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產學研大家談① | “雙碳”背景下的材料及重點材料領域研發新模式

文章來源：中化新網更新時間：2023-03-03 14:46:23

編者按經過40余年的發展，我國材料領域取得巨大發展成就。我國已經形成全球門類最全、規模最大的材料產業體系，部分材料已達到國際領先水平，關鍵材料為一系列國家重大工程實施提供了不可或缺的物質基礎。與此同時，我國新材料產業也存在一些問題，如關鍵高端材料遠未實現自主供給、材料創新能力不強、新材料產業基礎能力薄弱等。當前，隨著我國產業升級，材料領域發展正在進入關鍵窗口期，高端功能性材料應用的“爆發式增長期”正在到來。

面臨重大機遇，我國如何抓住機遇，乘勝追擊。2月19日，中國工程院院士、原副院長，國家新材料產業發展專家咨詢委員會主任干勇在首屆“中國能源•化工產學研30人論壇”上，對“雙碳”背景下我國的能源、化工領域材料發展進行了全面梳理并提出重點材料領域的創新研發新模式。

化工材料支撐產業鏈安全戰略

在我國化工和新材料領域中，高端合成樹脂材料、高端合成橡膠、高端合成纖維及單體、高端碳纖維、工程塑料5大類13項技術存在斷鏈的關鍵技術問題。目前，我國石化工業突破“卡脖子”關鍵技術的2030年重點任務已經明確。

新一代信息技術產業重點在于補短板的化工新材料。集成電路制造晶圓、光刻、刻蝕等全產業鏈均離不開高純化學品，沒有高純化學品，就沒有高端集成電路。目前，我國集成電路高純化學品約90%需要依賴進口，嚴重受制于人，而高純化學品的分離提純難度極大，甚至無法突破。因此，開展集成電路高純化學品的分離提純研究極其重要。集成電路高純化學品的純度和質量是芯片性能的關鍵，也是國際上搶占的戰略制高點，因此實現高純化學品自主創新是解決芯片難題的關鍵之一。

針對生物材料及高分子材料的短板，干勇院士建議成立國家級生物及高分子材料研究院，重點突破生物醫用金屬材料、生物醫用無機非金屬材料、高性能膜材料、先進高分子材料等，并考慮提前布局重組人源化膠原蛋白材料、新型高強韌性醫用純鈦材料，引領國家生物安全發展、保障人民生命健康。

能源材料技術支撐產業鏈安全戰略

碳達峰、碳中和目標的提出，為構建清潔低碳、安全高效的能源體系提出了明確時間表。針對能源系統深度脫碳迫切需求，我國要大力發展光伏、風電等新能源技術和綠色氫能、煤炭高效利用等技術。

干勇院士認為能源結構轉型重點是要實現兩個轉變，一是資源利用方式要從化石能源消耗型向綠色能源再生型轉變；二是碳氫燃料的利用方式要從高碳燃料向低碳燃料轉變。保證能源結構調整戰略是保障產業鏈、供應鏈安全的支撐，我國距離碳達峰還有不到10年時間，要建成以非化石能源為主體、安全可持續的能源供應體系，實現能源領域深度脫碳和本質安全。為此，我們要大力控制化石能源消費，加快實施可再生能源替代行動，積極構建以新能源為主體的新型電力系統。

未來我國光伏產業鏈安全的科技發展重點就是不斷提高轉換率。光伏砷化鎵電池、光伏鈣鈦礦電池轉化率較高，應重點關注。未來儲能要重點突破前沿儲能技術，研究鋰空氣電池、鋰二氧化碳電池等新型能源存儲技術；要重點研發高效儲能技術，包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能等；要重點研發應用梯級電站大型儲能、利用廢棄礦井儲能、火電廠抽氣儲能等新型儲能應用技術，以及儲能安全技術。行業要重點關注前沿低碳技術，包括人工光合作用技術、電力多元轉化技術、空氣中二氧化碳直接捕集技術;要重點關注能效提升技術，包括發展數據中心節能降耗技術、利用高壓直流供電系統；要重點關注非電可再生能源利用技術及煤炭清潔高效利用技術。

此外，氫能體系建設是構建協同互補終端能源結構的重要環節，氫能發展是儲能領域的重要組成部分。石油化工和煤化工是典型的高能耗化工工程。在“雙碳”目標下，石油化工和煤化工的高效耦合轉化、石腦油耦合制烯烴、綠氫融合煤制甲醇過程均是化工產業綠色發展新路徑。

探索重點材料領域研發新模式

干勇院士建議下一步能源化工領域應探索重點材料領域的研發新模式。

其一，調整科技結構新方向。在全球經濟一體化背景下，國家之間的競爭已由企業之間、產業鏈之間的競爭逐漸轉變為產業集群之間、產業生態系統之間的競爭。制造業產業集群化發展是產業發展的基本規律之一，是制造業結構調整和轉型升級的必由之路。中國在進入工業化后期后，制造業發展邁入深水區，產業集群開始出現，成為我國制造業強大的一個重要表現。

與以美國為首的西方國家相比，我國制造業主靠單打獨斗競爭力弱，急需開展聯合創新。我國可聚焦重點產業區域，鍛長板、補短板，以企業為主整合項目、基地、人才、資金等創新資源，實現技術溢出效應最大化，構建研發、生產、驗證、應用的全鏈條協同創新體系及產業技術迭代升級創新機制，形成新型的創新理念、創新戰略、創新模式、創新網絡。

其二，打造重點材料領域新平臺。首先，系統有序推進全國重點實驗室優化重組，對標國內外先進的研究機構，打造不可替代的科技創新能力并明確戰略定位，針對國家需求，可梳理解決重大科技問題。

其次，加快構建以國家實驗室為核心引領的創新體系，基于已有的研究基礎、雄厚的研發隊伍基礎及強大的科研設施，采用核心—基地—網絡協同創新架構組建模式，重點從戰略性結構材料、戰略性功能材料、前沿新材料、材料基礎科學支撐平臺四類進行布局，實現補短板、鍛長鏈、打根基的戰略目標。

此外，可考慮成立材料國家實驗室總部，建議先行選擇半導體新材料、輕量化材料及特種合金、新能源材料、生物及高分子材料4個重點方向，以及全生命周期表征評價綜合科技設施、材料基因工程及大數據中心，后續結合未來戰略產業需求和材料科技發展擴展，形成開放式聯合研究體系。

最后，可探索新的國家創新體系的領導模式，成立中央科技領導小組，統籌協調國家戰略科技力量，形成“四個面向”的科技創新體系能力。

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