我國化工新材料創新發展方向研究

霍正元 齊景麗 申傳龍

新材料是新一輪科技革命和產業變革的基石和先導，習近平總書記多次強調新材料在推進創新驅動戰略中的關鍵地位，指出“我國關鍵原材料嚴重依賴進口的情況已到了非解決不可的地步”“新材料產業是戰略性、基礎性產業，也是高技術競爭的關鍵領域，我們要奮起直追、迎頭趕上”。化工新材料作為新材料產業的重要組成部分，是化學工業中較具活力和發展潛力的新領域，代表著未來化學工業的發展方向，更是支撐國防軍工、航空航天、電子信息、新型能源、生命健康等產業實現高質量發展的重要基礎。

近年來，在大國博弈、政策推動和需求牽引等多重因素影響下，我國化工新材料產業創新發展已取得較大成績，但與美、歐、日等國家和地區相比仍有一定差距，存在基礎研究不夠、企業融通不夠、產用結合不夠、要素聯動不夠等問題，關鍵技術受製於人的局麵仍未根本改變，需要持續加大要素投入力度，推進多點突破，實現整體躍升，提升產業基礎高級化和產業鏈現代化水平。

一、加快發展化工新材料在新時期具有重要戰略意義

與現有大宗化工材料相比，化工新材料指應用於高新產業領域，滿足特殊使用需求的高性能合成材料和精細化學品，具有高技術含量、高使用性能和高附加值等屬性，按類別可分為傳統化工材料中的高品質材料、新領域的高性能材料以及通過改性加工等生產的優質材料，產品種類表現為多品種、小批量、功能化特點，主要包括：高端聚烯烴、高性能工程塑料、高性能合成橡膠、特種合成纖維、功能高分子材料、高端專用精細化學品、生物化工材料等大類。

圖1 有機材料“金字塔”式分類結構

（一）發展化工新材料是我國製造業保持國際競爭力的戰略基礎

當前，國際環境錯綜複雜，全球產業鏈供應鏈麵臨重塑，不穩定性明顯增加，圍繞先進製造的競爭空前激烈；《中共中央關於製定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》提出：新一代信息技術、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、新能源汽車、綠色環保以及航空航天、海洋裝備等戰略性新興產業發展壯大，占GDP比重達20%左右。

“一代裝備，一代材料”正在向“一代材料，一代裝備”轉變，我國是製造業大國，正在向製造強國邁進，化工新材料既可支撐我國先進製造業發展並持續保持國際競爭力，又是帶動我國由石化大國向強國跨越，實現化工行業轉型升級的重要方向，對我國在新一輪國際分工中，從新能源發電、動力和儲能電池、電子信息、新能源汽車、航空航天等領域抓住“換道超車”機遇，搶占國際話語權具有較大戰略價值。

（二）發展化工新材料是新常態下我國石化產業升級的二次創業

在“碳達峰、碳中和”背景下，我國煉化行業產能總體過剩趨勢逐年凸顯，成品油消費基本達到拐點，大宗有機原材料和基礎化工品市場接近飽和，新建大型煉化項目的必要性減弱，在產業政策、生態環保和市場供需三重約束下，石化產業亟需實施轉型發展，在原料替代、綠色生產、產品升級等方麵盡快實現突破，做出成績。

積極推進“減油增化”已成為石化行業謀求新發展的普遍共識，減少成品油產出率，增加下遊高端石化產品產量，重點發展化工新材料，是石化產業轉型升級是否成功的關鍵性標誌。通過深化結構性調整，大力推進科技創新，實現高端化和差異化發展，加快向價值鏈高端邁進，是行業加快轉型升級的必然途徑。化工新材料是化學工業中最具活力和發展潛力的新領域，也是支撐我國由石化大國向強國跨越的重點關鍵領域。

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（三）化工新材料正麵臨新需求牽引下加速發展的時間窗口期

我國化工新材料產業在規模和增速方麵都取得了長足進步，但仍然是我國化學工業體係中自給率最低、自主可控能力最為薄弱、急需培育發展壯大的領域，創新發展正處於爬坡過坎的關鍵時期。滿足下遊製造業需求是核心目標，產業升級和國產替代是兩大驅動力，支撐先進製造、強調功能應用、突出生物屬性是三大需求特點，戰略性新興產業各領域的技術迭代和產品更新，帶動市場對有機材料多元化的性能要求不斷湧現，未來的五到十年將是我國化工新材料產業加速發展的時間窗口期。

因此，我們需要高度重視化工新材料產業創新路徑和重點方向研究，聚焦進口依賴度高的品種，加快國產替代步伐，同時提高已有品種的性能指標，實現一批關鍵單體和合成材料工藝技術自主化，發展具有規模化效應、體現高成長性兼顧布局戰略的細分領域，保障品種眾多的工程材料和功能材料穩定供應，整體扭轉我國新材料領域高端短缺與低端過剩的局麵。

二、歐美長期領跑，我國由快速跟跑到逐步並跑

（一）全球化工新材料產業規模持續增長

全球化工新材料伴隨先進製造業的發展保持快速增長態勢，整體呈現高技術引領、新產品迭代、產業化擴張和需求麵擴大等特點，2019年全球化工新材料產量約8500萬噸，產值3700億美元，至2021年產量達到10000萬噸，產值3950億美元，先進基礎材料產值比重占49%，關鍵戰略材料產值比重占43%，隨著3D打印材料、石墨烯、超導等新興產業技術不斷突破，前沿新材料比重有所上升，達到8%。

在擺脫近年來多重負麵影響因素後，預計未來5年全球化工新材料產業的產值規模將保持正增長態勢，未來一段時期產量年均複合增長率有望保持在5%以上，預計到2025年全球產量或將超過12000萬噸，產值超過4800億美元，高端聚烯烴、特種工程塑料、電子化學品、高性能纖維、功能性膜材料等化工新材料品種的市場消費仍將保持規模化增長。

（二）產業總體呈現三級梯隊競爭格局

全球化工新材料仍由歐美國家主導，產業總體形成三級梯隊，其中，美、日、歐為第一梯隊，在經濟實力、核心技術、研發能力、市場占有率等方麵占據絕對優勢，美國整體上在原創技術和產業化方麵保持國際領先；韓國、俄羅斯、中國等為第二梯隊，化工新材料產業在材料自主化和石化轉型驅動下快速發展；巴西、印度、南非等新興經濟體作為第三梯隊，處於奮力追趕和承接產業轉移的狀態。

化工新材料龍頭企業集中在美國、西歐和日本，包括埃克森美孚（ExxonMobil）、陶氏（DOW）、杜邦（DuPont）、巴斯夫（BASF）、索爾維（Solvay）、（英力士）INEOS、道達爾（Total）、可樂麗、三菱化學等，擁有全球化工新材料領域絕大部分的先進生產技術和高端牌號產品，獲得高額利潤，並利用自身技術與知識產權布局優勢，通過限製專利技術轉讓，壟斷原料和產品市場、控製關鍵設備出口等手段，遏製我國化工新材料產業發展，同時持續加大自身創新和企業並購，不斷強化高端材料的技術壁壘和產業壟斷。

（三）我國處於產業轉型升級加速期和發展邏輯轉換期

我國不斷加大對化工新材料領域的政策支持，先後出台《新材料產業發展規劃》《“十四五”原材料工業發展規劃》《重點新材料首批次應用示範指導目錄（2021年版）》等給予支持，《關於“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》提出，到2025年，石化化工行業高端產品保障能力大幅提高，核心競爭能力明顯增強，高水平自立自強邁出堅實步伐。在向“材料強國”轉變的過程中，我國化工新材料產量和產值持續增長，2021年產量和產值分別為2965萬噸9161億元，2022年約為3100萬噸和13000億元，總體自給率達到71%。未來五年我國化工新材料年均複合增長率將保持在8.6%左右，預計到2025年產量將達到4300萬噸，產值超過15000億元，自給率75%。

伴隨產業規模增長，產業發展邏輯也在跟跑國際的過程中逐步探索實現5個轉變，涉及產品特征、經營重點、競爭力來源、企業著眼點和市場關係等方麵，推動我國化工新材料產業進入新的發展階段。國內多數品類處於替代黃金期，供需雙向促進，產業鏈迎來布局良機，應用需求呈現新發展方向，特色化區域集聚態勢愈加明顯，技術創新環境持續優化，部分關鍵技術取得重大突破，行業整合趨勢明顯，集中度逐漸提升。

表1 基礎化工行業與化工新材料行業產業邏輯對比

三、多重問題製約我國化工新材料產業競爭力提升

（一）缺少前瞻布局，存在路徑依賴，產品低端過剩高端不足

發達國家實行“研發一批、儲備一批、應用一批”的材料先行戰略，在行業發展中占據戰略主動地位，而我國則存在無材可用、有而不佳、量小價高等問題，化工新材料發展一直滯後於先進製造業需求，重大裝備、重大工程往往最後才確定材料方案，“等米下鍋”問題突出。究其原因，我國石化產業在發展初期忙於解決石化產品有無和總量不足問題，煉化企業依托大宗有機原料生產工藝技術相對簡單的通用塑料、工程塑料和各類助劑，通過提高產能和成本控製參與市場競爭，形成“規模擴張”路徑依賴，經營收益多數用於擴大再生產而創新研發投入不足，行業總體形成“重數量輕質量”“重生產輕研發”“重盈利輕創新”的慣性思維，導致產品結構單一、專用牌號供給不足、高端產品占比較小等問題長期存在。

（二）發展起步晚，國產空白多，總體處於被外部壓製狀態

化工新材料從研發到終端應用要經曆一個漫長過程，周期少則幾年，多則十幾年、幾十年。我國化工新材料行業發展晚於西方國家，發展積累時間短，理論基礎薄弱，研發體係不健全，創新生態不完整，與國際先進水平的差距是客觀存在，總體處於被壓製狀態。我國化工新材料產業僅有10%左右領域為國際領先水平，60%〜70%領域處於追趕狀態，還有20%〜30%領域與國際水平存在相當大差距；在130種關鍵基礎化工材料中，我國有52%仍需依賴進口，32%尚屬於產能空白。

表2  我國重點化工新材料技術和產品競爭力研判

（三）關鍵單體製備技術自主化程度低，製約合成材料品種拓展

我國高性能材料所需關鍵單體的生產、聚合、加工等全產業鏈成套技術掌控不足，諸多技術開發路線麵臨跨國企業專利布局限製，是行業發展的痛點和難點，如：可降低碳排放、實現資源再利用的生物質製化學品技術多數被國外企業封鎖；烯烴生產方麵的原油直接裂解製烯烴技術，全球僅ExxonMobil實現了工業化應用，國內以中國石化為代表的央企剛剛完成工業試驗；芳烴生產方麵，國內現有95%的對二甲苯（PX）產能生產技術由國外公司提供，中國石化芳烴成套技術市場占比還較小；環氧化合物生產方麵，傳統的生產方法存在環境汙染問題，國內外企業均在研究綠色新工藝。以無聯產品的共氧化法新工藝異丙苯法製環氧丙烷技術（CHPPO）為例，唯一技術供應商為日本住友化學公司，國內部分企業完成中試，尚在推進工業應用的階段；功能單體生產方麵，聚酯功能單體2,6-萘二甲酸（2,6-NDA）、尼龍單體二元胺等完全依賴進口，嚴重製約了產業發展；生物基化學品方麵，我國雖是生物基化學品產業大國，但幾個有利於化石能源替代的重要產品“卡脖子”技術問題突出，缺少具有自主知識產權的工業菌種和酶製劑；荷蘭Avantium公司、杜邦等國外公司已建成或正在籌建生物質呋喃二甲酸（FDCA）、生物質丁醇等工業示範裝置，國內尚處於研究階段。

（四）缺乏“解決方案”模式，創新鏈聯動不暢，產業化推進慢

行業龍頭跨國公司在“一站式服務”“一體化方案”等方麵的發展理念已經得到廣泛應用，成為在高端產品市場推介過程中的重要手段。企業在產品定製、產品工程、產品服務等三大環節充分融合，形成高效的技術支撐體係，在產品定製環節應需排查並選定配方，在產品工程環節驗證配方並穩定量產，在產品服務環節即為提供解決方案，實質就是技術服務，為客戶提供全套的應用方案並解決在使用過程中出現的各種技術問題。

相比而言，我國市場主體長期存在基礎研究不夠、企業融通不夠、產用結合不夠、要素聯動不夠等問題。企業僅關注前段技術開發，沒有聯動下遊應用需求進行協同發展，習慣於通用產品的坐商式銷售方式，不重視售後技術服務，即便企業配有行商隊伍，技術層次配備也不強，造成研發、生產與服務脫節現象，生產端與應用端互動不充分，對下遊製造業在化工新材料性能方麵的需求缺少係統跟蹤和前瞻性培育。在當前國外石化企業轉型升級先於我們一步，國內高端石化產品市場大部分被國外高端產品占領，且下遊客戶基於供應量和性能穩定性要求而形成的強粘性，在一體化服務意識薄弱的內外因影響下，我國企業更是難以銷售國產化高端石化產品，這也是造成我國石化產品通用型多、高端化不足的主要原因之一。

四、我國化工新材料創新發展的戰略思考

（一）總體發展戰略

以習近平新時代中國特色社會主義思想為引領，貫徹黨的二十大精神，聚焦高質量發展要求，堅持戰略思維、底線思維、低碳綠色原則，以提升產業鏈供應鏈韌性和安全水平，建設現代化產業體係為戰略導向，發揮高端化學品和新材料與石化產業一脈相承、緊密連接的產業特點，緊扣石化全產業鏈轉型升級和上下遊協同向價值鏈高端邁進的中心任務，發揮技術創新和進口替代兩大增長動力，聚焦國家戰略、經濟發展和人民健康等相關產業需要，以基礎材料高性能化、關鍵材料自主可控、前沿材料國際先進為著力點，推進補短板、鍛長板，由需求導向牽引產業鏈延伸，打造現代產業集群，提升產業鏈供應鏈穩定性和競爭力，助力我國先進製造業實現更高水平自立自強。

（二）發展思路方向

1. 緊抓需求牽引，推動行業優化升級

一是加快關鍵產品補短板，增強自主保障能力。圍繞航空航天、電子信息、新能源、汽車、軌道交通、節能環保、醫療健康以及國防軍工等行業對高端化工新材料的需求，突破一批關鍵化工新材料以及關鍵配套原材料的供應瓶頸，提升化工新材料整體產業化發展水平。

二是優化提升現有材料性能，滿足國民經濟需求。針對國內部分化工新材料質量不高，性能不穩定、應用領域低端等問題，選擇一批需求量大、應用麵廣、有較好技術基礎的重點化工新材料產品，整合資源、集中力量、深化產學研用合作，通過技術改造和升級，提高產品質量，增加品種和牌號，實現高端化、差異化、係列化發展，同時降低生產成本。

三是推動新材料市場應用，促進上下遊協同發展。加強材料改性、複合技術研發，大力發展樹脂/樹脂、樹脂/纖維、樹脂/金屬等合金材料、複合材料，滿足不同領域對材料的複雜要求。推進國產電子化學品在半導體、大型集成電路領域的應用，提高汽車（新能源汽車）、軌道交通、大飛機等領域輕量化化工新材料國產化水平，加快聚氨酯在建築節能、道路鋪裝、木工建材、複合材料等領域的應用等。

2. 集中優勢力量，攻克行業共性技術

重點加快特種工程塑料、高性能特種尼龍工程塑料、高端功能膜材料、熱塑性彈性體等技術的開發，突破生物基橡膠、生物基纖維、生物基聚酯等全產業鏈製備技術，實現部分技術搶占國際製高點。

在精細與專用化學品領域，以解決催化技術、過程強化技術、兩化融合技術等製約我國精細化工行業發展的共性關鍵技術為突破口，提升精細化工行業的整體技術水平。

關鍵有機原料方麵，圍繞“雙碳”目標，關鍵有機原料生產技術將向更低能量消耗、更高資源利用效率、原料來源多元化等方向發展。烯烴生產方麵，開發原油全餾分裂解技術，對原油進行綜合利用，以實現低排放和低能耗；未來合成氣直接轉化製烯烴技術開發重點仍將集中於高催化活性、高選擇性新型催化劑的開發，以及新工藝的工業試驗和推廣上。

在新催化技術方麵，開展新型催化劑的結構性能表征與反應機理的研究，開發高選擇性催化氧化催化劑及綠色工藝，開展催化過程強化工藝研究，開展環境友好型生物催化劑及綠色工藝的研究，開發離子液體新催化劑及工藝工程化技術，開展失效催化劑中貴金屬綠色回收及資源化利用等方麵的研究。

在過程強化技術方麵，開展微界麵、基於外場、微化工係統、新介質/新材料、過程耦合的化工過程強化新技術等研究。同時還要開展新一代微化工係統設計、集成、製造與性能評價、微尺度多相流動的數學模型建立、模擬及優化等基礎研究。

3. 持續精耕細作，打造優勢領域獨門絕技

在聚氨酯、有機矽、含氟材料等具有產能優勢的領域，加快綠色化、智能化、高端化、專用化轉型，調整優化產品結構，實現質的有效提升和量的合理增長。大力發展數字經濟，運用信息技術和先進智能技術改造提升傳統產能裝置；增加價值鏈附加值，推動生產性服務業向專業化和價值鏈高端化延伸，數字化賦能。

緊抓5G時代先進控製與信息技術迭代機遇，運用信息技術手段推動原材料采購、生產製造過程、物流倉儲產供銷產業鏈一體化，建立數字化、自動化、智能化的生產運營新模式和集約化、一體化的經營管控新方式；對外推動商業模式、服務模式改變，構建以客戶為中心、以互聯網為載體的石化商業新業態，為石化和化工企業科學決策提供有力支撐。

（三）創新路徑建議

1. 構建創新生態，增強成果轉化應用能力

按照基礎材料高性能化、高端材料自主可控、未來材料引領的創新思路，發揮市場需求的牽引作用和新型舉國體製製度優勢，聚焦重點領域開展協同攻關，加強原創技術研究和成果轉化，強化“高校基礎研究—共性技術平台建設—中試基地成果轉化—企業項目規模生產—材料改性和複合性能提升—終端用戶應用反饋”的全生態係統，真正解決一批關鍵核心技術和產品“卡脖子”問題，增強自主創新能力。

圖3 創新生態體係要素構成

一是要構建產學研用協同創新的新材料產業體係，為產業發展創造良好的生態環境，對先導性基礎研究、產品與工藝技術開發、產業化到產品應用推廣等各個階段給予支持，提高科研機構、人才、資本等相關資源的配置效率，激發市場創新創業活力；二是要聚焦關鍵領域，著力提升化工新材料自給率與工藝技術水平，如發展應用於水處理、傳統工藝改造以及新能源領域的功能性膜材料，開發新型生物基和可降解高分子材料，提升應用於集成電路、平板顯示器、新能源電池等領域電子化學品的工藝技術水平等；三是要加強應用技術開發，加快培育新產品市場，將新材料開發與應用需求結合，圍繞航空航天、高端裝備、電子信息、新能源、汽車、軌道交通、節能環保、醫療健康以及國防軍工等領域，開發適應輕量化、高強度、耐高溫、穩定、減震、密封等方麵要求的新材料。

2. 聚焦細分需求，加大產業化推進速度

圍繞下遊行業及新興產業對高端化工新材料的需求，突破一批關鍵化工新材料以及關鍵配套原材料的供應瓶頸，提升化工新材料整體產業化發展水平，根據市場需求及技術開發進展，重點發展市場需求大或市場緊缺、具備技術條件的工程塑料及關鍵原料實現產業化或實施技術升級。

一是提升大宗工程塑料質量水平，對現有裝置進行工藝技術改進，提高通用型產品指標性能，同時加快新產品開發和材料改性研究，增加高端、功能性產品比例，防範低水平擴能；二是提升特種工程塑料產能規模，促進一批國內尚屬空白的特種工程塑料實現產業化突破，如：聚芳醚醚腈、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸-1，4-環己烷二甲酯、特種尼龍、生物基尼龍等；三是消除關鍵配套原料供應瓶頸，加快1，4-環己烷二甲酯、己二腈技術國產化，擴大戊二胺、1，3-丙二醇等生物基材料的關鍵配套原料，鼓勵上下遊企業及科研單位開展研發合作；四是填補高端領域氟矽樹脂產能空白，扭轉大量依賴進口的局麵，重點發展可熔性聚四氟乙烯、超高分子量聚四氟乙烯、膜級聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、高速擠出級聚全氟乙丙烯樹脂等，形成一批創新成果與典型應用；五是加大芳綸材料研發和應用力度，提升間位芳綸產品性能並拓展應用領域，增加對位芳綸產能並提升自給率，加大芳綸Ⅲ材料研發力度，實現高質量穩定生產，鼓勵材料生產企業與複合材料製造企業加強研發合作。

3. 結合區域製造業分布，布局特色化工新材料基地

推動化工新材料產業布局與國家區域重大戰略、區域協調發展戰略、主體功能區戰略相協調，依托京津冀地區、長江經濟帶、粵港澳大灣區建設，選擇發展基礎好、市場潛力大的產業集聚區建設世界級新材料產業集群，引導已經建成的石化基地和大型園區進一步延伸產業鏈，重點發展化工新材料和高端化學品，吸引下遊企業集聚，形成區域緊密供應和一體化布局，發揮產業鏈上下遊協同優勢，實現由大宗有機原料向高端新材料產品的就地轉化和價值增值。

圖4  “世界一流化工新材料基地”主要特點

優先考慮在高等院校和科研院所集中的省份或地區，依托高標準化工園區建設中試基地，實現創新鏈、產業鏈、資金鏈的充分融合。推動頂尖科學家的創新能力與產業發展的技術需求在空間上無縫銜接，前瞻性開展原始創新、源頭創新，打通製約集群產業升級的關鍵技術環節，搶占新材料產業未來發展製高點。

課題組成員：霍正元 齊景麗 申傳龍 詹宇鵬 王凡