我国化工新材料创新发展方向研究

霍正元 齐景丽 申传龙

新材料是新一轮科技革命和产业变革的基石和先导，习近平总书记多次强调新材料在推进创新驱动战略中的关键地位，指出“我国关键原材料严重依赖进口的情况已到了非解决不可的地步”“新材料产业是战略性、基础性产业，也是高技术竞争的关键领域，我们要奋起直追、迎头赶上”。化工新材料作为新材料产业的重要组成部分，是化学工业中较具活力和发展潜力的新领域，代表着未来化学工业的发展方向，更是支撑国防军工、航空航天、电子信息、新型能源、生命健康等产业实现高质量发展的重要基础。

近年来，在大国博弈、政策推动和需求牵引等多重因素影响下，我国化工新材料产业创新发展已取得较大成绩，但与美、欧、日等国家和地区相比仍有一定差距，存在基础研究不够、企业融通不够、产用结合不够、要素联动不够等问题，关键技术受制于人的局面仍未根本改变，需要持续加大要素投入力度，推进多点突破，实现整体跃升，提升产业基础高级化和产业链现代化水平。

一、加快发展化工新材料在新时期具有重要战略意义

与现有大宗化工材料相比，化工新材料指应用于高新产业领域，满足特殊使用需求的高性能合成材料和精细化学品，具有高技术含量、高使用性能和高附加值等属性，按类别可分为传统化工材料中的高品质材料、新领域的高性能材料以及通过改性加工等生产的优质材料，产品种类表现为多品种、小批量、功能化特点，主要包括：高端聚烯烃、高性能工程塑料、高性能合成橡胶、特种合成纤维、功能高分子材料、高端专用精细化学品、生物化工材料等大类。

图1 有机材料“金字塔”式分类结构

（一）发展化工新材料是我国制造业保持国际竞争力的战略基础

当前，国际环境错综复杂，全球产业链供应链面临重塑，不稳定性明显增加，围绕先进制造的竞争空前激烈；《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出：新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业发展壮大，占GDP比重达20%左右。

“一代装备，一代材料”正在向“一代材料，一代装备”转变，我国是制造业大国，正在向制造强国迈进，化工新材料既可支撑我国先进制造业发展并持续保持国际竞争力，又是带动我国由石化大国向强国跨越，实现化工行业转型升级的重要方向，对我国在新一轮国际分工中，从新能源发电、动力和储能电池、电子信息、新能源汽车、航空航天等领域抓住“换道超车”机遇，抢占国际话语权具有较大战略价值。

（二）发展化工新材料是新常态下我国石化产业升级的二次创业

在“碳达峰、碳中和”背景下，我国炼化行业产能总体过剩趋势逐年凸显，成品油消费基本达到拐点，大宗有机原材料和基础化工品市场接近饱和，新建大型炼化项目的必要性减弱，在产业政策、生态环保和市场供需三重约束下，石化产业亟需实施转型发展，在原料替代、绿色生产、产品升级等方面尽快实现突破，做出成绩。

积极推进“减油增化”已成为石化行业谋求新发展的普遍共识，减少成品油产出率，增加下游高端石化产品产量，重点发展化工新材料，是石化产业转型升级是否成功的关键性标志。通过深化结构性调整，大力推进科技创新，实现高端化和差异化发展，加快向价值链高端迈进，是行业加快转型升级的必然途径。化工新材料是化学工业中最具活力和发展潜力的新领域，也是支撑我国由石化大国向强国跨越的重点关键领域。

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（三）化工新材料正面临新需求牵引下加速发展的时间窗口期

我国化工新材料产业在规模和增速方面都取得了长足进步，但仍然是我国化学工业体系中自给率最低、自主可控能力最为薄弱、急需培育发展壮大的领域，创新发展正处于爬坡过坎的关键时期。满足下游制造业需求是核心目标，产业升级和国产替代是两大驱动力，支撑先进制造、强调功能应用、突出生物属性是三大需求特点，战略性新兴产业各领域的技术迭代和产品更新，带动市场对有机材料多元化的性能要求不断涌现，未来的五到十年将是我国化工新材料产业加速发展的时间窗口期。

因此，我们需要高度重视化工新材料产业创新路径和重点方向研究，聚焦进口依赖度高的品种，加快国产替代步伐，同时提高已有品种的性能指标，实现一批关键单体和合成材料工艺技术自主化，发展具有规模化效应、体现高成长性兼顾布局战略的细分领域，保障品种众多的工程材料和功能材料稳定供应，整体扭转我国新材料领域高端短缺与低端过剩的局面。

二、欧美长期领跑，我国由快速跟跑到逐步并跑

（一）全球化工新材料产业规模持续增长

全球化工新材料伴随先进制造业的发展保持快速增长态势，整体呈现高技术引领、新产品迭代、产业化扩张和需求面扩大等特点，2019年全球化工新材料产量约8500万吨，产值3700亿美元，至2021年产量达到10000万吨，产值3950亿美元，先进基础材料产值比重占49%，关键战略材料产值比重占43%，随着3D打印材料、石墨烯、超导等新兴产业技术不断突破，前沿新材料比重有所上升，达到8%。

在摆脱近年来多重负面影响因素后，预计未来5年全球化工新材料产业的产值规模将保持正增长态势，未来一段时期产量年均复合增长率有望保持在5%以上，预计到2025年全球产量或将超过12000万吨，产值超过4800亿美元，高端聚烯烃、特种工程塑料、电子化学品、高性能纤维、功能性膜材料等化工新材料品种的市场消费仍将保持规模化增长。

（二）产业总体呈现三级梯队竞争格局

全球化工新材料仍由欧美国家主导，产业总体形成三级梯队，其中，美、日、欧为第一梯队，在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等方面占据绝对优势，美国整体上在原创技术和产业化方面保持国际领先；韩国、俄罗斯、中国等为第二梯队，化工新材料产业在材料自主化和石化转型驱动下快速发展；巴西、印度、南非等新兴经济体作为第三梯队，处于奋力追赶和承接产业转移的状态。

化工新材料龙头企业集中在美国、西欧和日本，包括埃克森美孚（ExxonMobil）、陶氏（DOW）、杜邦（DuPont）、巴斯夫（BASF）、索尔维（Solvay）、（英力士）INEOS、道达尔（Total）、可乐丽、三菱化学等，拥有全球化工新材料领域绝大部分的先进生产技术和高端牌号产品，获得高额利润，并利用自身技术与知识产权布局优势，通过限制专利技术转让，垄断原料和产品市场、控制关键设备出口等手段，遏制我国化工新材料产业发展，同时持续加大自身创新和企业并购，不断强化高端材料的技术壁垒和产业垄断。

（三）我国处于产业转型升级加速期和发展逻辑转换期

我国不断加大对化工新材料领域的政策支持，先后出台《新材料产业发展规划》《“十四五”原材料工业发展规划》《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》等给予支持，《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》提出，到2025年，石化化工行业高端产品保障能力大幅提高，核心竞争能力明显增强，高水平自立自强迈出坚实步伐。在向“材料强国”转变的过程中，我国化工新材料产量和产值持续增长，2021年产量和产值分别为2965万吨9161亿元，2022年约为3100万吨和13000亿元，总体自给率达到71%。未来五年我国化工新材料年均复合增长率将保持在8.6%左右，预计到2025年产量将达到4300万吨，产值超过15000亿元，自给率75%。

伴随产业规模增长，产业发展逻辑也在跟跑国际的过程中逐步探索实现5个转变，涉及产品特征、经营重点、竞争力来源、企业着眼点和市场关系等方面，推动我国化工新材料产业进入新的发展阶段。国内多数品类处于替代黄金期，供需双向促进，产业链迎来布局良机，应用需求呈现新发展方向，特色化区域集聚态势愈加明显，技术创新环境持续优化，部分关键技术取得重大突破，行业整合趋势明显，集中度逐渐提升。

表1 基础化工行业与化工新材料行业产业逻辑对比

三、多重问题制约我国化工新材料产业竞争力提升

（一）缺少前瞻布局，存在路径依赖，产品低端过剩高端不足

发达国家实行“研发一批、储备一批、应用一批”的材料先行战略，在行业发展中占据战略主动地位，而我国则存在无材可用、有而不佳、量小价高等问题，化工新材料发展一直滞后于先进制造业需求，重大装备、重大工程往往最后才确定材料方案，“等米下锅”问题突出。究其原因，我国石化产业在发展初期忙于解决石化产品有无和总量不足问题，炼化企业依托大宗有机原料生产工艺技术相对简单的通用塑料、工程塑料和各类助剂，通过提高产能和成本控制参与市场竞争，形成“规模扩张”路径依赖，经营收益多数用于扩大再生产而创新研发投入不足，行业总体形成“重数量轻质量”“重生产轻研发”“重盈利轻创新”的惯性思维，导致产品结构单一、专用牌号供给不足、高端产品占比较小等问题长期存在。

（二）发展起步晚，国产空白多，总体处于被外部压制状态

化工新材料从研发到终端应用要经历一个漫长过程，周期少则几年，多则十几年、几十年。我国化工新材料行业发展晚于西方国家，发展积累时间短，理论基础薄弱，研发体系不健全，创新生态不完整，与国际先进水平的差距是客观存在，总体处于被压制状态。我国化工新材料产业仅有10%左右领域为国际领先水平，60%〜70%领域处于追赶状态，还有20%〜30%领域与国际水平存在相当大差距；在130种关键基础化工材料中，我国有52%仍需依赖进口，32%尚属于产能空白。

表2  我国重点化工新材料技术和产品竞争力研判

（三）关键单体制备技术自主化程度低，制约合成材料品种拓展

我国高性能材料所需关键单体的生产、聚合、加工等全产业链成套技术掌控不足，诸多技术开发路线面临跨国企业专利布局限制，是行业发展的痛点和难点，如：可降低碳排放、实现资源再利用的生物质制化学品技术多数被国外企业封锁；烯烃生产方面的原油直接裂解制烯烃技术，全球仅ExxonMobil实现了工业化应用，国内以中国石化为代表的央企刚刚完成工业试验；芳烃生产方面，国内现有95%的对二甲苯（PX）产能生产技术由国外公司提供，中国石化芳烃成套技术市场占比还较小；环氧化合物生产方面，传统的生产方法存在环境污染问题，国内外企业均在研究绿色新工艺。以无联产品的共氧化法新工艺异丙苯法制环氧丙烷技术（CHPPO）为例，唯一技术供应商为日本住友化学公司，国内部分企业完成中试，尚在推进工业应用的阶段；功能单体生产方面，聚酯功能单体2,6-萘二甲酸（2,6-NDA）、尼龙单体二元胺等完全依赖进口，严重制约了产业发展；生物基化学品方面，我国虽是生物基化学品产业大国，但几个有利于化石能源替代的重要产品“卡脖子”技术问题突出，缺少具有自主知识产权的工业菌种和酶制剂；荷兰Avantium公司、杜邦等国外公司已建成或正在筹建生物质呋喃二甲酸（FDCA）、生物质丁醇等工业示范装置，国内尚处于研究阶段。

（四）缺乏“解决方案”模式，创新链联动不畅，产业化推进慢

行业龙头跨国公司在“一站式服务”“一体化方案”等方面的发展理念已经得到广泛应用，成为在高端产品市场推介过程中的重要手段。企业在产品定制、产品工程、产品服务等三大环节充分融合，形成高效的技术支撑体系，在产品定制环节应需排查并选定配方，在产品工程环节验证配方并稳定量产，在产品服务环节即为提供解决方案，实质就是技术服务，为客户提供全套的应用方案并解决在使用过程中出现的各种技术问题。

相比而言，我国市场主体长期存在基础研究不够、企业融通不够、产用结合不够、要素联动不够等问题。企业仅关注前段技术开发，没有联动下游应用需求进行协同发展，习惯于通用产品的坐商式销售方式，不重视售后技术服务，即便企业配有行商队伍，技术层次配备也不强，造成研发、生产与服务脱节现象，生产端与应用端互动不充分，对下游制造业在化工新材料性能方面的需求缺少系统跟踪和前瞻性培育。在当前国外石化企业转型升级先于我们一步，国内高端石化产品市场大部分被国外高端产品占领，且下游客户基于供应量和性能稳定性要求而形成的强粘性，在一体化服务意识薄弱的内外因影响下，我国企业更是难以销售国产化高端石化产品，这也是造成我国石化产品通用型多、高端化不足的主要原因之一。

四、我国化工新材料创新发展的战略思考

（一）总体发展战略

以习近平新时代中国特色社会主义思想为引领，贯彻党的二十大精神，聚焦高质量发展要求，坚持战略思维、底线思维、低碳绿色原则，以提升产业链供应链韧性和安全水平，建设现代化产业体系为战略导向，发挥高端化学品和新材料与石化产业一脉相承、紧密连接的产业特点，紧扣石化全产业链转型升级和上下游协同向价值链高端迈进的中心任务，发挥技术创新和进口替代两大增长动力，聚焦国家战略、经济发展和人民健康等相关产业需要，以基础材料高性能化、关键材料自主可控、前沿材料国际先进为着力点，推进补短板、锻长板，由需求导向牵引产业链延伸，打造现代产业集群，提升产业链供应链稳定性和竞争力，助力我国先进制造业实现更高水平自立自强。

（二）发展思路方向

1. 紧抓需求牵引，推动行业优化升级

一是加快关键产品补短板，增强自主保障能力。围绕航空航天、电子信息、新能源、汽车、轨道交通、节能环保、医疗健康以及国防军工等行业对高端化工新材料的需求，突破一批关键化工新材料以及关键配套原材料的供应瓶颈，提升化工新材料整体产业化发展水平。

二是优化提升现有材料性能，满足国民经济需求。针对国内部分化工新材料质量不高，性能不稳定、应用领域低端等问题，选择一批需求量大、应用面广、有较好技术基础的重点化工新材料产品，整合资源、集中力量、深化产学研用合作，通过技术改造和升级，提高产品质量，增加品种和牌号，实现高端化、差异化、系列化发展，同时降低生产成本。

三是推动新材料市场应用，促进上下游协同发展。加强材料改性、复合技术研发，大力发展树脂/树脂、树脂/纤维、树脂/金属等合金材料、复合材料，满足不同领域对材料的复杂要求。推进国产电子化学品在半导体、大型集成电路领域的应用，提高汽车（新能源汽车）、轨道交通、大飞机等领域轻量化化工新材料国产化水平，加快聚氨酯在建筑节能、道路铺装、木工建材、复合材料等领域的应用等。

2. 集中优势力量，攻克行业共性技术

重点加快特种工程塑料、高性能特种尼龙工程塑料、高端功能膜材料、热塑性弹性体等技术的开发，突破生物基橡胶、生物基纤维、生物基聚酯等全产业链制备技术，实现部分技术抢占国际制高点。

在精细与专用化学品领域，以解决催化技术、过程强化技术、两化融合技术等制约我国精细化工行业发展的共性关键技术为突破口，提升精细化工行业的整体技术水平。

关键有机原料方面，围绕“双碳”目标，关键有机原料生产技术将向更低能量消耗、更高资源利用效率、原料来源多元化等方向发展。烯烃生产方面，开发原油全馏分裂解技术，对原油进行综合利用，以实现低排放和低能耗；未来合成气直接转化制烯烃技术开发重点仍将集中于高催化活性、高选择性新型催化剂的开发，以及新工艺的工业试验和推广上。

在新催化技术方面，开展新型催化剂的结构性能表征与反应机理的研究，开发高选择性催化氧化催化剂及绿色工艺，开展催化过程强化工艺研究，开展环境友好型生物催化剂及绿色工艺的研究，开发离子液体新催化剂及工艺工程化技术，开展失效催化剂中贵金属绿色回收及资源化利用等方面的研究。

在过程强化技术方面，开展微界面、基于外场、微化工系统、新介质/新材料、过程耦合的化工过程强化新技术等研究。同时还要开展新一代微化工系统设计、集成、制造与性能评价、微尺度多相流动的数学模型建立、模拟及优化等基础研究。

3. 持续精耕细作，打造优势领域独门绝技

在聚氨酯、有机硅、含氟材料等具有产能优势的领域，加快绿色化、智能化、高端化、专用化转型，调整优化产品结构，实现质的有效提升和量的合理增长。大力发展数字经济，运用信息技术和先进智能技术改造提升传统产能装置；增加价值链附加值，推动生产性服务业向专业化和价值链高端化延伸，数字化赋能。

紧抓5G时代先进控制与信息技术迭代机遇，运用信息技术手段推动原材料采购、生产制造过程、物流仓储产供销产业链一体化，建立数字化、自动化、智能化的生产运营新模式和集约化、一体化的经营管控新方式；对外推动商业模式、服务模式改变，构建以客户为中心、以互联网为载体的石化商业新业态，为石化和化工企业科学决策提供有力支撑。

（三）创新路径建议

1. 构建创新生态，增强成果转化应用能力

按照基础材料高性能化、高端材料自主可控、未来材料引领的创新思路，发挥市场需求的牵引作用和新型举国体制制度优势，聚焦重点领域开展协同攻关，加强原创技术研究和成果转化，强化“高校基础研究—共性技术平台建设—中试基地成果转化—企业项目规模生产—材料改性和复合性能提升—终端用户应用反馈”的全生态系统，真正解决一批关键核心技术和产品“卡脖子”问题，增强自主创新能力。

图3 创新生态体系要素构成

一是要构建产学研用协同创新的新材料产业体系，为产业发展创造良好的生态环境，对先导性基础研究、产品与工艺技术开发、产业化到产品应用推广等各个阶段给予支持，提高科研机构、人才、资本等相关资源的配置效率，激发市场创新创业活力；二是要聚焦关键领域，着力提升化工新材料自给率与工艺技术水平，如发展应用于水处理、传统工艺改造以及新能源领域的功能性膜材料，开发新型生物基和可降解高分子材料，提升应用于集成电路、平板显示器、新能源电池等领域电子化学品的工艺技术水平等；三是要加强应用技术开发，加快培育新产品市场，将新材料开发与应用需求结合，围绕航空航天、高端装备、电子信息、新能源、汽车、轨道交通、节能环保、医疗健康以及国防军工等领域，开发适应轻量化、高强度、耐高温、稳定、减震、密封等方面要求的新材料。

2. 聚焦细分需求，加大产业化推进速度

围绕下游行业及新兴产业对高端化工新材料的需求，突破一批关键化工新材料以及关键配套原材料的供应瓶颈，提升化工新材料整体产业化发展水平，根据市场需求及技术开发进展，重点发展市场需求大或市场紧缺、具备技术条件的工程塑料及关键原料实现产业化或实施技术升级。

一是提升大宗工程塑料质量水平，对现有装置进行工艺技术改进，提高通用型产品指标性能，同时加快新产品开发和材料改性研究，增加高端、功能性产品比例，防范低水平扩能；二是提升特种工程塑料产能规模，促进一批国内尚属空白的特种工程塑料实现产业化突破，如：聚芳醚醚腈、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲酯、特种尼龙、生物基尼龙等；三是消除关键配套原料供应瓶颈，加快1，4-环己烷二甲酯、己二腈技术国产化，扩大戊二胺、1，3-丙二醇等生物基材料的关键配套原料，鼓励上下游企业及科研单位开展研发合作；四是填补高端领域氟硅树脂产能空白，扭转大量依赖进口的局面，重点发展可熔性聚四氟乙烯、超高分子量聚四氟乙烯、膜级聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、高速挤出级聚全氟乙丙烯树脂等，形成一批创新成果与典型应用；五是加大芳纶材料研发和应用力度，提升间位芳纶产品性能并拓展应用领域，增加对位芳纶产能并提升自给率，加大芳纶Ⅲ材料研发力度，实现高质量稳定生产，鼓励材料生产企业与复合材料制造企业加强研发合作。

3. 结合区域制造业分布，布局特色化工新材料基地

推动化工新材料产业布局与国家区域重大战略、区域协调发展战略、主体功能区战略相协调，依托京津冀地区、长江经济带、粤港澳大湾区建设，选择发展基础好、市场潜力大的产业集聚区建设世界级新材料产业集群，引导已经建成的石化基地和大型园区进一步延伸产业链，重点发展化工新材料和高端化学品，吸引下游企业集聚，形成区域紧密供应和一体化布局，发挥产业链上下游协同优势，实现由大宗有机原料向高端新材料产品的就地转化和价值增值。

图4  “世界一流化工新材料基地”主要特点

优先考虑在高等院校和科研院所集中的省份或地区，依托高标准化工园区建设中试基地，实现创新链、产业链、资金链的充分融合。推动顶尖科学家的创新能力与产业发展的技术需求在空间上无缝衔接，前瞻性开展原始创新、源头创新，打通制约集群产业升级的关键技术环节，抢占新材料产业未来发展制高点。

课题组成员：霍正元 齐景丽 申传龙 詹宇鹏 王凡