儀征化纖生產(chǎn)基地。劉玉福 攝

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本文提出，發(fā)展化工新材料迫在眉睫，是大國(guó)博弈和推進(jìn)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵因素；發(fā)展化工新材料遇到三大挑戰(zhàn)：研發(fā)成功率低、市場(chǎng)驗(yàn)證時(shí)間長(zhǎng)、應(yīng)用量小，文章進(jìn)行了剖析并探討相關(guān)解決方法；化工新材料發(fā)展機(jī)遇多多，機(jī)遇較大的行業(yè)包括高端裝備、新能源及節(jié)能環(huán)保。文章還就化工新材料快速發(fā)展給出了集中力量進(jìn)行重點(diǎn)突破等建議，敬請(qǐng)關(guān)注。

□李 超 呂曉東 袁學(xué)玲 竇悅珊 楊惠馨

化工新材料已成為大國(guó)博弈和第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵要素，比如特種工程塑料應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、大絲束碳纖維應(yīng)用于新能源領(lǐng)域、超高分子量聚乙烯應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域、液晶聚合物應(yīng)用于5G通信領(lǐng)域，得化工新材料者可制勝未來(lái)。此外，我國(guó)全力推進(jìn)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，化工新材料能耗更低、性能更強(qiáng)，代替鋼鐵、木材、玻璃、水泥的趨勢(shì)愈加顯著。

我國(guó)發(fā)展化工新材料的需求非常迫切。從國(guó)家層面來(lái)說(shuō)，由于很多關(guān)鍵材料被“卡脖子”，在高端裝備等領(lǐng)域的發(fā)展挑戰(zhàn)很大。從企業(yè)層面來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)大宗化工產(chǎn)品同質(zhì)化和低端競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，新材料的研發(fā)成為開拓市場(chǎng)空間、減少內(nèi)耗型競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。

隨著更多產(chǎn)能投放和需求增速下滑，競(jìng)爭(zhēng)將逐漸從技術(shù)壁壘轉(zhuǎn)移到成本效益上，利潤(rùn)逐漸下滑至較低的均衡水平，面對(duì)優(yōu)勝劣汰，企業(yè)只有重新洗牌。而發(fā)展化工新材料，有利于避免內(nèi)耗式低利潤(rùn)競(jìng)爭(zhēng)。化工新材料開發(fā)初期需求體量有限，產(chǎn)能較少，但是由于市場(chǎng)未被完全開拓，整體價(jià)格利潤(rùn)水平較高。隨著資本逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，會(huì)進(jìn)入產(chǎn)能、需求和利潤(rùn)都增長(zhǎng)的階段。

開發(fā)新材料利于企業(yè)盈利

化工新材料迎來(lái)廣闊發(fā)展機(jī)遇

在國(guó)家政策的支持和引導(dǎo)下，化工新材料迎來(lái)廣闊的發(fā)展機(jī)遇，尋找需求潛力大、增速快、可拓展性強(qiáng)的化工新材料可作為國(guó)內(nèi)化工企業(yè)謀劃重點(diǎn)。

從行業(yè)來(lái)說(shuō)，高端裝備、新能源及節(jié)能環(huán)保行業(yè)發(fā)展前景較好，細(xì)分來(lái)看，高端裝備行業(yè)的高鐵、地鐵、超高壓輸電，新能源行業(yè)的光伏、風(fēng)電、新能源汽車，電子信息行業(yè)的5G、芯片，節(jié)能環(huán)保行業(yè)的節(jié)能照明、氣體分離、水處理，以及醫(yī)療健康行業(yè)的醫(yī)療器械等，都具有較好的發(fā)展前景。

從國(guó)產(chǎn)化潛力來(lái)看，自給率較低的產(chǎn)品具有更大的國(guó)產(chǎn)化空間，比如高端工程塑料、高端聚酯、電子化學(xué)品、關(guān)鍵單體及中間體等。

目前，我國(guó)最關(guān)鍵的化工新材料是應(yīng)用于芯片領(lǐng)域的光刻膠。隨著2023年長(zhǎng)春光機(jī)所開發(fā)出最頂尖的EUV光刻機(jī)樣機(jī)，光刻膠成為我國(guó)與外國(guó)差距懸殊的產(chǎn)品。所需材料是否能成功研發(fā)、研發(fā)后是否能純度達(dá)標(biāo)、達(dá)標(biāo)后是否能穩(wěn)定生產(chǎn)、生產(chǎn)設(shè)備和工藝是否匹配等一系列技術(shù)和工程問(wèn)題都亟待攻克。

我國(guó)最大市場(chǎng)潛力的化工新材料是茂金屬聚烯烴。目前歐美國(guó)家茂金屬聚烯烴滲透率已達(dá)到了40%，而我國(guó)僅有3%，還有千萬(wàn)噸級(jí)的增量。由于分子量分布窄，茂金屬聚烯烴性能非常優(yōu)異，埃克森美孚已到了第四代的水平，而我國(guó)目前還處于第一代。無(wú)論是性能還是成本，我們都還有很大的增長(zhǎng)空間。

我國(guó)最熱門的化工新材料發(fā)展行業(yè)包括電動(dòng)汽車、電池、光伏及風(fēng)電。相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年我國(guó)電動(dòng)汽車保有量將達(dá)到1億輛，2035年將達(dá)到2億輛，意味著已突破40%的保有量。電動(dòng)汽車車體較傳統(tǒng)能源車更重，因此對(duì)輕量化材料需求巨大。據(jù)測(cè)算，到2030年我國(guó)電動(dòng)汽車輕量化材料需求將高達(dá)750萬(wàn)噸以上，若不存在產(chǎn)能瓶頸，需求有可能突破千萬(wàn)噸以上。電池行業(yè)的增速會(huì)高于電動(dòng)車的增速，因?yàn)槠涑俗鰟?dòng)力電池，還可做儲(chǔ)能電池，未來(lái)十年將有10倍增長(zhǎng)。據(jù)測(cè)算，2030年電池行業(yè)化工新材料的需求將達(dá)到710萬(wàn)噸，負(fù)極材料、隔膜、電解液、黏結(jié)劑都有很大的增長(zhǎng)空間。在碳中和、碳達(dá)峰的背景下，新能源產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，光伏、風(fēng)能領(lǐng)域的化工新材料需求增速將達(dá)200%，潛力巨大。以風(fēng)電葉片為例，雖然碳纖維重量更輕、磨損更小、壽命更長(zhǎng)，但由于碳纖維價(jià)格是玻纖的10倍，目前風(fēng)電葉片用材仍然以玻纖為主。當(dāng)前我國(guó)已開發(fā)出了大絲束碳纖維，產(chǎn)能有所突破，碳纖維將在很多行業(yè)有巨大的替代潛力。

發(fā)展化工新材料，如同登山，前路難行！但是站在山巔后，就會(huì)領(lǐng)略大好風(fēng)光。因此我們建議，在國(guó)家層面，出臺(tái)優(yōu)惠政策支持企業(yè)的基礎(chǔ)研究，搭建產(chǎn)學(xué)研用平臺(tái)，以市場(chǎng)引導(dǎo)研發(fā)、以研發(fā)升級(jí)市場(chǎng)，夯實(shí)研發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。在社會(huì)層面，進(jìn)一步完善金融體系，充分發(fā)揮保險(xiǎn)金融、供應(yīng)鏈金融在研發(fā)方面的積極作用，消除研發(fā)人員及機(jī)構(gòu)的后顧之憂。在人才層面，充分發(fā)揮人才主觀能動(dòng)性，加大人才激勵(lì)措施力度。在企業(yè)層面，頭部企業(yè)保持戰(zhàn)略定力，“深挖一口井”重點(diǎn)突破。中小企業(yè)需結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)、尋找獨(dú)特定位，成長(zhǎng)為細(xì)分賽道的小巨人。

(作者單位：中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院市場(chǎng)營(yíng)銷研究所)

三大合成材料產(chǎn)品分類

化工新材料定義及范疇

化工新材料可以基于產(chǎn)品或按照行業(yè)分類。從產(chǎn)品類別來(lái)看，化工新材料主要包括新領(lǐng)域的高端化工產(chǎn)品、傳統(tǒng)化工材料的高端品種和二次加工后生產(chǎn)的高性能材料三大類。舉例而言，超高分子量聚乙烯或者茂金屬聚乙烯屬于聚乙烯這一傳統(tǒng)化工材料中的高端品種，而聚乙烯加工成高性能膜材料屬于二次加工后的化工新材料。

以三大合成材料中的合成樹脂為例，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)底層包括PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、ABS（丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體的三元共聚物）等大宗通用料，國(guó)內(nèi)每年消費(fèi)量高達(dá)1億噸以上。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)頂部包括工程塑料及特種工程塑料。工程塑料起源于上世紀(jì)六七十年代的美蘇爭(zhēng)霸時(shí)期，主要應(yīng)用于航空航天及導(dǎo)彈等國(guó)防工程，對(duì)重量、強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射等性能要求很高，因此工程塑料以高性能著稱。高性能橡膠、高性能纖維與工程塑料類似，都屬于化工新材料范疇。除了三大合成材料中的高性能材料，化工新材料還包括高性能膜材料、專用化學(xué)品、關(guān)鍵單體及中間體等。

從應(yīng)用行業(yè)來(lái)看，化工新材料可廣泛應(yīng)用在不同行業(yè)中，包括高端裝備、節(jié)能環(huán)保、新能源、電動(dòng)汽車、電線電纜、包裝日用、建筑材料等?；ば虏牧弦獫M足不同行業(yè)對(duì)材料的功能性需求，行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)決定化工新材料的研究方向，并引導(dǎo)化工新材料投資方式和發(fā)展規(guī)模。目前，全球重點(diǎn)關(guān)注的化工新材料應(yīng)用領(lǐng)域包括電子信息、新能源、高端裝備、節(jié)能環(huán)保及醫(yī)療健康。

目前，國(guó)內(nèi)化工新材料的產(chǎn)值已經(jīng)超過(guò)8000億元，涉及國(guó)計(jì)民生的方方面面。2021年，國(guó)內(nèi)化工新材料的總需求量已超過(guò)3000萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2025年將超過(guò)4500萬(wàn)噸。我國(guó)化工新材料自給率約54%，而在關(guān)鍵單體及精細(xì)化工領(lǐng)域自給率僅有10%，從國(guó)家安全和發(fā)展?jié)摿?lái)看，提升化工新材料自給率的戰(zhàn)略意義都十分重大。

發(fā)展化工新材料的挑戰(zhàn)及解決方案

目前，化工新材料發(fā)展主要有三大挑戰(zhàn)。一是研發(fā)成功率低，投資風(fēng)險(xiǎn)較大；二是即使研發(fā)成功，但要面臨漫長(zhǎng)的市場(chǎng)認(rèn)證時(shí)間；三是市場(chǎng)接受后需求體量較小，邊際效益高，總利潤(rùn)依然低于大宗產(chǎn)品。這三大挑戰(zhàn)是多數(shù)石化企業(yè)“以質(zhì)取勝”還是“以量取勝”的選擇困境，也是影響研發(fā)投入決策的關(guān)鍵問(wèn)題。

降低投資風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。醫(yī)藥領(lǐng)域有一個(gè)“雙十定律”：研發(fā)一種新藥需要耗時(shí)十年、耗資十億美元，但成功率只有8%。對(duì)于化工新材料而言，研發(fā)投資金額更大、成功率更低，面對(duì)一套成本只有5億美元、成功率卻100%的乙烯成熟裝置，理性人更愿意投資傳統(tǒng)大宗產(chǎn)品。那么，如何降低風(fēng)險(xiǎn)呢？一是需要頭部企業(yè)主動(dòng)引領(lǐng)新材料研發(fā)。因?yàn)轭^部企業(yè)具備更大的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和多樣化的業(yè)務(wù)支撐，相對(duì)于中小企業(yè)面臨更小的現(xiàn)金流風(fēng)險(xiǎn)。因此，可出臺(tái)相應(yīng)鼓勵(lì)性政策激勵(lì)頭部企業(yè)進(jìn)行化工新材料研發(fā)。二是深度資助科研院所，巴斯夫等公司采取此類策略降低人才、設(shè)備的尋找和使用成本，專注于對(duì)研發(fā)的投資。三是項(xiàng)目證券化，將化工新材料打包成資本性項(xiàng)目，通過(guò)專業(yè)機(jī)構(gòu)評(píng)估合格后，在金融市場(chǎng)融資并分?jǐn)傦L(fēng)險(xiǎn)，降低個(gè)體或單獨(dú)企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于化工新材料市場(chǎng)認(rèn)證時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，可通過(guò)提前、多渠道、上下游聯(lián)合研發(fā)的方式優(yōu)化解決。新材料研發(fā)成功后往往不能立刻被市場(chǎng)認(rèn)可，以PVC（聚氯乙烯）為例，作為五大合成樹脂之一，PVC廣泛應(yīng)用于門窗型材和給排水管道等領(lǐng)域，我國(guó)年消費(fèi)量2000萬(wàn)噸以上，但PVC從研發(fā)到10萬(wàn)噸市場(chǎng)規(guī)模需耗時(shí)18年。再比如碳纖維，從研發(fā)出來(lái)到銷量1萬(wàn)噸需耗時(shí)30年，而半導(dǎo)體材料僅選擇加測(cè)試就至少8年。加快市場(chǎng)認(rèn)證速度，一要加強(qiáng)機(jī)理研究，結(jié)構(gòu)決定性能，對(duì)材料結(jié)構(gòu)及性能理解得越透徹，越容易找到其應(yīng)用場(chǎng)景。比如大連理工大學(xué)蹇錫高院士開發(fā)的既耐高溫又易溶解的特種工程塑料雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮（PPESK），就是針對(duì)聚芳醚溶解性差的問(wèn)題，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，引入扭曲非共平面結(jié)構(gòu)，阻礙結(jié)晶，改善溶解性，進(jìn)而開發(fā)出耐高溫可溶解的特種工程塑料，廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)止推軸承、華龍一號(hào)核電機(jī)組冷卻軸承、高鐵風(fēng)源壓縮機(jī)渦旋動(dòng)渦卷、耐高溫功能涂料等領(lǐng)域。二是增加計(jì)算機(jī)輔助，提高研發(fā)效率。三是通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)人數(shù)與頻率的方法，加快新材料面市步伐。隨著國(guó)內(nèi)石化企業(yè)的發(fā)展，面臨的激烈競(jìng)爭(zhēng)前所未有，與杜邦、巴斯夫、?？松梨?、陶氏化學(xué)等百年化工巨頭同臺(tái)競(jìng)技，我們需要在關(guān)鍵領(lǐng)域增加實(shí)驗(yàn)人數(shù)以加快頻率，用空間換時(shí)間。

總利潤(rùn)由邊際效益和規(guī)模效益共同決定，提高化工新材料應(yīng)用量是進(jìn)一步拉動(dòng)化工新材料利潤(rùn)的關(guān)鍵。一是要在充分了解材料性能的基礎(chǔ)上拓展應(yīng)用。比如TPPE熱塑性聚酯彈性體既有橡膠彈性，又有塑料的韌性和可塑性，這種材料起初主要應(yīng)用在汽車等工業(yè)領(lǐng)域，但若將其做成梳子，不傷頭皮且不易起靜電、扯頭發(fā)，將會(huì)開發(fā)新的應(yīng)用場(chǎng)景，從而打開潛在消費(fèi)市場(chǎng)。二是利用新的形態(tài)來(lái)尋找新的應(yīng)用。比如聚酰亞胺既耐高溫又耐低溫，做成薄膜就是OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）顯示屏，可用于華為、三星等手機(jī)的柔性屏、可折疊屏，做成纖維可應(yīng)用于電纜護(hù)套，做成泡沫可用于防火隔音材料。三是深刻了解行業(yè)本質(zhì)，開展新應(yīng)用。比如可見光信號(hào)傳輸，烽火臺(tái)是最早的可見光信號(hào)傳輸，若把狼煙點(diǎn)著算作數(shù)字1，把狼煙熄滅算作數(shù)字0，通過(guò)狼煙的著與滅傳遞信息，0和1就構(gòu)建了整個(gè)數(shù)字化時(shí)代的基石。0—1的切換速度決定了信息傳遞的速度，周期越短，信息傳遞的效率就越高。狼煙的著—熄周期太長(zhǎng)，而OLED可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，OLED開關(guān)一次只需要十億分之四秒，它就可以作為高效的可見光信號(hào)的傳輸介質(zhì)。在很多應(yīng)用場(chǎng)景下，都可以使用可見光信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，比如自動(dòng)駕駛、人工智能、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等。隨著第四次工業(yè)革命的爆發(fā)，未來(lái)對(duì)可見光信號(hào)傳輸?shù)男枨髮?huì)與日俱增，進(jìn)而拉動(dòng)聚酰胺的需求。如果我們深刻了解材料本身的性能及行業(yè)運(yùn)行的本質(zhì)，就可以對(duì)其進(jìn)行銜接，從而擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用量。

東海之濱，十里塔林。何 雯 攝