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产学研大家谈① | “双碳”背景下的材料及重点材料领域研发新模式

文章来源：中化新网更新时间：2023-03-03 14:46:23

编者按经过40余年的发展，我国材料领域取得巨大发展成就。我国已经形成全球门类最全、规模最大的材料产业体系，部分材料已达到国际领先水平，关键材料为一系列国家重大工程实施提供了不可或缺的物质基础。与此同时，我国新材料产业也存在一些问题，如关键高端材料远未实现自主供给、材料创新能力不强、新材料产业基础能力薄弱等。当前，随着我国产业升级，材料领域发展正在进入关键窗口期，高端功能性材料应用的“爆发式增长期”正在到来。

面临重大机遇，我国如何抓住机遇，乘胜追击。2月19日，中国工程院院士、原副院长，国家新材料产业发展专家咨询委员会主任干勇在首届“中国能源•化工产学研30人论坛”上，对“双碳”背景下我国的能源、化工领域材料发展进行了全面梳理并提出重点材料领域的创新研发新模式。

化工材料支撑产业链安全战略

在我国化工和新材料领域中，高端合成树脂材料、高端合成橡胶、高端合成纤维及单体、高端碳纤维、工程塑料5大类13项技术存在断链的关键技术问题。目前，我国石化工业突破“卡脖子”关键技术的2030年重点任务已经明确。

新一代信息技术产业重点在于补短板的化工新材料。集成电路制造晶圆、光刻、刻蚀等全产业链均离不开高纯化学品，没有高纯化学品，就没有高端集成电路。目前，我国集成电路高纯化学品约90%需要依赖进口，严重受制于人，而高纯化学品的分离提纯难度极大，甚至无法突破。因此，开展集成电路高纯化学品的分离提纯研究极其重要。集成电路高纯化学品的纯度和质量是芯片性能的关键，也是国际上抢占的战略制高点，因此实现高纯化学品自主创新是解决芯片难题的关键之一。

针对生物材料及高分子材料的短板，干勇院士建议成立国家级生物及高分子材料研究院，重点突破生物医用金属材料、生物医用无机非金属材料、高性能膜材料、先进高分子材料等，并考虑提前布局重组人源化胶原蛋白材料、新型高强韧性医用纯钛材料，引领国家生物安全发展、保障人民生命健康。

能源材料技术支撑产业链安全战略

碳达峰、碳中和目标的提出，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提出了明确时间表。针对能源系统深度脱碳迫切需求，我国要大力发展光伏、风电等新能源技术和绿色氢能、煤炭高效利用等技术。

干勇院士认为能源结构转型重点是要实现两个转变，一是资源利用方式要从化石能源消耗型向绿色能源再生型转变；二是碳氢燃料的利用方式要从高碳燃料向低碳燃料转变。保证能源结构调整战略是保障产业链、供应链安全的支撑，我国距离碳达峰还有不到10年时间，要建成以非化石能源为主体、安全可持续的能源供应体系，实现能源领域深度脱碳和本质安全。为此，我们要大力控制化石能源消费，加快实施可再生能源替代行动，积极构建以新能源为主体的新型电力系统。

未来我国光伏产业链安全的科技发展重点就是不断提高转换率。光伏砷化镓电池、光伏钙钛矿电池转化率较高，应重点关注。未来储能要重点突破前沿储能技术，研究锂空气电池、锂二氧化碳电池等新型能源存储技术；要重点研发高效储能技术，包括压缩空气储能、飞轮储能等；要重点研发应用梯级电站大型储能、利用废弃矿井储能、火电厂抽气储能等新型储能应用技术，以及储能安全技术。行业要重点关注前沿低碳技术，包括人工光合作用技术、电力多元转化技术、空气中二氧化碳直接捕集技术;要重点关注能效提升技术，包括发展数据中心节能降耗技术、利用高压直流供电系统；要重点关注非电可再生能源利用技术及煤炭清洁高效利用技术。

此外，氢能体系建设是构建协同互补终端能源结构的重要环节，氢能发展是储能领域的重要组成部分。石油化工和煤化工是典型的高能耗化工工程。在“双碳”目标下，石油化工和煤化工的高效耦合转化、石脑油耦合制烯烃、绿氢融合煤制甲醇过程均是化工产业绿色发展新路径。

探索重点材料领域研发新模式

干勇院士建议下一步能源化工领域应探索重点材料领域的研发新模式。

其一，调整科技结构新方向。在全球经济一体化背景下，国家之间的竞争已由企业之间、产业链之间的竞争逐渐转变为产业集群之间、产业生态系统之间的竞争。制造业产业集群化发展是产业发展的基本规律之一，是制造业结构调整和转型升级的必由之路。中国在进入工业化后期后，制造业发展迈入深水区，产业集群开始出现，成为我国制造业强大的一个重要表现。

与以美国为首的西方国家相比，我国制造业主靠单打独斗竞争力弱，急需开展联合创新。我国可聚焦重点产业区域，锻长板、补短板，以企业为主整合项目、基地、人才、资金等创新资源，实现技术溢出效应最大化，构建研发、生产、验证、应用的全链条协同创新体系及产业技术迭代升级创新机制，形成新型的创新理念、创新战略、创新模式、创新网络。

其二，打造重点材料领域新平台。首先，系统有序推进全国重点实验室优化重组，对标国内外先进的研究机构，打造不可替代的科技创新能力并明确战略定位，针对国家需求，可梳理解决重大科技问题。

其次，加快构建以国家实验室为核心引领的创新体系，基于已有的研究基础、雄厚的研发队伍基础及强大的科研设施，采用核心—基地—网络协同创新架构组建模式，重点从战略性结构材料、战略性功能材料、前沿新材料、材料基础科学支撑平台四类进行布局，实现补短板、锻长链、打根基的战略目标。

此外，可考虑成立材料国家实验室总部，建议先行选择半导体新材料、轻量化材料及特种合金、新能源材料、生物及高分子材料4个重点方向，以及全生命周期表征评价综合科技设施、材料基因工程及大数据中心，后续结合未来战略产业需求和材料科技发展扩展，形成开放式联合研究体系。

最后，可探索新的国家创新体系的领导模式，成立中央科技领导小组，统筹协调国家战略科技力量，形成“四个面向”的科技创新体系能力。

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