化工过程中离子与分子的高选择性传输,本质都依赖对“分离”这一基础科学问题的精确解决。

以离子膜、双极膜为代表的膜材料技术,能够在微观尺度上调控传质与反应界面,从而提升能量转换效率、降低副反应风险,并为连续化、集成化生产提供条件。

膜技术之所以被寄予厚望,正因其兼具通用性与可嵌入性,能够在多个环节形成“节能降碳的技术共振”。

影响:膜材料与膜过程的突破,正在为新能源与低碳工业提供可复制的技术抓手。

在储能领域,稳定可靠的隔离与离子传导能力直接关联电池安全性、寿命与效率,是支撑高比例可再生能源并网的重要底座。

在氢能领域,制氢、纯化与相关化学转化环节需要更高效率、更低能耗的分离与耦合技术,膜体系有望在提升能效、降低单位制氢成本方面发挥作用。

在过程工业领域,许多传统高耗能分离步骤仍占据能耗大头,膜法替代或与传统工艺耦合,可减少蒸馏、吸收等高能耗单元的依赖,为产业链整体降碳提供空间。

更重要的是,随着新型材料与工程化能力提升,膜技术不仅是实验室成果,也越来越成为产业升级的“工艺工具箱”。

对策:推动膜技术更好服务“双碳”,需要在基础研究、工程验证与产业协同上形成合力。

首先,要围绕关键材料的稳定性与规模制备能力持续攻关,聚焦长期运行中的耐化学、耐污染、耐老化等痛点,提升全生命周期可靠性。

其次,应强化应用场景牵引,以储能、电解制氢、化工分离、二氧化碳资源化利用等重点环节为抓手,通过示范装置和中试平台验证技术经济性,形成可推广的工艺包。

再次,需加强跨学科协同与标准体系建设,让材料、装备、系统集成与安全评估同步推进,推动产学研用深度联动,缩短从研究到产业化的周期。

围绕这些方向,中国科学技术大学相关团队长期开展离子膜、双极膜等研究,并依托碳中和研究平台推进成果转化与人才培养,为关键技术攻关与产业应用衔接提供支撑。

前景:面向未来,“双碳”进程将从“是否可行”转向“如何更经济、更安全、更可持续”。

膜技术的价值,既体现在单点性能提升,更体现在与电化学、催化、过程强化等技术的耦合集成。

随着我国新能源装机持续增长、氢能产业链加速布局以及工业绿色改造深化,膜材料与膜过程有望在更广泛场景实现规模应用。

可以预期,围绕关键膜材料国产化、装备工程化与系统集成优化的竞争将进一步加剧,技术路线也将从单一突破走向全链条优化。

通过持续创新与应用落地,分离科学有望成为我国推进能源转型和工业减排的“基础设施型”技术之一。

据介绍,相关对话节目将聚焦膜技术与“双碳”实践路径,邀请中国科学院院士、中国科学技术大学化学与材料科学学院徐铜文教授与《锚点》节目嘉宾展开交流,围绕离子膜、双极膜等方向,探讨储能、制氢及过程工业低碳变革中的关键问题与趋势。

节目将于东方卫视1月21日22时播出,并于上海电视台新闻综合频道1月24日22时播出。

碳中和不是遥远的未来愿景,而是正在进行的科技竞赛。

从宏观的能源战略到微观的膜分离机制,每一项科学突破都是推动这场变革的重要力量。

通过加强科学传播,让更多人了解这些看不见的科技创新如何改变着我们的能源未来,有助于凝聚全社会推进绿色低碳发展的共识与力量。