摘要 “材料是制造业的基础,决定着整个国家的强富与贫穷。强国梦,材料不可或缺。”去年3月,被誉为中国“材料之父”师昌绪在作探讨中国梦实现之...
“材料是制造业的基础,决定着整个国家的强富与贫穷。强国梦,材料不可或缺。”去年3月,被誉为中国“材料之父”师昌绪在作探讨中国梦实现之路的报告时曾称。 2013年,中国新材料企业发声不多,尽管石墨烯、碳纤维等领域的话题再次掀起“波澜”,但整体来看,概念性的唱腔偏多。
长期以来,国内从事新材料生产的企业规模普遍偏小,科研投入普遍不足,绝大部分新材料装置的建设是依靠引进国外技术或由外资主导,引进一流技术难度大,生产成本和能耗、物耗偏高,造成了企业经营困难的局面。
当前,发达国家在新材料领域做出了重要战略部署,中国新材料产业急需摆脱盲目发展的困境,重新定位,找到突破。
多项政策积极推进
近年来,我国相继出台了多项政策,为新材料寻找更合适的产业定位。2010年,国务院发布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,提出大力发展新材料产业;2012年,工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》,着重强调新材料的自主生产,提出到2015年,关键新材料的自给率提高到70%的目标。2013年6月,《新材料产业标准化工作三年行动计划》出台,提出到2015年,完成200项重点标准制修订工作,立项并启动300项新材料标准研制,开展50项重点标准预研究。2013年7月,发改委、财政部和工信部联合下发《关于组织实施2013年新材料研发与产业化专项的通知》,重点支持聚丙烯腈基碳纤维符合材料、碳化硅符合材料等9大类新材料的研发、产业化和示范应用项目;2013年11月,《加快推进碳纤维行业发展行动计划》出台,致力于加快碳纤维及其复合材料产业发展,推动传统材料升级换代。
虽然我国中央政府和地方政府不断推出支持和鼓励新材料产业发展的政策,但仍未能完全消除新材料研究者的顾虑。新材料的特点是开发难度大、工业应用周期长、成功率低,且市场开发成本高。即使成功推向市场,在知识产权保护和市场竞争法制不健全的情况下,很容易形成技术无序扩散,被仿制生产。而单纯依靠政府公共资金项目的支撑,还难以弥补新材料产业产品开发以及后期产业化过程中的风险成本。
发展困局仍未破解
由工信部原材料司组织编写的《中国新材料产业年度发展报告(2013)》指出,为刺激实体经济发展,主要发达国家加大了对新材料的支持力度,由新材料带动而产生的新产品和新技术市场不断扩大,初步预计2012年全球各种新材料市场规模超过4000亿美元。
随着新材料产业规模的迅速扩大,产业发展逐渐呈现明显的交叉联合化、民用市场化、区域集中化、绿色低碳化四大趋势,并呈现以下四大特点:一是上下游进一步融合、多学科交叉和多部门联合进一步加强,产业重组和融合继续推进;二是产业规模持续扩大,新品种、新技术不断涌现,主要生产技术被杜邦、巴斯夫、拜耳、GE塑料、Ticona、陶氏化学、日本帝人、韩国LG化学等大型跨国公司垄断;三是亚太地区成为新的投资热点,随着国际新材料巨头在全球范围内产能的扩张,新材料产业链的中低端逐渐向亚太地区转移,亚太地区成为国际巨头的投资热门地区;四是材料的高性能、低成本趋势明显,新材料在制造业、民用领域的普及应用,对材料的性能和成本提出了更高的要求,提高产品性能、降低产品成本成为新材料发展方向之一。
报告指出,主要大型新材料生产企业仍主要集中在美国、欧洲和日本,2012年,这些企业占据全球新材料90%的市场份额,并垄断了先进的产品生产技术。如半导体硅材料市场已经形成垄断,有机硅材料由DowCorning、GE、Wacker等少数公司控制了全球市场;有机氟材料领域的3M、ATO和ICI等7大公司拥有全球90%的生产能力。
报告指出,据不完全统计,2012年我国新材料产业实现产值已经突破1万亿元。然而,制约我国新材料产业发展的困局依然未能破解。
一是自主研发、创新能力薄弱。我国新材料生产的高端技术装备严重依赖进口,企业对高端技术及先进装备制造的研发投入不足,对制备工艺、性质、性能的研究欠缺,技术储备相对匮乏,基础研究薄弱,导致整体产业竞争力不高。部分新材料企业“重市场轻科技、重硬件轻软件”,特别是在自主创新能力以及人才培养等软实力的建设和培育方面重视程度不够,严重制约了新材料产业的创新发展。
二是产业集中度低,部分行业产能过剩现象严重。新材料企业数目多,规模小,布局分散。工业和信息化部统计数据显示,目前我国稀土冶炼产能为39.9万吨/年,但企业数量较多,有稀土冶炼分离企业99家,产业集中度较低。此外,部分新材料行业已经出现产能过剩迹象,产能利用率低。如我国钛加工材料中低端产品严重过剩,而高技术含量的深加工产品却远远不能满足需求,厚板(50mm以上)和薄板(0.5mm以下)在我国还不能批量生产,焊管用钛带仍依赖进口。
三是产品质量水平较低,产品结构有待调整。我国新材料产品以中低端为主,如我国硬质合金产量占世界总产量的40%以上,但高性能超细合金、高精度高性能研磨涂层刀片、超硬工具材料、复杂大异制品、精密硬质合金数控刀具等高附加值产品产量较少、品种不全。
四是产品回收利用率低,资源利用率有待提高。随着对可持续发展的重视,材料的可回收利用日益受到关注,环保、低碳成为新材料发展的方向。受技术所限,目前我国部分新材料的回收利用率不高,制约了行业的进一步发展,如热固性复合材料的回收利用率低成为制约复合材料行业持续发展的瓶颈。
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重点突破新材料产业需走出“徘徊”
未来5~10年,国家经济增长点将覆盖高效能源、高速交通、民生产业、战略资源、国防安全等。可以说,未来,高品质特殊钢、半导体照明工程、稀土功能材料、高性能纤维及复合材料等领域,都将是新材料产业需关注的重点。
据预测,半导体照明工程到2015年芯片国产化率将达70%,形成百亿元以上芯片企业与百亿元以上应用企业体系;高端稀土功能材料产值将达100万吨,在新材料领域应用比例将提高到60%以上;稀土材料高效清洁提纯技术在行业推广应用率将达50%以上。
特钢: 海工用钢研发刻不容缓
近年来,对深海资源的开发,已经成为各国关注的焦点。发展海洋工程,“材料先行”已刻不容缓。
中国工程院院士、中国金属学会名誉理事长翁宇庆日前表示,海洋工程装备需要的大量金属材料,主要包括油气钻采、深海研究、海水淡化、特种船舶与发动机所需材料四大类。其中,油气钻采用材有海洋平台结构用钢板、油气钻采和输送用钢板,深海研究用材包括具有强耐腐蚀性能的深海用金属材料和深潜器用金属材料,特种船舶与发动机用材主要有石油天然气船用低温金属材料、船舶柴油机用曲轴和船舶螺旋浆用金属材料等。
中国船舶工业行业协会等权威部门对今后我国海洋工程用钢需求作了以下估计:一是我国海洋油气钻井平台装备的70%仍须进口,其用钢量每年大于100万吨;二是FPSO(海上浮式生产储油船)和其他海洋工程辅助船(含船上装备)年用钢量约为100万吨;三是浅海海底油气管线用钢年需求量为20万~25万吨;四是包括易焊接钢,钻采、海水淡化用高端特殊钢,以及业主指令进口的平台用钢在内的海洋工程特殊钢将大量进口。
超导材料: 千亿规模待挖掘
目前国内超导材料主要是依赖于美国和日本进口,价格昂贵,占超导应用产品50%左右的成本。从整个产业链价值来看,超导材料占超导设备40%~50%的成本。从盈利能力来讲,超导材料盈利能力最强,毛利率约50%左右。超导行业的发展必将引发对超导材料大量的需求,因此,超导行业要发展壮大,超导材料必须要实现国产化。
据了解,目前的超导行业产业链由三部分组成:上游矿资源,如钡、铋等金属;中游是超导材料如YBCO和BSCCO等;下游是超导应用产品,如超导电缆、超导限流器、超导滤波器、超导储能、超导发电机和超导变压器等。其中技术最成熟、应用最广泛、商业化程度最高的超导材料是BSCCO高温超导材料。由于第二代超导材料具有较强的载流能力、抗磁场衰竭能力以及较低的理论价格,各国纷纷将研发和生产重点放在YBCO(氧化钇钡铜),因而YBCO将是未来超导材料发展的主要方向。
我国超导材料技术一直处于国际领先水平,但在产业化应用方面与发达国家存在较大差距,究其原因在于我国的研发力量比较分散,投入较少,缺少研发创新平台,导致科研成果的转化率低,产业化应用还有较多制约瓶颈。
未来,我国必须在推动超导材料工程化、产业化制备关键技术上加大研发投入力度,提高我国超导材料的制备及应用水平,推动超导材料的产业化应用。
石墨烯: 产业化探索待加速
石墨烯在2004年被发现后就迅速引发全球范围内的研究热。近年来,我国在石墨烯研发应用方面的研究不断加强,各地政府和有关机构加大力度扶持和推动石墨烯产业化发展。
2013年7月13日,在中国产学研合作促进会的支持下,中国石墨烯产业技术创新战略联盟正式成立。该联盟已向有关部门上报了无锡、青岛、宁波、深圳四个地方,作为石墨烯产业研发示范基地。江苏省、山东省等省级石墨烯联盟已于2013年陆续成立。2013年12月18日,无锡市发布《无锡石墨烯产业发展规划纲要》,规划建立无锡石墨烯产业发展示范区和无锡市石墨烯技术及应用研发中心、江苏省石墨烯质量监督检验中心。
与此同时,上海浦东新区也正筹备建立临港石墨烯产业园区,并力争国家石墨烯检验监测中心落户浦东。据了解,目前,无锡市已设立2亿元专项资金,通过补贴、配套、奖励、跟进投资、股权投资等方式,进一步扶持石墨烯产业发展;宁波为了扶持石墨烯产业发展,也拿出了千万元以上的扶持资金。
我国十分重视石墨烯的基础研究,相继出台“石墨烯宏量可控制备”、“石墨烯基电路制造设备、工艺和材料创新”等973计划。数据显示,1991~2010年,我国发表的有关石墨烯的科研论文数量排名世界第二,仅次于美国,部分学者的研究成果的引用次数达到了上百次。此外,我国石墨烯的专利数量也仅次于美国,成为世界第二大国。
尽管如此,目前,我国石墨烯行业仍处于产业化探索阶段,还未形成产业化生产的规模。
目前,实验室制备大尺寸石墨烯的技术基本攻克,但是工业化连续生产质量好、成本低的大尺寸石墨烯还存在难度,石墨烯的产业化道路还存在许多困难。制备能力方面,大多数企业和科研院所的石墨烯生产仍处于中试阶段,不具备规模化生产的能力;材料应用方面,目前石墨烯的应用仅限于实验室,还没有形成下游的需求与应用。