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經(jīng)過40余年的發(fā)展，我國材料領(lǐng)域取得巨大發(fā)展成就。我國已經(jīng)形成全球門類最全、規(guī)模最大的材料產(chǎn)業(yè)體系，部分材料已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，關(guān)鍵材料為一系列國家重大工程實(shí)施提供了不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，我國新材料產(chǎn)業(yè)也存在一些問題，如關(guān)鍵高端材料遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)自主供給、材料創(chuàng)新能力不強(qiáng)、新材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力薄弱等。當(dāng)前，隨著我國產(chǎn)業(yè)升級，材料領(lǐng)域發(fā)展正在進(jìn)入關(guān)鍵窗口期，高端功能性材料應(yīng)用的“爆發(fā)式增長期”正在到來。
面臨重大機(jī)遇，我國如何抓住機(jī)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(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任干勇在首屆“中國能源·化工產(chǎn)學(xué)研30人論壇”上，對“雙碳”背景下我國的能源、化工領(lǐng)域材料發(fā)展進(jìn)行了全面梳理并提出重點(diǎn)材料領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)新模式。
化工材料支撐產(chǎn)業(yè)鏈安全戰(zhàn)略
在我國化工和新材料領(lǐng)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(xiàng)技術(shù)存在斷鏈的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，我國石化工業(yè)突破“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)的2030年重點(diǎn)任務(wù)已經(jīng)明確。
新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)在于補(bǔ)短板的化工新材料。集成電路制造晶圓、光刻、刻蝕等全產(chǎn)業(yè)鏈均離不開高純化學(xué)品，沒有高純化學(xué)品，就沒有高端集成電路。目前，我國集成電路高純化學(xué)品約90%需要依賴進(jìn)口，嚴(yán)重受制于人，而高純化學(xué)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(xué)品的分離提純研究極其重要。集成電路高純化學(xué)品的純度和質(zhì)量是芯片性能的關(guān)鍵，也是國際上搶占的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)高純化學(xué)品自主創(chuàng)新是解決芯片難題的關(guān)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(diǎn)突破生物醫(yī)用金屬材料、生物醫(yī)用無機(jī)非金屬材料、高性能膜材料、先進(jìn)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(qiáng)韌性醫(yī)用純鈦材料，引領(lǐng)國家生物安全發(fā)展、保障人民生命健康。
能源材料技術(shù)支撐產(chǎn)業(yè)鏈安全戰(zhàn)略
碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，為構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系提出了明確時(shí)間表。針對能源系統(tǒng)深度脫碳迫切需求，我國要大力發(fā)展光伏、風(fēng)電等新能源技術(shù)和綠色氫能、煤炭高效利用等技術(shù)。
干勇院士認(rèn)為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型重點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變；二是碳?xì)淙剂系睦梅绞揭獜母咛既剂舷虻吞既剂限D(zhuǎn)變。保證能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略是保障產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全的支撐，我國距離碳達(dá)峰還有不到10年時(shí)間，要建成以非化石能源為主體、安全可持續(xù)的能源供應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)能源領(lǐng)域深度脫碳和本質(zhì)安全。為此，我們要大力控制化石能源消費(fèi)，加快實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，積極構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
未來我國光伏產(chǎn)業(yè)鏈安全的科技發(fā)展重點(diǎn)就是不斷提高轉(zhuǎn)換率。光伏砷化鎵電池、光伏鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)化率較高，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。未來儲(chǔ)能要重點(diǎn)突破前沿儲(chǔ)能技術(shù)，研究鋰空氣電池、鋰二氧化碳電池等新型能源存儲(chǔ)技術(shù)；要重點(diǎn)研發(fā)高效儲(chǔ)能技術(shù)，包括壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等；要重點(diǎn)研發(fā)應(yīng)用梯級電站大型儲(chǔ)能、利用廢棄礦井儲(chǔ)能、火電廠抽氣儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)，以及儲(chǔ)能安全技術(shù)。行業(yè)要重點(diǎn)關(guān)注前沿低碳技術(shù)，包括人工光合作用技術(shù)、電力多元轉(zhuǎn)化技術(shù)、空氣中二氧化碳直接捕集技術(shù);要重點(diǎn)關(guān)注能效提升技術(shù)，包括發(fā)展數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗技術(shù)、利用高壓直流供電系統(tǒng)；要重點(diǎn)關(guān)注非電可再生能源利用技術(shù)及煤炭清潔高效利用技術(shù)。
此外，氫能體系建設(shè)是構(gòu)建協(xié)同互補(bǔ)終端能源結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，氫能發(fā)展是儲(chǔ)能領(lǐng)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(biāo)下，石油化工和煤化工的高效耦合轉(zhuǎn)化、石腦油耦合制烯烴、綠氫融合煤制甲醇過程均是化工產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展新路徑。
探索重點(diǎn)材料領(lǐng)域研發(fā)新模式
干勇院士建議下一步能源化工領(lǐng)域應(yīng)探索重點(diǎn)材料領(lǐng)域的研發(fā)新模式。
其一，調(diào)整科技結(jié)構(gòu)新方向。在全球經(jīng)濟(jì)一體化背景下，國家之間的競爭已由企業(yè)之間、產(chǎn)業(yè)鏈之間的競爭逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)集群之間、產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)之間的競爭。制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本規(guī)律之一，是制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級的必由之路。中國在進(jìn)入工業(yè)化后期后，制造業(yè)發(fā)展邁入深水區(qū)，產(chǎn)業(yè)集群開始出現(xiàn)，成為我國制造業(yè)強(qiáng)大的一個(gè)重要表現(xiàn)。
與以美國為首的西方國家相比，我國制造業(yè)主靠單打獨(dú)斗競爭力弱，急需開展聯(lián)合創(chuàng)新。我國可聚焦重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)區(qū)域，鍛長板、補(bǔ)短板，以企業(yè)為主整合項(xiàng)目、基地、人才、資金等創(chuàng)新資源，實(shí)現(xiàn)技術(shù)溢出效應(yīng)最大化，構(gòu)建研發(fā)、生產(chǎn)、驗(yàn)證、應(yīng)用的全鏈條協(xié)同創(chuàng)新體系及產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代升級創(chuàng)新機(jī)制，形成新型的創(chuàng)新理念、創(chuàng)新戰(zhàn)略、創(chuàng)新模式、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。
其二，打造重點(diǎn)材料領(lǐng)域新平臺(tái)。首先，系統(tǒng)有序推進(jìn)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化重組，對標(biāo)國內(nèi)外先進(jìn)的研究機(jī)構(gòu)，打造不可替代的科技創(chuàng)新能力并明確戰(zhàn)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(gòu)建以國家實(shí)驗(yàn)室為核心引領(lǐng)的創(chuàng)新體系，基于已有的研究基礎(chǔ)、雄厚的研發(fā)隊(duì)伍基礎(chǔ)及強(qiáng)大的科研設(shè)施，采用核心—基地—網(wǎng)絡(luò)協(xié)同創(chuàng)新架構(gòu)組建模式，重點(diǎn)從戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)材料、戰(zhàn)略性功能材料、前沿新材料、材料基礎(chǔ)科學(xué)支撐平臺(tái)四類進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)短板、鍛長鏈、打根基的戰(zhàn)略目標(biāo)。
此外，可考慮成立材料國家實(shí)驗(yàn)室總部，建議先行選擇半導(dǎo)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(gè)重點(diǎn)方向，以及全生命周期表征評價(jià)綜合科技設(shè)施、材料基因工程及大數(shù)據(jù)中心，后續(xù)結(jié)合未來戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)需求和材料科技發(fā)展擴(kuò)展，形成開放式聯(lián)合研究體系。
最后，可探索新的國家創(chuàng)新體系的領(lǐng)導(dǎo)模式，成立中央科技領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)國家戰(zhàn)略科技力量，形成“四個(gè)面向”的科技創(chuàng)新體系能力。
