2025年气体分离膜工程：释放下一代技术和市场扩展。探索先进材料和可持续性需求如何塑造工业气体处理的未来。

• 执行摘要：关键趋势和2025年市场快照
• 市场规模、增长率及2029年预测
• 技术创新：材料、设计和性能提升
• 主要参与者和战略举措（例如，Air Products、Air Liquide、UBE Industries）
• 新兴应用：氢气、生物气、碳捕获及更多
• 可持续性与监管驱动：脱碳和环境标准
• 竞争格局：合作伙伴关系、并购和全球扩展
• 挑战：可扩展性、成本和膜的耐久性
• 区域分析：北美、欧洲、亚太及其他地区
• 未来展望：颠覆性技术和长期市场机会
• 来源与参考文献

执行摘要：关键趋势和2025年市场快照

气体分离膜工程在2025年正经历加速创新和商业部署，受到全球推进脱碳、能源效率和可持续工业流程的推动。与传统的低温或吸附方法相比，基于膜的气体分离技术因其模块化、较低的能耗和操作简单性而日益受到青睐。该行业正见证化工、能源和技术公司之间的强劲投资和合作，重点在于扩大先进膜材料和集成系统的规模。

2025年的关键趋势包括快速采用在碳捕获、氢气净化、生物气升级和天然气处理等应用中使用的聚合物、无机和混合膜。聚合物膜仍占主导地位，因为它们具有成本效益高和易于制造的特点，但无机膜和混合膜因其在恶劣环境中的优越选择性和耐久性正逐渐获得关注。类似于Air Liquide和Linde等公司正在扩展其包含先进膜模块的产品组合，以去除CO₂和回收氢气，目标是能源和工业部门的改造项目和新建项目。

在氢经济中，膜工程对净化氢气流和从合成气或氨裂解过程中分离氢气至关重要。Evonik Industries正在推进中空纤维膜技术，以实现高纯度氢气的生产，而Air Products正在全球范围内的蓝氢和绿氢项目中推出膜系统。生物气部门也是一个主要的增长区域，Porvair和Pall Corporation为将生物气选择性去除CO₂和其他杂质提供膜解决方案，以升级为生物甲烷。

来自行业来源的数据表明，基于膜的气体分离在2025年实现了新的性能基准，相对于前几代，选择性和渗透率提升了10-20%。模块化的滑架系统使更快部署和可扩展性成为可能，特别是在去中心化和小到中型应用中。该行业还在膜制造商和最终用户之间增进合作，以根据特定的工艺流和监管要求量身定制解决方案。

展望未来，气体分离膜工程的前景依然非常乐观。对新材料的持续研发——例如基于石墨烯和促进运输膜——将进一步提高效率和成本效益。随着排放法规的收紧以及氢气和可再生气体市场的扩展，预计膜技术将在2025年及以后捕获全球气体分离市场中越来越大的份额。

市场规模、增长率及2029年预测

全球气体分离膜工程行业正在经历强劲增长，主要受到对高效节能的可持续气体处理解决方案需求的推动，如石油和天然气、化学品、生物气升级和氢气生产等行业。到2025年，市场预计将价值低数十亿美元，预计有约7-9%的复合年增长率（CAGR）直至2029年。这一扩展受到环境法规收紧、全球脱碳的推动，以及寻找经济高效的替代传统低温和吸附气体分离技术的需求。

该行业的主要参与者包括Air Products and Chemicals, Inc.，全球工业气体和膜系统的领导者，以及Air Liquide，该公司提供先进膜解决方案以进行氮气生成、氢气回收和生物气升级。UOP（霍尼韦尔）也是一大主要供应商，提供天然气处理和氢气净化的膜模块。Parker Hannifin和Evonik Industries也很突出，Evonik的SEPURAN®系列被广泛应用于生物气和氢气应用。

近年来，投资和产能扩张急剧上升。例如，Evonik Industries在德国宣布了新生产线，以生产高性能聚合物膜，旨在满足日益增长的欧洲和全球需求。类似地，Air Liquide扩展了膜生产能力，以支持大规模的氢气和生物气项目。这些发展得到了持续研发努力的支持，以提高膜的选择性、渗透性和耐久性，特别关注下一代材料，如聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）和混合矩阵膜。

在地域上，亚太地区预计将注册最快的增长，受到中国、印度和东南亚的工业扩张和环境举措的推动。北美和欧洲仍然是重要市场，受到严格排放标准和向可再生能源转换的推动。在碳捕获、利用和储存（CCUS）项目中采用气体分离膜预计将是到2029年的主要增长驱动因素，因为政府和行业寻求可扩展的CO₂减缓解决方案。

展望未来，气体分离膜工程市场前景仍然积极，因为技术进步、监管支持和全球能源转型将塑造需求。膜制造商与最终用户之间的战略合作预计将加速创新的膜系统在各类应用中的商业化和部署。

技术创新：材料、设计和性能提升

气体分离膜工程正经历快速的技术创新，受到对能源、化工和环境管理等领域急需高效、可扩展和可持续解决方案的推动。到2025年，重点是先进材料、新型膜结构和性能优化，以应对选择性、渗透性和操作稳定性方面的挑战。

材料创新处于前沿。聚合物膜长期以来一直是行业标准，正在通过纳米材料和混合矩阵设计进行增强，以克服渗透率和选择性之间的传统权衡。例如，Air Liquide通过结合强大的聚合物和复合结构改进了其MEDAL™膜技术，能够在严苛的工业条件下高效分离氮气、氢气和二氧化碳等气体。同样，UOP（霍尼韦尔 UOP）继续开发高性能的聚合物和无机膜用于氢气回收和天然气处理，重点关注耐久性和过程集成。

无机和混合膜因其优越的热和化学抗性正逐渐获得关注。Evonik Industries已经将基于聚酰亚胺和聚醚亚胺的SEPURAN®膜商业化，这些膜被广泛用于生物气升级和氮气生成。该公司还在探索新型材料类别，如金属有机框架（MOFs）和基于沸石的膜，以进一步提高选择性和通量。这些创新预计将在未来几年内实现更广泛的商业部署，特别是在碳捕获和氢气净化应用中。

设计上的改进同样显著。由于其高包装密度和可扩展性，中空纤维和螺旋卷曲配置主导市场。像GENERON和Praxair（现为Linde的一部分）这样的公司正在优化模块设计，以减少能耗和占地面积，同时改善维护和操作灵活性。模块化、滑架式系统越来越受到青睐，适用于去中心化和移动应用，反映了在多样化工业环境中灵活部署的趋势。

数字化和过程集成正在通过提升性能。领先供应商正在实施实时监控、预测性维护和先进的过程控制，以最大程度地提高正常运行时间和效率。膜系统与其他分离技术（如压力波动吸附或低温蒸馏）的集成也在进行，以实现更高的纯度和回收率。

展望未来，预计接下来的几年将会在膜材料方面取得进一步突破，尤其是MOF基和石墨烯基膜的商业化，以及在氢经济、碳捕获和可再生气体领域的应用扩展。行业领袖在研发和试点项目上进行大量投资，预示着气体分离膜工程在2025年及以后将保持强劲的前景。

主要参与者和战略举措（例如，Air Products、Air Liquide、UBE Industries）

2025年的气体分离膜工程领域，由许多全球工业领袖积极参与，各自利用先进材料科学和过程工程来应对高效、可持续气体分离解决方案日益增长的需求。其中最显著的参与者包括Air Products and Chemicals, Inc.、Air Liquide和UBE Industries, Ltd.，它们都在推动该领域的创新和战略扩展。

Air Products and Chemicals, Inc.继续在基于膜的气体分离领域扮演重要角色，尤其是氢气回收、氮气生成和二氧化碳去除。该公司的PRISM®膜技术在工业和能源应用中被广泛部署，并持续投资于扩大生产能力和提升膜性能。到2025年，Air Products将进一步将其膜系统整合到大型氢气和碳捕获项目中，以与全球脱碳趋势和不断增长的氢经济相一致。

Air Liquide在该领域占据重要地位，提供全面的膜解决方案组合，旗下的MEDAL™品牌不断扩大。该公司正在积极扩大膜制造能力，并已宣布新合作伙伴关系，以加速基于膜的气体分离在生物气升级、天然气处理和工业气体供应中的部署。Air Liquide在2025年的战略举措包括开发新一代中空纤维膜，提高选择性和耐久性，并实现膜单元的远程监控和优化数字化集成。

UBE Industries, Ltd.是一家在聚酰亚胺和其他先进聚合物膜方面的先驱，正在通过合作和许可协议扩展其全球影响力。UBE的气体分离膜因其高热和化学稳定性而受到认可，适用于天然气脱水和氢气纯化等挑战性应用。到2025年，UBE专注于扩大生产并提高其膜产品的可回收性和环境足迹，以应对越来越严格的监管和客户可持续性要求。

其他显著的参与者包括Evonik Industries AG，该公司正在推进其SEPURAN®膜系列用于生物气和氦气回收，以及Pall Corporation，该公司正在扩大其用于特殊气体分离的膜产品。这些公司在研发、自动化和全球供应链韧性方面进行投资，以满足日益增长的需求和监管压力。

展望未来，这些主要参与者的战略举措——从产能扩张和技术升级到可持续导向的产品开发——预计将塑造2025年及以后的气体分离膜工程竞争格局。

新兴应用：氢气、生物气、碳捕获及更多

气体分离膜工程正经历快速创新，受到对更清洁能源、脱碳和资源效率急迫需求的推动。在2025年及未来几年，氢气净化、生物气升级和碳捕获等新兴应用处于前沿，全球范围内的重大投资和试点项目正在进行中。

氢气在能源转型中居于中心地位，基于膜的分离技术因其能源效率和模块化特性而越来越受到青睐。如Air Liquide和Linde等公司正在扩大膜技术，用于从炼油厂的废气和氨厂回收氢气。例如，Air Liquide的MEDAL™膜正被用于新的氢气中心，提供高选择性和耐久性。同时，Evonik Industries正在推进基于聚酰亚胺的膜用于氢气净化，目标包括工业和移动部门。

生物气升级是另一个快速增长的领域。膜系统逐步取代传统的水清洗和压力摆动吸附，因其占地面积小和操作简单。如Porvair Filtration Group和Evonik Industries正在为欧洲和北美的生物气厂供应膜模块，使其能生产适合入网注入或作为车辆燃料的生物甲烷。这些系统高效地分离CO₂和痕量污染物，支持循环经济和农村能源独立。

碳捕获和利用（CCU）是膜工程取得突破的关键应用。Air Products和Linde正在对后燃烧CO₂捕获的先进膜单元进行试点，尤其是在电力和水泥厂。这些膜正被设计以提高渗透率和选择性，正在开发混合系统（膜加溶剂或吸附）以改善经济性和可扩展性。国际能源机构预计，基于膜的CCU将在2050年实现净零目标中发挥重要作用，商业部署预计将在2025年以后加速。

除了这些核心领域，膜工程还在利用气体回收、氮气生成和挥发性有机化合物（VOC）去除等小众应用中扩展。如Porvair Filtration Group等公司正在这些领域创新专用膜，利用材料科学和模块设计的进步。

展望未来，气体分离膜工程的前景非常乐观。混合矩阵和促进输运膜的持续研发，加上数字过程优化，预计将进一步提升性能并降低成本。随着监管和市场驱动力的加剧，膜技术有望在全球向可持续能源和工业流程的转型中发挥关键作用。

可持续性与监管驱动：脱碳和环境标准

气体分离膜工程越来越多地受到全球可持续性要求和日益严格的监管框架的影响，尤其是当各行业寻求脱碳和遵守不断发展的环境标准时。到2025年，该行业见证了加速采用膜技术用于碳捕获、氢气净化和生物气升级，这一切都受到政策推动和企业净零承诺的双重驱动。

欧洲联盟的绿色协议和美国的通货膨胀削减法案是最有影响力的政策驱动因素之一，刺激了低碳技术在能源密集型行业的部署。与传统的低温或吸附方法相比，基于膜的气体分离因其较低的能耗和更小的环境足迹而受到认可。例如，Air Liquide扩展了其二氧化碳捕获和氢气回收的膜解决方案，支持工业客户满足更严格的排放目标。同样，Linde在推进膜系统用于后燃烧碳捕获和蓝氢生产方面，符合更清洁燃料的监管要求。

在亚洲，中国2025年的碳达峰目标和日本的氢气路线图正在推动对先进膜模块的投资。作为日本主要制造商的Toray Industries正在扩大其聚合物和复合膜的生产，以满足工业脱碳需求的耐久性和选择性。同时，德国的Evonik Industries正商业化高性能的聚酰亚胺膜，用于生物气升级和天然气脱硫，支持向可再生能源的过渡。

监管标准也在影响材料选择和生命周期考虑。国际能源机构（IEA）和各国机构强调了对可回收和低毒性膜材料的需求，促使公司投资于更环保的化学物质和使用寿命管理。例如，Air Products正在开发具有降低溶剂使用和提高可回收性的膜系统，以符合循环经济原则。

展望未来，预计在接下来的几年里，膜技术将进一步融入大型碳捕获和氢气基础设施项目，因为政府和行业应对日益严格的排放上限和报告要求。监管压力、可持续发展目标和技术创新的融合正将气体分离膜工程定位为推动工业脱碳的关键推动力，直到2025年及以后。

竞争格局：合作伙伴关系、并购和全球扩展

2025年的气体分离膜工程竞争格局是一种加剧的战略合作、并购（M＆A）和全球扩展举措的特征，在领先的技术提供者和工业气体公司之间日益加剧。随着对高效的碳捕获、氢气净化和生物气升级的需求加速，公司正在利用合作关系以获取先进膜技术、扩大生产能力和进入新区域市场。

大型工业气体公司如Air Liquide和Linde继续投资于基于膜的解决方案，无论是通过内部研发还是收购或与专门的膜制造商建立合作关系。例如，Air Liquide扩大了其生物气升级和氢气回收的膜产品组合，将这些技术整合到其全球气体生产和分配网络中。同样，Linde通过开发专有膜系统和与技术初创企业合作加速创新，巩固了在该行业的地位。

专业膜工程公司如Air Products和Parker Hannifin也积极形成联盟，以增强其产品供给并扩展市场。Air Products专注于扩大其Prism®膜技术用于氮气和氢气分离，而Parker Hannifin则继续通过在亚洲和欧洲的分销合作伙伴关系和有针对性的收购扩大其全球影响力。

到2025年，行业目睹了跨境并购活动的增加，尤其是亚洲制造商寻求收购欧洲和北美的膜技术公司，以获取先进的知识产权和建立客户基础。像Toray Industries和Membrane Solutions这样的公司以其激进的扩展战略而闻名，包括合资企业和技术许可协议，旨在加速生产并满足清洁能源和工业脱碳项目中对气体分离的激增需求。

展望未来，竞争格局预计将保持动态，随着公司寻求确保供应链、加速创新和应对日益严格的环境法规，进一步整合是大势所趋。膜开发商与能源、化工和废物管理等行业的最终用户之间的战略合作将对于公众快速推出下一代膜系统至关重要。

挑战：可扩展性、成本和膜的耐久性

气体分离膜工程在2025年有望实现重大进展，但该行业仍在面临与可扩展性、成本和膜的耐久性相关的持续挑战。随着氢气生产、碳捕获和天然气处理等应用对高效气体分离的需求持续增长，解决这些难题对于更广泛的商业采用至关重要。

可扩展性仍然是一个核心关注点。尽管基于固有微孔聚合物（PIMs）和混合矩阵膜（MMMs）的先进膜在实验室规模演示中表现出良好的选择性和渗透率，但将这些结果转化为工业规模的模块并不简单。领先制造商如Air Liquide和Air Products and Chemicals, Inc.已投资于大型膜生产设施，但从试点到全面部署的过渡往往暴露出意想不到的问题，例如模块的包装密度、压力下降管理以及在大面积极地膜性能的均匀性。

成本是另一大障碍。膜模块的价格受原材料成本、制造复杂性和模块组装的影响。例如，虽然聚合物膜的生产成本相对较低，但其性能可能会受到渗透率和选择性之间的权衡限制。相比之下，无机和混合膜在性能上具有优势，但由于复杂的制造过程和昂贵的材料，其成本也更高。像Honeywell UOP和Evonik Industries等公司正在积极优化生产方法并降低成本，但在价格上与已建立的分离技术（如低温蒸馏或压力摆动吸附）实现平价仍然是一项挑战。

膜的耐久性对经济可行性至关重要。膜容易被污垢、塑化和化学降解，尤其是在严酷的工业环境中。商业膜的操作寿命通常为三到五年，但在污染物或强腐蚀气体的存在下，这个时间可能会显著缩短。增强耐久性的努力包括开发更坚固的材料和保护涂层。3M（Membrana）和Generon是专注于提高膜抗污垢和化学腐蚀抵抗能力的公司，旨在延长使用寿命和减少更换频率。

展望未来，行业预计通过过程优化和材料创新在可扩展性和成本效益方面实现渐进改善。然而，克服耐久性挑战可能需要膜化学和模块工程方面的突破。随着对更清洁能源的监管和市场压力加大，气体分离膜工程的创新速度将加快，行业领导者和新进入者都在努力提供在技术和经济上都可持续的解决方案。

区域分析：北美、欧洲、亚太及其他地区

2025年气体分离膜工程的全球格局，受到地域特定驱动因素、技术采用率和监管框架的影响。北美、欧洲、亚太和其他地区各自展现出独特的机遇和挑战，针对膜制造商和最终用户。

北美依然在气体分离膜创新上处于领先地位，受到对能源基础设施、天然气处理和碳捕获倡议的强劲投资推动。特别是美国，受益于成熟的石油和天然气行业以及对脱碳的强大政策支持。像Air Products and Chemicals, Inc.和Honeywell International Inc.等公司处于前沿，提供先进的膜系统用于氢气回收、CO₂去除和生物气升级。预计该地区将在膜的部署上持续增长，特别是在联邦对碳捕获和利用的激励措施扩展的情况下。

欧洲则以严格的环境法规和雄心勃勃的气候目标而闻名，加速了基于膜的气体分离技术的采用。欧洲联盟的绿色协议和Fit for 55计划正在催生对氢气基础设施和工业脱碳的投资。领先的欧洲参与者如Evonik Industries AG和Linde plc正在推进聚合物和无机膜解决方案，用于天然气脱硫和氢气净化等应用。该地区也见证研究机构和工业之间的合作增加，以开发下一代选择性和耐久性更高的膜。

亚太地区正在崛起为气体分离膜增长最快的市场，受到快速工业化、城市化和能源需求的推动。中国、日本和韩国正在大力投资于氢经济倡议和清洁能源项目。像Toray Industries, Inc.和Mitsubishi Chemical Group Corporation等公司正在扩大其膜的产品组合，以应对合成气净化、氨生产和烟气处理等地区需求。该地区对改善空气质量和能源效率的关注预计将推动在2025年及以后大幅采用膜。

其他地区包括拉丁美洲、中东和非洲，这里的气体分离膜工程正在获得关注，尽管进展较慢。中东地区，由于其丰富的天然气储量，正在探索膜技术用于气体处理和增强石油回收。像SABIC这样的公司正在加大研发投资，以实现膜生产本地化并适应严酷操作环境。尽管基础设施和投资挑战仍然存在，但随着能源多样化和环境关切上升，膜采用的前景仍然积极。

未来展望：颠覆性技术和长期市场机会

气体分离膜工程的未来将面临重大转变，受到颠覆性技术和不断变化的市场需求驱动。截至2025年，该行业在膜材料、模块设计和过程集成方面见证了加速创新，强调可持续性和能源效率。主要行业参与者正在投资于先进的聚合物、无机和混合膜，以应对选择性、渗透性和操作稳定性方面的挑战。

最有前景的领域之一是开发下一代膜用于碳捕获和氢气净化。像Air Liquide和Linde等公司正在积极扩大基于膜的CO₂捕获系统，针对工业烟气和蓝氢生产。这些系统的能耗低于传统的胺洗涤法，正在进行的试点项目预计在未来几年内达到商业成熟。同样，Air Products正在推进氢气回收和燃料电池应用的膜技术，利用专有的聚合物混合物增强选择性和耐久性。

与此同时，混合矩阵膜（MMMs）和促进输送膜的集成正在获得越来越多的关注。这些混合材料结合了聚合物的可加工性和无机填料（如沸石或金属有机框架（MOFs））的优越分离特性。UOP（霍尼韦尔子公司）和Evonik Industries正处于对天然气脱硫和生物气升级的MMMs商业化前沿，试点安装已显示出改善的甲烷回收和降低的运营成本。

数字化和过程强化也在塑造长期展望。模块化膜滑架装置配备实时监控和预测性维护，正由Pall Corporation等公司开发，能够在去中心化和偏远地区灵活部署。这一趋势预计将为小规模LNG、可再生气体和分散式氢气生产开辟新的市场机会。

展望未来，先进材料、数字过程控制和循环经济原则的融合将重新定义竞争格局。接下来的几年可能会看到膜制造商、最终用户和研究机构之间的合作加强，以加速商业化并应对脱碳目标等监管驱动因素。随着膜的使用寿命改善和成本下降，气体分离膜有望在传统上由低温或吸附技术主导的应用中占据更大的份额，从而在能源、化工和环境领域实现长期增长。

来源与参考文献

• Air Liquide
• Linde
• Evonik Industries
• Porvair
• Pall Corporation
• UOP（霍尼韦尔）
• Parker Hannifin
• Praxair
• UBE Industries, Ltd.
• Membrane Solutions
• Honeywell International Inc.
• Mitsubishi Chemical Group Corporation