資源、能源與環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為制約全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的三大“瓶頸”，其中解決水資源匱乏、水污染及能源危機(jī)問(wèn)題尤為緊迫。作為當(dāng)今迅速發(fā)展的高新技術(shù)，膜技術(shù)在確保可持續(xù)發(fā)展，尤其是在緩解能源危機(jī)方面將擔(dān)當(dāng)重要角色。對(duì)此，記者近日采訪了長(zhǎng)期致力于膜科學(xué)與技術(shù)研究的專家、北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院孫本惠教授。

記者：您曾在中、美、日三國(guó)化工會(huì)議上做過(guò)題為“膜技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的影響”演講，引起很大反響。膜技術(shù)的特點(diǎn)是什么?

孫教授：膜技術(shù)是本世紀(jì)最重要的高新技術(shù)之一。膜具有物質(zhì)分離、能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、控制釋放、電荷傳導(dǎo)、物質(zhì)識(shí)別等功能。膜技術(shù)的發(fā)展遵循了模擬自然、改造自然、回歸自然、服務(wù)自然的規(guī)律，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、操作簡(jiǎn)便等突出優(yōu)點(diǎn)，在幾乎所有領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用前景。可以預(yù)見(jiàn)，膜技術(shù)將為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)保駕護(hù)航，為創(chuàng)建綠色產(chǎn)業(yè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

記者：膜技術(shù)在新能源開(kāi)發(fā)方面能發(fā)揮怎樣的作用?

孫教授：世界石油價(jià)格長(zhǎng)期高位運(yùn)行，環(huán)境污染和全球變暖問(wèn)題加劇，凸顯了能源危機(jī)的嚴(yán)重性。開(kāi)發(fā)新的清潔能源取代化石能源已勢(shì)在必行。而膜技術(shù)在解決上述能源問(wèn)題方面可以發(fā)揮三大作用。首先，膜技術(shù)本身是一種節(jié)能、高效、環(huán)境友好的技術(shù);其次，采用膜技術(shù)生產(chǎn)的燃料乙醇是一種可再生的生物質(zhì)清潔能源，是石油能源的替代品;另外，采用膜技術(shù)制造的燃料電池也是一種可再生的高效清潔能源。

記者：現(xiàn)在燃料乙醇因經(jīng)濟(jì)性等原因尚沒(méi)有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，膜技術(shù)能否有效降低其工藝成本?

孫教授：生產(chǎn)、使用、推廣燃料乙醇，關(guān)鍵要采用先進(jìn)的新技術(shù)來(lái)降低生產(chǎn)成本。這應(yīng)該從幾個(gè)方面人手，比如用廢棄的秸稈等為發(fā)酵原料替代糧食原料;培養(yǎng)高效微生物以提高發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵產(chǎn)率;采用高效、節(jié)能的分離技術(shù)，用發(fā)酵液生產(chǎn)燃料乙醇(無(wú)水乙醇);發(fā)酵殘?jiān)木C合利用。其中，膜技術(shù)在高效分離上能大顯身手。

制取燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)是乙醇脫水。因?yàn)橐掖?水溶液在常壓下，在乙醇濃度為95.6(WT)%時(shí)會(huì)形成共沸體系。為了制取無(wú)水乙醇產(chǎn)品，傳統(tǒng)方法是采用恒沸蒸餾或者分子篩脫水，能耗很高。如果采用滲透汽化膜分離技術(shù)，則可以比傳統(tǒng)方法節(jié)能1/2以上，并且其過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，占地面積小，裝置高度低，便于放大，易于和其他過(guò)程耦合與集成。

目前，國(guó)內(nèi)外很多科學(xué)家正致力于這些方面的研究，我國(guó)也已取得可喜的進(jìn)展。例如清華大學(xué)研發(fā)的滲透汽化膜分離技術(shù)已成功用于乙醇和水的分離，比采用傳統(tǒng)的精餾法降低生產(chǎn)成本50%以上。福州大學(xué)研發(fā)從玉米稈、玉米芯等制備乙醇的殘?jiān)蟹蛛x、提取酶解木質(zhì)素及其衍生物，可用于合成聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂以及橡膠塑料改性劑等替代石油化工產(chǎn)品。這些研究進(jìn)展將為降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)揮積極作用。

記者：看來(lái)，燃料乙醇的發(fā)展，將為膜技術(shù)帶來(lái)巨大的市場(chǎng)空間。

孫教授：全球每年有2000億噸光合成有機(jī)物，其能量相當(dāng)于全球每年消耗能量的10倍，但是目前其利用率還不足每年消耗能量的7%。其生產(chǎn)的乙醇是一種可再生能源，將它按適當(dāng)?shù)谋壤{(diào)入汽油中可以提高汽油的辛烷值，增加汽油中的氧含量，降低汽車尾氣中一氧化碳等污染物的排放。因此世界上已有很多國(guó)家將乙醇作為汽油的調(diào)配組分，推廣應(yīng)用乙醇汽油。1976年，巴西最早發(fā)展了燃料乙醇，2002年燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到130億公升。2004年，美國(guó)燃料乙醇消耗量為586萬(wàn)噸，約占美國(guó)乙醇消費(fèi)總量的87%;到2010年，美國(guó)計(jì)劃將燃料乙醇年產(chǎn)量增加到2243萬(wàn)噸;到2025年，75%的石油能源將被生物質(zhì)能源所取代。歐盟、日本也在加速發(fā)展燃料乙醇，并提出了擺脫依賴石油的日程表。

在我國(guó)發(fā)展燃料乙醇已勢(shì)在必行。由于能源短缺，我國(guó)從1998年開(kāi)始成為石油輸入國(guó)。但是我國(guó)每年有6.5億噸廢棄的秸稈，如果用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇，則乙醇年產(chǎn)量可以達(dá)到1.3億噸，相當(dāng)于2.7個(gè)大慶油田產(chǎn)量，產(chǎn)值約為9450億元人民幣。我國(guó)目前汽油的年消耗量超過(guò)6000萬(wàn)噸。如果總消耗量的10%被燃料乙醇取代，則每年至少需要600萬(wàn)噸燃料乙醇。現(xiàn)在銷售的E93#汽油中就含有10%的燃料乙醇。

由此可見(jiàn)，未來(lái)生物能源產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，將為膜技術(shù)開(kāi)辟一個(gè)巨大的市場(chǎng)空間，同時(shí)，隨著膜技術(shù)的不斷進(jìn)步，也將進(jìn)一步促進(jìn)燃料乙醇等清潔替代能源的發(fā)展，使其變得更加高效、經(jīng)濟(jì)。