东丽反渗透膜如何缓解全球缺水

全球蔓延的缺水课题

地球表面约71%被水覆盖，但其中97.5%是海水，淡水仅占约2.5%。而且淡水大部分存在于南极、冰川及深层地下，人类实际可利用的河流湖泊水资源只占很小一部分。

根据联合国《2026年世界水发展报告》，全球约四成人口已经处于水资源紧张状态，若这一趋势持续，到2030年全球47%的人口将面临水资源紧张。尤其是中东和北非地区降水量稀少，人口增长与经济发展带来的用水需求增加相叠加，许多国家长期陷入缺水困境。

中东地区对海水淡化的依赖不断加深

沙特阿拉伯、阿联酋等海湾国家几乎没有河流湖泊等淡水资源，饮用水大部分依赖海水淡化。在沙特阿拉伯，国内大部分饮用水由淡化工厂供应，确保水资源稳定供给被视为国家的重要课题。

在这些国家，人口增长与经济发展同时推进，预计用水需求今后仍将持续攀升。城市化程度越高，不仅生活用水需求增加，工业用水和农业用水的需求也会同步上升。在降水稀少的干旱地区，过度开采地下水会引发地面沉降和盐水化，这意味着持续依赖地下水存在极限。因此，从“取之不尽”的海水中提取淡水的海水淡化技术，其重要性正逐年上升。

农业用水需求持续扩大

在各类用水需求中，农业用水占比尤为突出。据统计，全球取水量中约七成用于农业，人口增长带来的粮食需求扩大，直接导致用水需求同步增长。在干旱地区，农业本身就依赖地下水或淡化水，粮食安全与水资源保障已成为一体两面的课题。

缺水并非中东独有的问题

水资源紧张并不局限于中东和北非。南亚及撒哈拉以南非洲的部分地区，以及因气候变化导致降水模式改变，原本水资源较为充裕的地区也出现了阶段性缺水的报告。在日本国内，濑户内海沿岸等降水量少、地形上难以建设水坝的地区，也长期受到缺水问题困扰。水资源问题并非“他国的事”，而是需要全球共同应对的课题，这一认识近年来正逐渐扩大。

气候变化对水资源的影响

气候变化正在改变降水模式本身，使缺水问题变得更加复杂。过去降雨稳定的地区频繁遭遇干旱，而另一些地区则因短时强降雨导致水灾风险上升，降水不仅“总量”在变化，“分布不均”的趋势也在加剧。这种不确定性的上升，也在进一步凸显海水淡化作为不易受天气影响的水源的重要性。

水、粮食与能源的关联

水资源问题与粮食生产、能源生产密切相关。农业需要大量灌溉用水，而火力发电厂的冷却用水等能源生产环节同样离不开水。水、粮食与能源被认为是相互影响的“关联体系”，缺水问题一旦发生，可能像多米诺骨牌一样波及粮食生产和能源供应。

什么是反渗透（RO）膜

反渗透（Reverse Osmosis，RO）膜法是对海水施加高压，使其通过一层几乎不透过盐分、矿物质及细菌的极细膜，从而只提取出淡水的技术。隔着半透膜的不同浓度水溶液，水分子会自然地从低浓度一侧向高浓度一侧移动（即渗透现象），而通过对高浓度一侧施加强大压力，可以逆转这一流动方向，从而分离出淡水。

与蒸发法的区别

由于反渗透膜法所需能耗更低、设备也更为紧凑，近年新建的海水淡化工厂大多采用这一方式。

决定膜性能的关键技术

反渗透膜的性能取决于两方面的平衡：能在多大程度上阻挡盐分（脱盐率），以及能多高效地让水通过（透水性）。透水性越高，制取同等量淡水所需的压力（即能耗）就越低，因此各材料企业都在竞相开发能在保持脱盐率的同时提高透水性的技术。

理解渗透压这一自然现象

要理解反渗透的原理，首先需要了解“渗透”这一自然现象。用半透膜隔开两种浓度不同的水溶液时，水会自然地从低浓度一侧向高浓度一侧移动，试图使两侧浓度趋于平衡，这一过程中产生的压力被称为“渗透压”。当用膜隔开海水与淡水时，水会试图从淡水一侧向海水一侧移动；而通过人为地对海水一侧施加超过这一渗透压的压力，就能逆转水的流动方向，从海水中挤出淡水。这正是“反渗透”这一名称的由来。

反渗透膜工厂的基本构成

实际的海水淡化工厂并非仅由反渗透膜构成。取入的海水首先要经过预处理（絮凝、砂滤、精密过滤膜等），去除沙粒、杂质和微生物，之后才会进入反渗透膜。通过反渗透膜时需要用高压泵加压，而工厂通常会配备“能量回收装置”，从排出的浓盐水中回收部分加压所用的能量，从而进一步降低整体耗电量。通过反渗透膜后的水还需经过矿物质调节等后处理，才能作为饮用水配送。

• 预处理：去除海水中的沙粒、悬浮物和微生物
• 反渗透膜：通过高压分离盐分和离子，提取淡水
• 能量回收：再利用浓盐水的压力以降低耗电量
• 后处理：进行矿物质调节和消毒，使水质达到可配送标准

反渗透膜并非只用于海水淡化

反渗透膜并非专门用于海水淡化的技术，还广泛应用于工业废水处理、超纯水（半导体制造等所需的极低杂质水）制造、家用净水器等诸多领域。由于不仅能去除盐分和离子，还能去除农药、重金属等微量杂质，因此也被用于提升饮用水安全性，以及制造工业流程所需的高纯度水。一种膜技术能够应用于如此多样的领域，也充分展现了反渗透膜技术的通用性。

通过多级处理实现更高纯度

作为饮用水使用时，反渗透膜只需一级处理即可获得足够的脱盐率，但在对水质要求更严格的用途中，有时会将反渗透膜串联为多级，逐步提高纯度。如同东丽近年推出的新型膜一样，如果能提高单级的脱盐率，就可以简化这种多级处理流程，同时降低设备投资和运营成本。

东丽的反渗透膜事业与沙特阿拉伯案例

东丽自1968年起投入反渗透膜的研发，如今在全球反渗透膜市场占有超过30%的份额。日本制造的反渗透膜在全球市场也占据较高份额，美国杜邦、东丽、日东电工、东洋纺MC等前四家企业合计占据全球市场九成以上，形成寡头垄断格局。

东丽的反渗透膜被广泛应用于中东地区的大型海水淡化工厂。其代表案例是位于沙特阿拉伯西部的“舒艾巴3号”海水淡化工厂。该工厂日处理能力达60万立方米，是向麦加、吉达、塔伊夫、拜哈等地区供应饮用水的重要水利基础设施。将原本采用蒸发法的设施改造为采用东丽反渗透膜的最先进淡化工厂后，据称大幅降低了环境负荷。

自1968年开始反渗透膜研究以来，东丽从高分子材料的分子设计，到制膜工艺、模组化，全部实现自主一体化研发生产。将多年积累的高分子化学知识，从纤维业务延伸应用到水处理这一不同领域，成为该公司水处理膜事业的核心优势。

在沙特阿拉伯建立一体化生产体系

2025年11月，东丽位于沙特阿拉伯达曼的子公司Toray Membrane Middle East扩建工厂并投入运营，实现了从制膜工序到组装的海水淡化用反渗透膜一体化生产，据称这是沙特阿拉伯国内首家实现这种一体化生产的企业。通过加强本地生产体制，东丽旨在应对中东地区快速增长的淡化需求。

向美国及其他地区的拓展

东丽不仅在中东，也在美国推进水处理膜的增产。随着确保水资源日益成为全球性的经营课题，即便在干旱频发的美国西部，海水淡化和再生水（污水处理水再利用）领域对反渗透膜的需求也在扩大。对材料企业而言，水处理膜事业被定位为不依赖化石燃料原料的可持续增长领域之一。

全球反渗透膜企业格局

反渗透膜市场由美国杜邦（原陶氏Filmtec）、东丽、日东电工、东洋纺MC等少数企业主导，呈寡头垄断格局。日本制造的反渗透膜长期占据全球市场较高份额，但近年来中国企业凭借价格竞争力迅速扩大市场份额，日本企业则通过本地化生产和转向高附加值产品予以应对。东丽在沙特阿拉伯加强一体化生产体制，也可视为应对这一竞争格局变化的战略之一。

膜组件的结构

实际使用的反渗透膜通常采用将平板状膜卷绕成螺旋状的“螺旋卷式组件”形式。这种结构可以在有限的安装空间内确保较大的膜表面积，从而高效处理大量海水。每根组件被装入圆筒形容器中，一座工厂通常会排列数千至数万根这样的组件。东丽在这类组件的设计与制造方面也积累了多年经验。

研发体制

东丽将水处理膜事业定位为增长领域，在国内外均设有研发基地。除了改进膜材料本身，公司还在推进结合数字技术的运营效率化，例如利用工厂运行数据预测膜污染（fouling）并优化清洗时机。膜这一“硬件”技术创新，与运用数据的“软件”效率化两者并重，被认为将左右今后水处理膜事业的竞争力。

向其他中东国家的扩展

不仅是沙特阿拉伯，阿联酋、卡塔尔、科威特等海湾国家也大多计划新建或扩建大型海水淡化工厂。在人口增长和旅游需求上升的背景下，整个海湾地区的用水需求预计将持续扩大，对东丽等膜材料企业而言，这一地区今后仍将是重要市场。

反渗透膜法带来的环境效益

转向反渗透膜法不仅能制造淡水，还有助于减少二氧化碳排放。蒸发法需要消耗大量化石燃料来加热海水，而反渗透膜法仅需电力用于加压，因此能大幅降低能耗。以舒艾巴3号工厂为例，从传统蒸发法转型后，据称每年可减少约4500万吨二氧化碳排放，并减少约2200万桶原油消耗。

舒艾巴3号工厂实现的每年约4500万吨二氧化碳减排，是一个相当可观的数字。仅凭一座工厂的技术转型就能产生如此大的减排效果，原因在于蒸发法本身在结构上就需要消耗大量燃料。反渗透膜法只要能确保电力供应，就无需直接燃烧燃料，因此随着电源结构的脱碳化推进，淡化过程带来的排放还有进一步下降的空间。

提高透水性带来进一步节能

东丽近年推出了将盐透过率最多降低55%的新型反渗透膜，在保持99.9%以上脱盐率的同时，能将原本需要多级处理的过滤工序在一级内完成。膜的透水性越高，制取同等量淡水所需的压力（能耗）就越低，因此膜的技术创新直接关系到淡化事业的节能水平。

从全球规模看减碳效果

不仅是单个工厂，从全球范围来看，从蒸发法转向反渗透膜法也为二氧化碳减排做出了重大贡献。仅以2020年全球新建的海水淡化工厂为例，采用反渗透膜法带来的减排效果就相当于每年超过1700万吨二氧化碳。由于今后新建的淡化工厂大多将采用反渗透膜法，这一减排效果预计还将持续累积。

与可再生能源的结合

尽管反渗透膜法比蒸发法更节能，但驱动高压泵仍需要电力，这一点没有改变。因此，中东部分工厂正尝试结合当地丰富的太阳能资源，通过太阳能发电进一步降低淡化过程中的二氧化碳排放。膜的节能化与电力本身的清洁化两者并重推进，是让海水淡化真正成为可持续技术的关键。

从全生命周期看环境负荷

对反渗透膜法的环境评价，不能只看运行阶段的耗电量，还需要从制造、运输到废弃的整个生命周期来综合考量。由于膜属于消耗品，通常每隔几年就需要更换，因此提高耐久性、降低更换频率，从减少废弃物的角度来看也十分重要。东丽正在推进的耐化学性提升和使用寿命延长，不仅有助于运行阶段的节能，也有助于降低整个生命周期的环境负荷。

日本企业技术助力全球脱碳的结构

由于日本国内水资源相对充裕，海水淡化本身的国内需求有限。尽管如此，日本材料企业开发的反渗透膜技术，正在为海外水利基础设施的二氧化碳减排做出重大贡献，这可以视为一种不同于本国直接减排的“间接脱碳贡献”。这种以不体现在本国排放数据中的方式，为全球整体减排做出贡献的技术出口模式，正受到越来越多关注。

淡化成本下降带来的连锁效应

随着反渗透膜法的普及和节能化推进，海水淡化的成本长期呈下降趋势。成本下降后，此前因财政能力有限而对引入淡化技术犹豫不决的国家和地区也将获得引入的可能，从而让更多人享受到稳定的供水。材料层面的技术创新最终推动包括发展中国家在内的全球水资源获取状况改善，这一结构正是实现可持续发展目标（SDGs）第6项目标的重要路径之一。

海水淡化面临的课题

虽然反渗透膜法的普及提升了海水淡化的效率，但仍面临若干课题。其一是淡化过程中产生的高浓度浓盐水（浓盐水）的处理问题。若未经妥善处理直接排放入海，可能对周边海洋生态系统造成影响。其二是尽管相比蒸发法用电量已大幅减少，但仍需要相当规模的电力，在电力依赖化石燃料的地区，淡化本身仍面临减排方面的课题。

取水本身对生态系统的影响

淡化工厂面临的课题不仅限于排水。在“取水”这一环节，浮游生物和幼鱼被吸入取水口所造成的影响也备受关注。近年来，越来越多工厂开始采用埋设于海底的取水管道，缓慢吸取经天然砂层过滤后相对洁净的海水，以减少对生态系统的影响。

膜的老化与维护管理

反渗透膜在持续使用过程中，会因微生物附着（污染）和化学清洗而逐渐老化，因此需要定期清洗和更换。东丽正致力于提高膜的耐化学性并延长其使用寿命，以降低维护成本、提升工厂整体运行效率。

建设与运营成本较高

海水淡化工厂需要预处理设施、反渗透膜、高压泵、能量回收装置等大量设备，因此建设初期投资巨大。投入运营后，膜的定期更换、化学清洗、电力费用等也会持续产生成本。在淡水资源充裕的地区，相比利用河水或地下水的传统供水方式，淡化成本往往更高，各国、各地区会根据自身能源状况和财政状况，决定对淡化技术的依赖程度。

与当地社区达成共识

建设大型淡化工厂，还需要与取水口、排水口周边的渔业相关人员等当地社区达成共识。这需要事先模拟浓盐水的扩散状况，设计出能将对渔场影响降至最低的方案，或采取稀释后再排放等措施。除了技术层面的效率提升，这种社会层面的协调过程，也是推进可持续淡化事业不可或缺的环节。

能源结构地区差异带来的课题

尽管反渗透膜法比蒸发法更节能，但如果其电力来源依赖化石燃料，就无法实现二氧化碳零排放。在中东产油国，淡化用电很多依赖本国的天然气或石油，因此淡化技术的节能化与电源结构的脱碳化，需要作为不可分割的课题同步推进。

人才与技术的传承

淡化工厂一旦建成，往往会持续运行数十年，属于长期基础设施。因此，负责膜更换和设备维护的技术人员培养与保障，也是一项长期课题。尤其是在推进本地生产和本地雇佣的情况下，如何将膜制造与运行管理的诀窍传承给当地人才，成为决定事业可持续性的重要因素。

灾害与停电时的风险

由于反渗透膜法依赖电力，一旦发生大规模停电或灾害导致工厂停运，就存在饮用水供应中断的风险。在高度依赖淡化的国家和地区，确保应急电源、以及通过分散配置多座工厂来分散风险，已成为防灾方面的重要课题。

解决全球缺水问题的未来展望

根据联合国的预测，面临水资源紧张的人口今后仍将持续增加，海水淡化不仅在中东，也正在非洲和亚洲部分地区逐步普及。以东丽为代表的日本企业，正通过反渗透膜这一材料技术，在幕后支撑着水利基础设施这一社会基石。

在非洲和亚洲的新兴经济体中，随着城市化推进和气候变化的影响，一些原本水资源较为充裕的地区也开始频繁出现干旱。国际组织和各国政府也在为难以进行大规模基础设施投资的地区，加大力度开发小型分散式淡化设备，材料企业的技术应用范围正从大型工厂扩展到这类中小规模设备。

日本国内也在推进技术转用

日本国内水资源相对充裕，但在离岛及灾害发生时，也有利用反渗透膜的小型淡化装置作为应急水源的实例。原本为海外大型工厂开发的技术，今后有望进一步应用于日本国内的防灾和离岛基础设施建设。围绕水资源的课题，不仅涉及海洋，也与湖沼生态系统和水质修复密切相关。

污水再利用（再生水）这一选择

作为缺水对策，与海水淡化并列受到关注的，是将污水处理水进行高度处理后再利用的“再生水”技术。反渗透膜不仅用于海水淡化，也应用于这种再生水的制造，在水资源匮乏的国家和地区，已经采用将再生水与海水淡化相结合的多元水源战略。同一种技术（反渗透膜）能够应用于多种确保水源的手段，这也体现了这一材料技术的高度通用性。

材料企业承担的社会角色

东丽的反渗透膜事业，已不仅仅是单一企业的商业活动，更是将水这一生命必需资源输送到全球干旱地区的社会基础设施的一部分。作为材料企业技术创新直接支撑人们生活的例子，海水淡化是一个易于理解的典型案例。今后随着气候变化导致降水模式进一步改变，对这类材料技术的依赖度可能会进一步提升。

个人应如何面对水资源问题

海水淡化是国家级的基础设施事业，但水资源问题也与个人生活息息相关。除了日常生活中的节水，意识到粮食生产中消耗了大量“虚拟水”，并减少食物浪费，也能间接减轻全球水资源的负担。材料企业的技术创新与每个人的用水方式，二者缺一不可，共同关系到缺水问题的解决。

膜材料研究仍在持续创新

反渗透膜性能的提升，至今仍是持续进行中的研究课题。各企业正在从分子层面控制膜结构，力求在保持脱盐率的同时进一步提高透水性，同时也在开发不易被微生物附着的表面处理技术。这些基础材料研究的不断积累，将成为未来数年乃至数十年间进一步降低淡化成本、把这项技术推广到此前经济上并不划算的地区的重要推动力。

总结

在全球约四成人口面临水资源紧张的背景下，东丽的反渗透膜技术正在幕后支撑着中东地区的水利基础设施。反渗透膜这一材料技术的创新，将蒸发法转型带来的二氧化碳减排，与解决缺水这一全球性课题直接联系在一起，这一点也与可持续发展目标（SDGs）第14项“保护海洋生态”相呼应，堪称材料企业贡献社会的典型案例。