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李寿生:我国化工新材料创新发展正在进入“闯高端”的新阶段

      10月14日,在华中科技大学举办的中国化学会高分子年会上,中国石油和化学工业联合会会长李寿生作主旨报告,分析了我国化工新材料产业创新发展的现状、问题和未来,作出我国化工新材料的创新发展正在进入“闯高端”新阶段的重要研判。以下为报告全文。


      我国化工新材料的创新发展正在进入新阶段

      从2010年起,我国石油和化学工业的销售收入已经是世界第二大国,仅次于美国。其中化学工业的销售收入超越美国,是世界第一大国。目前我国化学工业的销售额占到世界化学工业销售额的44.4%,超过美国、欧洲和日本的总和。在全球化学工业的发展中,化工新材料始终是世界各国和跨国公司都在抢占的一个制高点,化工新材料创新发展的水平是世界化学工业整体发展水平的一个重要标志,也是反映世界化工强国地位的一个重要尺度。
      党的十八大以来,随着我国化学工业整体创新能力的快速提升,化工新材料产业也得到了快速发展。当前我国化工新材料发展呈现以下五个特点:
      一是产业体系不断完善,产业规模持续扩大。2022年,我国化工新材料产能超过4500万吨,产量达到3323万吨,分别比2015年提高87.5%和97.7%,实现产值13160亿元,产业体系不断完善,产业规模持续扩大,自给率显著提升。特别是我国化工新材料在基本化工新材料和高端专用新材料取得技术突破的同时,生物基新材料也在快速突破并逐步形成规模。目前在可降解塑料聚乳酸、生物尼龙和蒲公英橡胶技术创新方面,我们走在世界的前列。
      二是技术创新能力不断增强,保障水平持续提升。“十三五”以来,我国化工新材料重大关键技术取得了一系列新突破。先后攻克了茂金属聚丙烯、110千伏高压绝缘电缆专用料、光伏级乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等高端聚烯烃;光学级聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、溶液法聚苯醚、聚砜等高性能工程塑料;苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、防弹玻璃用热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)等高性能橡胶;高强高模聚酰亚胺、大丝束碳纤维、高伸长间位芳纶、高韧性对位芳纶等高性能纤维;钙钛矿量子点光学膜等高性能膜材料;高镍三元正极材料、磷酸铁锂、双氟磺酰亚胺锂、电池用聚偏氟乙烯(PVDF)等新能源电池材料;生物基聚乳酸、尼龙56技术也取得了重大突破、化工新材料为“补短板”和保障国家经济安全作出了突出贡献。
      三是新材料竞争力不断提升,领军企业迅速成长。随着企业创新能力的不断提升和自主创新技术的不断突破,一批新材料领军企业快速成长。中国石化、中国石油和中国化学工程集团在高端聚烯烃、高性能纤维、尼龙6、尼龙66和气凝胶领域引领行业高端发展;中化控股公司在工程塑料、有机硅、有机氟、芳纶领域持续发力;华润集团、中车集团、中材集团分别在特种聚酯、高性能纤维、高性能膜材料领域加速布局;万华化学在异氰酸酯全产业链和新能源材料细分领域不断取得新进展;巨化集团、兴发集团、金发科技、丰原集团、泰和新材、福建锦江、长春高崎和江苏先诺等一批地方国企和民营企业分别在电子化学品、氟化工、芳纶、光伏级EVA、硅材料、膜材料、氨纶、特种尼龙、改性塑料、聚酰亚胺、碳纤维和生物化工等领域不断取得新突破,越来越多的化工新材料技术指标正在接近和达到国际先进水平,显示出我国化工新材料产业创新发展的强大生机与活力。
      四是一批化工新材料专业园区迅速成长,产业技术特色和规模优势正在集聚显现。一批以化工新材料为主业的专业化工园区正在迅速成长,产业技术特色和市场竞争优势快速提升。高端聚烯烃和工程塑料产业集聚发展的上海化工园区、宁波石化经济开发区、南京化工园区、齐鲁化工园区、大亚湾化工园区以及氟硅材料集聚发展的常熟氟化工园区、东岳氟硅新材料园区、江西星火有机硅产业园区,还有聚氨酯产业集聚的烟台万华工业园、宁波大榭开发区、蚌埠生物基化工新材料产业园区、淄博高新园区等,都在呈现出成长的跨越和优势提升的新变化,我国化工新材料的园区基地和核心载体正在形成。
      五是我国重点大专院校、科研院所和大型骨干企业紧密结合,正在形成一大批充满活力、转换快捷、产学研用一体的创新平台。在我国化工新材料创新发展的实践中,清华大学、天津大学、四川大学、浙江大学、北京化工大学、华东理工大学、上海交通大学、华南理工大学、华中科技大学等一批大专院校,以及中国科学院大连化物所、长春应化所、化学所、过程所和航天研究院等一大批化工研究院所等已经在陕西榆林、山西晋城、内蒙古鄂尔多斯、天津南港和大港、浙江宁波和衢州、广东惠州和珠海、江苏南京和张家港、辽宁长兴岛等地同重点化工企业建立了一批长期合作的创新平台和创新基地,在市场需求的牵引下,这批产学研用平台奉献了一大批高端技术成果,化工新材料创新体制的突破也正在显示出改革的活力和长远的优势。
      以上五大特点,充分说明我国化工新材料创新发展正在跨入一个全新的阶段。这个阶段的一个根本性变化,就是当下的创新已由“跟随型”阶段转入了一个“引领型”的新阶段。作为世界第一的化工大国和化工新材料消费大国,中国必然会成为世界化工大国和跨国公司竞争的焦点,化工新材料高端技术引进的机会会越来越少,自主创新的紧迫性越来越高。在整个行业“补短板”突出矛盾逐步缓解后,赶超世界前沿“闯高端”的创新,就已经成为发展的主流。在这个大竞争时代,立足自主创新、绿色创新、高端创新,提高自己的创新能力和竞争能力,是我们面向未来的唯一选择!

      未来我国化工新材料创新发展必须抢占的技术制高点
      国外研究机构和媒体把全球化工新材料产业发展划分为三大梯队的格局:
      第一梯队包括美国、日本和欧洲。分析认为美国全面领先;日本站在纳米材料和电子信息材料的高端;欧洲处在结构材料、光学与光电材料、纳米材料的前沿。
      第二梯队包括中国、韩国和俄罗斯。分析认为在第二梯队中中国站在第一位,在半导体照明、稀土永磁、人工晶体材料方面领先;第二位是韩国,在显示材料、存储材料方面领先;第三位是俄罗斯,在航空、航天材料方面领先。
      第三梯队是巴西和印度等国家。
      从全球化工新材料发展的最新趋势看,产业垄断正在加剧,高端材料的技术壁垒的竞争更趋白热化。特别是一些大型跨国公司,凭借自身的技术研发、资金和人才优势,已经在很多高技术含量、高附加值的新材料产品中占据主导地位。比如,日本东丽、帝人公司,垄断了高性能碳纤维及其复合材料技术;美国铝业公司,掌握了飞机用金属材料80%的专利;美国杜邦公司、日本帝人公司,控制了对位芳纶纤维市场80%的份额;日本信越、德国瓦克、日本住友、三菱材料等公司,占据了国际半导体硅材料80%的市场份额;美国科锐公司,占据了碳化硅单晶70%以上的全球市场份额。
      根据我国石油和化学工业高质量发展的技术要求,以及国外发达国家化工新材料发展趋势,综合各研究机构和专家的研究成果,特别是根据我们行业“十四五”规划目标和产业升级的重大需求,我们认为当前和未来一段时间,我国化工新材料创新发展 “闯高端”的战略任务应重点集中在以下七大领域:
      (一) 高端聚烯烃材料及关键单体。高端聚烯烃及单体供给不足和创新能力落后,仍然是我国化工新材料发展的一个突出矛盾。要重点突破高性能催化体系和复合聚合工艺难题,开发高碳α-烯烃、光伏胶膜及汽车工业用聚烯烃弹性体(POE)、超高压绝缘聚烯烃专用料、包装材料用茂金属聚乙烯、多组分聚丙烯(PP)釜内合金等高附加值产品,形成系列化产品,实现高水平国产化替代,支撑高端聚烯烃产业向高性能、多功能、精细化方向发展。
      (二) 高端合成橡胶。在高端合成橡胶技术创新发展中,重点要突破氢化丁腈橡胶(HNBR)加氢催化剂催化机理和加氢过程聚合物结构变化机理,重点开发航空航天、国防军工用HNBR和绿色轮胎专用官能化溶聚丁苯橡胶(SSBR)以及5G通讯电路板材料用液体橡胶,构建自主可控的高端官能化橡胶产业链。要进一步加大生物橡胶开发力度,力争取得新的突破。
      (三) 高端合成纤维材料及单体。我国是世界上最大的纺织品市。谖蠢吹母叨朔⒄怪,我们要在碳纤维和己二腈/己二胺成套技术及2,6-萘二甲酸核心技术上取得重大突破,加快推进高强高模千吨级纤维生产线建设,并在特种纤维及下游市场开拓中,加快创立质量、品种和品牌的优势。
      (四) 工程塑料及特种工程塑料。要重点突破特种聚碳酸酯核心技术和特种尼龙核心技术,建成3000吨级氢化双酚A、万吨级1,4-环己烷二甲醇(CHDM)、千吨级异山梨醇生产装置,建成万吨级特种聚碳酸酯柔性生产线,大力开发聚酰亚胺薄膜、聚芳醚类特种工程塑料等产品应用市。銮科放朴跋炝拖盗胁放坪,突破航天航空应用的瓶颈,不断扩大工程塑料的市场应用水平和市场竞争能力。
      (五) 电子化学品。以第三代半导体为代表的化合物半导体新材料,正在重塑全球半导体产业竞争新格局,我们可以充分利用国际半导体产业和装备巨头还未形成专利、标准和规模垄断的机遇,在后摩尔时代实现超越。要在超大规模集成电路和半导体用光刻胶外延气技术、特种液晶高分子材料、特种光学聚酯膜材料、湿电子化学品以及封装材料上取得领先突破。
      (六) 生物基材料。随着生物基材料技术的创新突破、生物基材料呈现出一个爆发式增长的新态势,随着“双碳”目标的实施,生物基材料的发展又进入了一个黄金时期。2023年9月美国发布了《生物技术和生物制造明确目标》,提出了生物基聚合物要在20年内取代目前90%以上的塑料和其他商业聚合物的目标。当前我们要在加快实现具有自主知识产权的工业菌种和酶制剂技术的创新突破外,还要集中力量在生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)、生物基聚丙烯腈和生物基电池级硬碳负极材料三个方面取得重大突破。提升更清洁、更高效、更安全的生物发酵和分离提取技术水平,建立规模化示范工程和行业标准,力争在生物基材料技术创新方面走在世界前列。
      (七) 二氧化碳(CO?)资源化利用技术以及塑料化学循环技术。未来CO?资源化利用将会成为世界各国高质量发展的竞争焦点。碳基材料也是化工新材料中的一个大家族,目前世界各国、各跨国公司都在加大研发力度,积极寻求CO?资源化利用的技术、工艺和产品。前不久,日本研发出利用CO?生产丁苯合成橡胶的新技术,为CO?在化工新材料方面的利用又探索了一条新路。我国化工行业也要进一步加大CO?资源化利用和塑料化学循环利用的研发力度,在化工新材料的利用方面,力争闯出一条具有中国特色、国际领跑的新路子。

      我国化工新材料新发展阶段的创新必须实现三大突破
      实践告诉我们,未来国际化工新材料高端垄断局面的打破,必须依赖我们自己的技术创新,未来我国化工新材料竞争优势的建立,也必须依赖我们自己的技术创新。一个企业、一个行业、一个国家的创新突破,必然要伴随着创新环境的重大改善和突破。当前我国化工新材料创新发展进入了“闯高端”的新阶段,必然要求全行业在观念上、组织上和激励方式上也要跨上一个新台阶。化工新材料创新发展正在观念、组织和激励方式三个方面发出强烈的呼唤。
      一是观念上的突破。2005年美国国立研究院议会发布的未来20年世界化工发展新趋势的报告告诉我们:“从20世纪90年代开始,化学和化工开始重合,两者的关系变得更加紧密了。这在高分子、催化和电子材料的合成到制造、生物科学和生物工学、药学、纳米科学和纳米工学、计算机科学与工程等跨学科领域尤为显著。这些领域不但作为化学的领域被接受,而且成了以化学为中心的领域,横跨各个传统的化学领域。在这些领域区分化学家和化学工作者没有太大意义。”美国这份研究的报告题目就是“超越分子的界限”,充分反映了世界化学研究方向的鲜明变化。专家们认为,今天的化学领域已经超越了分子扩展到了材料、细胞、生命、地球等学科,认为在那里有化学的新的发展可能性。化学在不断变化,我们的认识、我们的创新也要随之而变化,我们在认识上和观念上的变化开始了吗?
      二是组织上的突破。同样是这份研究报告认为,从20世纪90年代开始,化学研究的现有结构开始瓦解。首先,化学中最大的创新机会已经在传统化学范畴之外了。新的化学前沿是生命科学、材料科学。此外,再加上能源、环境、健康管理。其次,功能研究取代了结构成为研究的主要目标。功能比结构更难处理,特别是功能设计难度更加一筹。再次,由于人才需求和人才供给的失衡,学术性化学研究人员过剩,最终领域的分割导致年轻化学人员狭窄的专业化,培养不出适应发展需求的新学术制造的化学家。为了应对当前的挑战和未来行业发展的需求,化学专业培养必须大胆、加快人才培养的变革。除了这份研究报告提出的人才培养变革外,当下和未来我们化工新材料的研发和产业创新,在组织方式上也必须加快变革,要把开放的,既有专业分工、又有协调配合的整体性创新团队组织起来,打通产学研用体系的堵点、断点,加快开放式研发新体制的建立和完善,在实践中加快跨学科复合型人才培养和领军人才的铸造。
      三是激励方式上的突破。高端创新是极其复杂、极其艰难的过程,要宽容失败、允许过错。有人告诉我,民营企业的创新同国有企业的创新,在激励方式上有一个截然不同的“九一模式”:民营企业有10个创新,9个失败,1个成功,就OK了!而国有企业有10个创新,9个成功了,应该;1个失败了,换人!在未来高端新材料的创新实践中,我们是否应该多一些理解、多一些包容、多一些支持。“失败是成功之母”,是科学创新发展中的真理,也是我们在创新管理中需要急切改进的一个重要环节。
      化学和化学工业是一个可持续发展的朝阳事业,需要一大批充满活力、充满热爱、充满追求的年轻人才,大学教育是人才培养、特别是年青人才培养的决定性阵地。大学教育一定要“将最好的年轻学生吸引到化学科学中来,要帮助他们挑战并取得成就。他们在分子的最前线及超越分子的领域工作,一边欢度激情的人生,一边顺应人类迫切的愿望做贡献”。
      化学是神奇的。我们的物质世界全部是由原子、分子组成的,但原子、分子的组成是无限多样性的,由这种多样性而产生的物质的性质和反应,并利用这种多样性制造新的物质是今后化学“新知识制造”最值得期待的!这个世界上还尚有超出我们想象的丰富多样的世界,在那里一定会有更加丰富多样的化学新未来!这就是人类对21世纪化学的期待。


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