2026年9月5日，煤层气（煤矿瓦斯）勘探开发利用技术研讨会在山西双碳会客厅圆满落幕。本公众号特推出“院士专家谈·煤层气高质量发展”系列专栏，系统梳理院士专家的核心观点。第三篇聚焦中国科学院院士、中国科学技术大学教授徐铜文。
研讨会观点
在本次研讨会上，徐铜文院士以《面向2030高端分离膜材料》为题作专题报告。他系统介绍了离子交换膜、陶瓷膜等分离材料在资源回收、新能源存储领域的产业化实践，围绕水资源危机、碳中和、物质创制三大方向提出发展建议，着重指出高端膜材料在气体分离、资源循环利用领域，对保障国家能源安全具备重要战略价值。
PART.01
一、一张“膜”的30年攻关：从被封锁到反向出口
膜，看似只是一层薄薄的材料，却是现代工业分离过程的核心。离子交换膜类似于一种高精密度的离子筛选系统，能够实现特定离子的选择性透过，广泛应用于化工分离、能源转化、资源回收等高端过程。
然而，这块“膜”曾长期被少数发达国家垄断。徐铜文院士的科研生涯，正是从打破这一垄断开始的。20世纪90年代，他在南开大学师从我国著名高分子化学家、被誉为“中国离子交换树脂之父”的何炳林院士从事博士后研究。何先生给他布置的任务是利用废弃白球制备离子交换膜，解决传统离子交换树脂吸附只能间歇性操作的缺陷。半年后，徐铜文将废弃白球功能化并制成异相离子交换膜样品，但在推广过程中发现，市场真正需要的是性能更优的均相离子交换膜，而这类高端均相离子膜当时国际上只有日本、美国等发达国家能生产。
面对技术封锁，徐铜文院士带领团队迎难而上。他开创性地提出溴化代替氯甲基化的绿色制备路线，实现了离子交换容量和含水量的独立调控，不仅打破了发达国家的技术封锁和价格垄断，更在电子刻蚀、钢铁酸洗、湿法冶金等领域实现产业化应用，废酸回收市场占有率超过90%，每年回收纯物质数百万吨，节水两千四百万方。30年如一日坚守离子膜研究，使我国离子膜技术从过去的全面追赶，到如今在多个关键领域实现从“并跑”到“领跑”的重大转变。
PART.02
二、膜技术的三大战略方向：水资源、碳中和、物质创制
本次研讨会上，徐铜文院士围绕水资源危机、碳中和、物质创制三大方向提出了膜材料的发展建议。这三大方向，恰恰对应着膜技术在国计民生中最具战略价值的应用场景。
在碳中和方向上，徐铜文院士团队的研究成果尤为亮眼。2023年，团队创制了一类新型三嗪框架聚合物离子膜，实现了近乎无摩擦的离子传递，使水系有机液流电池充放电密度达到每平方厘米500毫安，是当时普遍报道值的5倍以上。研究成果发表于《自然》期刊，《科学》专门发表评述称赞其为“激动人心的进展”。目前，团队已建成年产100万平方米的隔膜产线和年产2GWh的有机液流电池产线，并与内蒙古电力集团合作建成全球首套兆瓦级水系有机液流电池储能系统，率先实现并网和商业化运营。
在水资源方向上，徐铜文院士团队的离子膜技术已在废酸回收、盐湖提锂等领域实现规模化应用。面对盐湖中镁锂比高达30:1的提取困境，团队致力于设计特殊膜及分离单元，目标直指“对镁去截留，锂让它透过”，这项“离子精馏”技术在高镁环境中精准捕获珍贵的锂，为新能源产业提供核心资源保障。
在物质创制方向上，团队首次利用双极膜实现重水解离以制备氘代酸和氘代碱，颠覆了长期以来“重水解离速率比水慢”的传统认知，将氘代酸、氘代碱等战略原料的生产成本大幅降低。双极膜作为一种特种离子交换膜，可以作为酸碱的发生源，通过水解离直接提供氢离子和氢氧根离子，改变了很多传统生产过程中必须引入额外离子的局限。
PART.03
三、膜技术赋能煤层气：气体分离的战略价值
徐铜文院士在本次研讨会上着重指出，高端膜材料在气体分离领域对保障国家能源安全具备重要战略价值。这一判断为煤层气产业的高质量发展提供了重要启示。
煤层气的主要成分是甲烷，同时还含有二氧化碳、氮气等杂质。无论是将低浓度瓦斯提浓利用，还是实现甲烷与二氧化碳的高效分离，都离不开先进的分离技术。膜分离技术具有工艺简单、操作方便、能耗低、占地小等优点，在非常规天然气的处理及开发过程中表现出非常好的应用前景，特别是在煤层气的开发以及甲烷与二氧化碳、氮气等组分的分离过程中具有显著优势。
徐铜文院士对山西煤层气产业的技术进展一直保持高度关注。2024年，他曾受邀到访太原理工大学重点实验室，对实验室在低浓煤层气分离及分子辨识吸附分离等研究平台的最新进展表示高度关注，并对研究成果给予了积极评价。
从一块被日本公司开出6000元高价的进口样品，到建成15条生产线、年产能200万平方米的离子膜产业体系；从30年前的全面追赶到如今的多个关键领域领跑，徐铜文院士用大半辈子的坚守，诠释了“膜”法力量的深层含义——在分子尺度上精准调控物质的分离与转化，为能源安全和双碳目标提供不可或缺的技术支撑。
对于正在建设国家非常规天然气基地的山西而言，高端膜材料与气体分离技术的突破，意味着煤层气从“采得出”到“分得开”“用得好的关键跨越。正如徐铜文院士所言，高端膜材料对保障国家能源安全具备重要战略价值——这份战略价值，正在山西煤层气产业的每一个分离与转化环节中逐步变为现实。
