冲击自主创新高地 我国化工新材料要从做大走向做强

  材料是制造业的基础,要加快实施制造强国战略,必须夯实新材料这一重要基础。日前,中国石油和化学工业联合会发布《石油和化学工业“十四五”发展指南》,其中特别强调要加快化工新材料的发展,提出“十四五”末化工新材料的自给率要达到75%,占化工行业整体比重超过10%。

  “化工新材料应用于多个国民经济重要领域,如航空航天、电子、新能源、医疗健康、节能环保等。”天津大学化工学院教授姜忠义表示,未来需要构建化工新材料自主创新体系,加速国产新材料落地应用,给予化工新材料更多市场支持。

  从飞机到保暖衣都能用到化工新材料

  大到飞机、火箭、卫星、动车、轮船这些关系国民经济的“重器”,小到购物袋、饭盒、电池、保暖衣等日常用品,都与化工新材料有着密不可分的关系。一头连着科技和创新,一头连着产业和市场,化工新材料研发水平及产业化规模可谓是衡量一个国家科技、经济实力的重要标志。

  姜忠义介绍,一般来说,需要化学反应或化工过程制造出来的材料,叫做化工材料。化工新材料则是指,近期发展的和正在发展之中的具有传统化工材料不具备的优异性能或某种特殊功能的新型化工材料。

  “与传统化工材料相比,化工新材料具有质量轻、性能优异、功能性强、技术含量高、附加价值高等特点。”姜忠义举例说,飞机耗油与自重有关,机身采用质量更轻的化工新材料,油耗就会更少,但同时新材料还要满足传统材料具备的防冻、抗冰等性能;再如废水处理,过去用蒸发器,能耗高,现在用新材料膜过滤,能耗节约了很多。

  在一些领域,必须依靠化工新材料来满足新的技术需求。比如太空飞船载人工作舱需要转化、处理航天员呼出的二氧化碳,如果携带效率低、体积大的二氧化碳处理材料,就会影响太空舱内的空间利用。应用处理效率高的化工新材料,不仅不会影响太空舱内的空间利用,而且航天员还可以在太空中停留更长时间。

  此外,在很多领域,化工新材料的应用意义非常重大。

  天津大学化工学院教授张生表示,能源领域的科技创新,如传统化石能源的清洁高效转化、二氧化碳可持续转化与利用等关键技术的突破,将成为我国能源革命的重要推动力量。而能源及其衍生产品的生产、转化、存储和利用这些典型化工过程,均与催化反应密切关联,催化剂材料与技术直接或间接地为世界贡献了近30%GDP。因此高效绿色工业催化剂材料的开发是我国能源、化工领域的重大战略需求,对实现绿色低碳可持续发展、提升国际战略竞争力具有重要意义。

  我国化工新材料产业规模快速增长

  去年底发布的《2020年中国化工新材料年度发展报告》显示,我国化工新材料行业产业规模快速增长,技术进步显著,已成为我国化学工业增长最快的行业。

  “十三五”期间,化工新材料产业结构调整取得重大进展,形成了10个左右年产值超百亿元的化工新材料特色产业园区;企业组织结构更趋合理,培育了30个左右在专业子行业领域具有引领作用的骨干新材料企业或企业集团,培育了300个左右专精新特细分领域单项冠军企业;创新能力显著增强,化工新材料企业科研投入占主营业务收入的比例达到3%以上,建成一批国家级化工新材料研发平台和企业技术中心。

  “高性能碳纤维及其复合材料是实现卫星平台、运载火箭、大飞机、兵器舰船等国家重大工程建设的物质基础。”张生表示,国内已经在基本型(T300 级)碳纤维的研制、工程化及航空航天应用关键技术、湿法高强型(T700G 级)碳纤维的研制和工程化关键技术、高强中模型(T800H 级)碳纤维的工程化及其应用关键技术等方面取得了一连串技术突破。

  据介绍,在环保领域,我国已将超滤膜技术应用于水处理中,如工业废水含有大量有毒物质,若未妥善处理,会对动植物及人类的基本生存构成威胁。传统的废水处理存在资源浪费、能耗过大且工艺复杂等问题,运用超滤膜技术进行工业污水处理可以充分过滤水中的有害物质,最大限度地提高净水效率、保障生命安全。

  张生介绍,再如植入性医疗器械具有维持生命、修复功能的特殊作用。“近年来,国内研究团队研发了与3D技术融合发展的壳聚糖基复合材料。采用3D打印技术,制备的纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚己内酯多孔三元复合支架材料,可制成满足患者个性化需求的骨缺损产品。”

  尽管数据显示,我国已成为“材料大国”,但距离“材料强国”之路仍任重道远。姜忠义认为,要建成“材料强国”,必须构建自主创新体系。以膜材料为例,虽然还没走向工业应用,但现在一些膜材料在实验室的研究层面上已经崭露头角。尽管是局部的领先,但将来这类材料推出去,可能就会是世界领先。


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