中国膜产业新焦点：陶瓷膜凭什么C位出道？
01什么是陶瓷膜
陶瓷膜是以氧化铝、氧化锆、氧化钛等粉体原料经烧结工艺制备而成的膜。陶瓷膜管壁密布微孔，膜两侧的静压差作为过滤时的推动力，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体颗粒、液体液滴)被膜截留从而达到料液不同成分的分离、浓缩和纯化目的。
管式陶瓷膜结构分解
陶瓷膜过滤机制包括错流过滤与死端过滤，其中错流过滤具有性能优势，大部分公司产品主要以错流过滤为主。
错流过滤：原料液流体以切线流过膜表面的方式高速循环流动，过滤液(或称渗透液)在压力作用下透过膜表面滤出，通过原料液的循环冲刷有效抑制了传统终端过滤方式中过滤介质易被阻塞的问题，保障分离过程的连续运行，提高了分离效率与分离精度，并有效降低了分离过程的能耗。
陶瓷膜渗透示意图
陶瓷膜错流过滤原理
死端过滤:在过滤浓度较高的料液时，容易使料液的大颗粒被截留在膜的表面形成膜污染，造成分离效率的快速下降，只适合处理固体含量非常低的液体。
02为何认为陶瓷膜有市场空间
高性能膜材料是国家重点发展战略新兴产业，预计2025年我国膜产业总值达5000亿元。
陶瓷膜具有优异的机械性、耐化学性、过滤精度，上世纪40年代由颇尔博士于曼哈顿计划发明，经过 70余年发展，应用领域由核电、军用、航空航天逐渐向半导体、新能源、生物医药等民用领域，2023 年全球市场规模达 68.3 亿美元，中东地区水资源紧缺，2023年计划或已在进行的海水淡化项目支出总计高达 393亿美元，未来有望迎来长期高速扩张期，传统热法海水淡化单位立方米耗能约5kWh,而膜法耗能仅为2.5-3 kWh，“一带一路”背景下膜法替代热法有望持续打开国内分离膜出口需求空间。
2020年中东和北非地区水资源压力情况
03为什么陶瓷膜会成为中国膜产业重点发展品类
膜材料广泛应用于液体、气体的选择性分离，无机膜材料具有性能优势。膜是具有选择性分离功能的材料，当膜两侧存在压力差、浓度差、电位差等推动力时，原料组分选择性地透过膜，实现不同液体或气体组分的分离、分级、浓缩与提纯。
从材质上看，膜材料分为有机膜与无机膜，其中无机膜具有分离精度高、化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、耐有机溶剂、机械强度高等优异性能。无机膜在高温、溶剂反应体系等苛刻环境下的过程工业分离和强腐蚀性、高温、高盐、含油、高悬浮物等特种水处理领域体现了良好的适用性，成为膜材料中极具发展前景的重要品种，应用端也从传统水处理向半导体、食品、医药、新能源等高附加值下游不断延伸。
04 对比传统过滤分离技术，陶瓷膜性能优异，易于运行维护
(1)机械性能强：无机陶瓷膜机械强度高，可耐压 3Mpa 以上，在高压条件下不会变形，且耐高速冲刷、耐磨，便于反冲和清洗,长期运行产水水质稳定;
(2)化学稳定性高: 陶瓷膜耐酸碱，耐强氧化剂，耐高温，耐有机溶剂，耐清洗，在 800℃以下的工作环境中可稳定使用，适用于高温、高粘度流体;
(3)亲水性高：陶瓷膜单只组件产水量大，有效降低投资和运行成本;
(4)过滤精度高：陶瓷膜可实现纳米级过滤，能有效去除水中颗粒物、胶体、微生物、微量有机物等污染物质;
(5)寿命长：陶瓷膜全生命周期内综合投资成本低;
(6)抗污性能强：无机陶瓷膜抗污染性能好，长期运行通量稳定，清洗频率低;
(7)过滤效率高：陶瓷膜采用大直径蜂窝状一体式设计，水力分布均匀，运行效率高;
(8)支撑层孔率高：过滤和反洗通量高，过滤、反洗效率高;
(9)运行成本低：陶瓷膜系统预处理要求低，降低系统总投资和运行成本;
(10)安装简易：标准模块化设计，降低系统管路投资成本;
(11)可用于食品级：陶瓷膜安全性能强，具有饮用水卫生安全产品卫生许可批件。
05 对比有机膜，陶瓷膜具备核心竞争优势，未来有望持续替代
分离膜材料主要包括有机膜与无机膜，其中有机膜中常用的材料包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等。有机膜开发应用较早，且孔径更细、过滤精度更高，成本相对较低，目前渗透率远高于无机陶瓷膜。
然而我们认为，未来趋势下陶瓷膜将持续替代传统有机膜。
主要原因包括:
(1)高分子膜易腐蚀，膜材料更换成本占比高达61%
在严苛的环境中，高分子膜材料表面易被料液腐蚀污染、被冲击易发生形变，因此造成分离性能降低、需要频繁更换等问题。根据 SPRINGER 杂志 2023 年研究，膜材料替换费用占有机膜运行成本高达 61%。
而陶瓷膜克服了有机膜在耐高温、耐酸碱、耐有机溶剂、机械强度等方面的不足，适用于各种苛刻环境或复杂条件下的膜分离应用。
(2)陶瓷膜结构更优，运行中清洗便利、流量衰减慢
无机陶瓷膜组件一般是由多根或者多片单通道或者多通道单件膜组合而成，与有机高分子膜相比不易引起膜堵塞，因此陶瓷膜在提纯或浓缩时可以获得较高的浓度比例。陶瓷膜流量衰减速度慢，同时清洗简单且效率高、成本低，膜组件内积存物较少。
(3)适用于北方低温环境
有机膜在低温下通量会显著降低，温度每降低1摄氏度，通量会降低 2/100。而陶瓷膜具有优异的耐高低温性，在北方地区极具渗透前景。
陶瓷膜和有机膜成本拆分及价格曲线
06 降本叠加先进技术研发 陶瓷膜核心制约因素持续解除
成本、工艺壁垒是目前限制陶瓷膜大规模渗透的核心因素。成本上来看：根据 SPRINGER 研究，40 LHM/bar 的有机膜组件价格约 100 美元/平米，而 40-120 LHM/bar 的陶瓷膜组件价格超 200 美元/平米。陶瓷膜组件价格虽高于有机膜，但后期运行过程膜清洗、替换等费用较低，同时目前国内各大陶瓷膜厂商持续推进降本，陶瓷膜综合性价比有望持续提升;工艺上来看：陶瓷本身脆性大且制备工艺相较高分子膜较难，同时其结构孔径也难以控制，目前国内已实现较为成熟的设计、生产能力，陶瓷膜工艺及技术壁垒持续弱化。
注：本篇文章内容选自“国盛证券研究报告”，如有侵权请联系删除或调整
