天津大学科研团队研发出一种新型全有机混合基质膜，可像“二氧化碳专属筛网”一样，从工业烟气中快速分离二氧化碳，同时兼顾材料的长期稳定性和规模化制造需求，为工业烟气碳捕集提供了一种新的低成本解决方案。

这项由姜忠义、何光伟教授领衔的研究成果近日发表于国际学术期刊《自然·能源》（Nature Energy），为解决碳捕集膜分离效率、能耗与制造成本之间的平衡难题提供了新思路。

“这一突破回应了膜材料研发长期面临的一项挑战：如何在高效分离二氧化碳的同时，确保材料易于制造。”美国布法罗大学教授于淼表示，这项研究为开发更节能、成本更低的碳捕集技术开辟了新路径，有望帮助工业领域减少碳排放。

钢铁、水泥和燃煤发电是现代基础设施建设和工业发展的重要支撑，但其生产过程也会产生大量二氧化碳。国际能源署数据显示，工业生产产生的二氧化碳中，有相当一部分来自生产过程中的不可避免的化学反应，即使提高能源利用效率，也难以完全消除这类排放。

钢铁和水泥行业合计约占全球能源相关和工业过程二氧化碳排放总量的14%。对于这些行业产生的低浓度烟气，传统碳捕集技术的成本通常为每吨二氧化碳40至120美元。较高的成本和能耗长期制约着碳捕集技术的大规模工业应用，使许多难以减排的行业缺乏切实可行的脱碳方案。

在模拟工业烟气条件下进行的测试显示，新型膜材料的二氧化碳渗透率提高了一个数量级，打破了相关领域已有的实验记录。

研究团队表示，这种共价有机框架混合基质膜不仅具有较高的二氧化碳分离性能，还能降低能耗，并可像塑料薄膜一样进行规模化加工制造。

“这不仅仅是实验室性能的提升，更是直接回应了长期制约膜分离技术应用于工业场景的现实难题。”研究团队表示。

根据初步技术经济分析，在设定的工艺流程和成本条件下，该膜材料的二氧化碳捕集成本约为每吨38美元，低于国际能源署公布的低浓度工业烟气碳捕集成本区间下限。

国际能源署在一份相关技术报告中指出，下一代膜分离技术是推动工业低碳转型的重要创新方向。降低碳捕集成本，将有助于这类技术在更多难以减排的行业实现商业化应用。

值得注意的是，捕集到的二氧化碳并非只能作为废弃物处理。研究团队指出，回收的二氧化碳主要有两类利用路径。

一类是地质封存，即将二氧化碳注入深层咸水含水层或已枯竭的油气藏等地质构造中，实现长期封存；另一类是资源化利用，例如将二氧化碳注入油田，提高原油采收率，或将其作为原料，用于生产甲醇、可降解塑料和建筑材料等产品。

经过净化处理的二氧化碳还可用于食品级二氧化碳供应，服务于饮料加工和冷链保鲜等领域，在减少排放的同时创造额外的经济价值。

对于重工业而言，降低碳捕集成本意味着可以在不过度增加生产成本的情况下实现减排，并在降低温室气体排放的同时保持产业竞争力。

从更广泛的社会经济层面看，更低的碳捕集成本和二氧化碳资源化利用，有望带来更广泛的环境和经济效益，并为工业产品价格保持稳定创造条件，避免减排成本过多转嫁给终端消费者。

研究团队同时指出，该技术距离全面产业化应用仍有多个关键环节需要突破，包括实现膜材料的大规模生产、开发膜组件，以及在真实工业烟气条件下开展长期运行验证。

“下一步，我们将重点推进大规模混合基质膜的开发，并努力降低膜材料成本。”研究团队表示，后续还将从排放浓度相对较高的工业场景入手，开展真实工业条件下的技术验证。

如果能够实现规模化应用，这种碳捕集膜有望成为难以减排行业的一项经济可行的减碳工具，为实现国家和全球减排目标提供支持，同时维护核心工业供应链的稳定。

中国日报社天津记者站 记者 闫东洁 实习生 张嘉铄