環境保護已經成為全社會普遍關注的焦點，環境監測、垃圾焚燒、污染治理等都離不開一系列的環保專用材料、設備和儀器等的支撐。本文通過對比研究的方法，分析國內外環保裝備涉及的關鍵新材料的優劣，歸納出我國環保裝備關鍵新材料的發展現面臨缺少核心技術，材料穩定性差，企業自主創新體系亟待建設和完善，設計規范與標準落后等問題，并結合環保裝備的發展趨勢，提出了推動我國環保裝備關鍵新材料發展的相關建議。
1 環保裝備產業的發展背景
1.1 發展現狀
環保裝備產業起源于美國和歐洲工業國，經過50多年的創新發展，已經成為發達國家的主要支柱產業之一。預計到2020年末，世界環保裝備產業的總產值超過10 000億美元，成為重點產業之一。北美地區以美國為主約占全球環保裝備市場的40%;歐洲地區以德國為代表占30%，以中國、日本和韓國為代表的亞洲國家占25%左右。2019年，我國環境污染防治專用設備產量78.78萬臺套(表1)，其中大氣污染防治設備、水質污染防治設備、固體廢棄物表處理設備都具備較大產能，如表1所示。但環保裝備產業低端化、同質化競爭嚴重，先進技術裝備替代推廣困難，造成我國與國際綠色發展強國仍有較大差距。
1.2 主要國家和地區環保裝備產業發展推進計劃
美國、德國、日本等國家部署較為超前，我國奮勇直追，近年來的政策支持力度增大。從20世紀70年代以來，美國、德國、日本先后建立了較為完善、健全的環境管理法律法規體系(表2)。我國的環保裝備產業發展推進計劃具有很強的針對性，先后印發《“十三五”國家倡議性新興產業發展規劃》和《關于加快推進環保裝備制造業發展的指導意見》，明確加快發展先進環保產業，促進環保裝備產業發展。
2 環保裝備涉及的關鍵新材料
2.1 先進有色材料
2.1.1 主要材料
有色金屬材料在環保設備的使用比例中僅次于鋼鐵材料，主要用于各種泵體、殼體、活塞閥門等關鍵部位，基本涵蓋銅合金、鋁合金、鈦合金、鎳合金和鉛合金等全部有色金屬材料。不同的金屬材料具備不同的特性，裝備環保設備的不同的關鍵部位，如表3所示。
2.1.2 發展現狀
2018年，我國有色金屬行業在質量不斷提高的前提下，產量穩步上升，鋁、銅、鎳、鉛等10種主要有色金屬產量達到5687.9萬t，同比增長6%，產銷率為99.8%。隨著淘汰落后產能政策的深化與轉型升級政策的出臺，有色金屬行業逐步走向可持續發展之路，如表4所示。通過技術積累與產業創新，我國有色金屬在氧化鋁產業、鋁電解技術、有色金屬冶煉產業、有色金屬二次資源回收及有色金屬加工等產業領域取得了長足進步。但是我國有色金屬行業高端選礦、冶煉與壓延加工設備核心技術缺乏，受制于德國、日本等國的先進企業。
2.1.3 發展趨勢
一是我國有色金屬行業產能過剩問題嚴重。從2012年開始，經過嚴厲整頓我國有色行業應淘汰的落后產能已不多，產能過剩問題得到明顯好轉。二是行業仍需綠色轉型升級。在技術創新上，基本形成產業創新體系，基本滿足高端裝備的需求，但在重金屬污染防控和能耗方面仍需進一步降低。三是“兩化融合”發展不足。選冶、冶煉、加工環節的關鍵工藝數控化率為80%左右，智能制造工廠倡議仍需加快推進。
2.2 高性能膜材料
2.2.1 主要材料
高性能膜材料是指具有穩定性高、分離性能高、成本低和壽命長等特征，可滿足工程化應用需求的膜材料，是新型高效分離技術的核心材料，在解決水資源、能源和環境問題方面發揮著倡議性作用。根據膜材料應用對象的不同，主要可分為水處理膜、特種分離膜、氣體分離膜等。水處理膜主要是指用于地表水和污水凈化處理的膜，是全球膜市場份額最大的一類膜材料。特種分離膜主要是指能夠在溶劑、高溫和化學反應等苛刻環境下，實現物質分離的薄膜材料，主要包括陶瓷膜、滲透汽化膜和離子交換膜。氣體分離膜主要用于氣體與氣體分離、氣體中雜質組分的脫除等，按材料性質可分為有機膜材料和無機膜材料，如表5所示。
2.2.2 發展現狀
近年來，國內膜材料產業年增長速度為15%左右。其中，水處理膜材料已實現產業化及規模化應用，進入相對成熟期，占據絕大部分的市場份額，市場增長速度有所放緩;特種分離膜材料正處于產業快速發展階段，膜品種與應用規模不斷增加，銷售額進入高速增長期;氣體分離膜材料得到初步產業化，隨著環保要求的提高，氣固分離膜、揮發性有機物回收膜等發展迅速。據中國膜工業協會統計，到2023年我國膜產業總產值接近 4 000億元，膜產品制造業的年增長率將超過20%。盡管我國高性能膜材料領域已取得了長足進步，但仍面臨一定困難及挑戰。一是膜產業原始創新能力不足;二是膜產品系列化、高端化應用程度不夠;三是膜產業標準化程度不高、市場競爭生態差。
2.2.3 發展趨勢
一是膜材料基礎理論及前沿技術創新不斷加強，打破Trade—off現象對膜材料性能限制、開發顛覆性膜材料產品成為研究熱點;二是膜技術應用領域不斷擴大，膜與其他技術的集成應用越來越廣泛，制約膜技術應用的技術關鍵不斷被攻破，以膜技術為核心的重大工程不斷出現;三是產業呈現多方合作、兼并、重組等多元模式發展態勢，膜產業鏈上下游科研機構及企業呈現一體化、國際化發展，膜市場逐漸形成良性競爭。
推薦閱讀：分析環保設備設計優化及新技術的采用
