化工新材料是支撐國家戰略性新興產業的重要基礎,是傳統石化和化工產業轉型升級的重要方向,已成為當前全球科技競爭的關鍵領域。歐美日等發達國家和地區紛紛制定相關戰略,促進本國化工新材料產業的發展,包括美國“材料基因組計劃”、歐盟“地平線2020”、俄羅斯“2030年前材料與技術發展戰略”以及日本“第六期科學技術基本計劃”等。
我國不斷加大對化工新材料領域的政策支持,先后出臺《新材料產業發展指南》《化工新材料產業“十四五”發展指南》《“十四五”原材料工業發展規劃》等予以支持。2021年12月,工信部發布《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2021年版)》,包含先進基礎材料、關鍵戰略材料、前沿新材料三大類共300余種材料。2022年4月,《關于“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》提出到2025年,石化化工行業要基本形成自主創新能力強、結構布局合理、綠色安全低碳的高質量發展格局,高端產品保障能力大幅提高,核心競爭能力明顯增強,高水平自立自強邁出堅實步伐。本文通過介紹國內外化工新材料產業現狀與趨勢,梳理我國當前發展存在的問題,提出行業發展建議,以期為未來產業發展及技術開發提供支撐。
一、化工新材料的分類和特點
化工新材料是指具有傳統化工材料不具備的優異性能或某種特殊功能的新型化工材料,通常具備性能優異、附加值高、技術門檻高、功能性強等特點,廣泛應用于國民經濟和國防軍工的眾多領域中。
根據中國石油和化學工業聯合會分類,化工新材料主要分為高端聚烯烴(如茂金屬聚烯烴、聚烯烴彈性體、超高分子量聚慚烯等)、工程塑料(如聚酰胺/聚酯/聚苯醚、特種工程塑料等)、彈性體(如熱塑性硫化橡膠、熱塑性聚酯彈性體等)、高性能纖維(如碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等)、循環再生材料(如再生聚酯/PET泡沫、PPC、合成生物制造等)、新能源材料(如聚醚胺/碳纖維、EVA/POE膠膜、鋰電隔膜/溶劑/添加劑)、功能膜材料(如水處理膜、光學膜、LCP膜等)、半導體材料(如光刻膠、濕電子化學品、電子氣體等)及其他(如氣凝膠、工業催化劑等)。
二、全球化工新材料產業現狀
2.1 規模不斷增長
全球化工新材料產業發展整體呈現高技術引領、產品迭代速度快、產業規模和需求不斷擴大等特點。據中國石油和化學工業聯合會統計,2019年全球化工新材料產量約8500萬t,市場消費總額達3700億美元;至2021年全球化工新材料產量約10000萬t,市場消費總額達3950億美元。
未來隨著全球經濟持續增長,先進制造業不斷壯大和向價值鏈中高端邁進,對化工新材料創新和需求將持續增加,從而增強了全球企業和金融資本發展化工新材料的動力。據中國石油和化學工業聯合會預計,到2025年全球化工新材料產量將達1.2億t,市場消費規模將有望達到4800億美元,其中高端聚烯烴、特種工程塑料、電子化學品、碳纖維等領域需求增長有望延續,但西強東弱的區域格局短期內還是難以改變。
2.2 呈現西強東弱格局
全球化工新材料產能及技術主要由北美、歐洲等西方發達國家主導,是全球化工新材料市場的主要地區,但各區由于工業化程度不等而存在差異。
美國在高性能分離膜材料、高性能纖維、工程塑料與特種工程塑料、高端聚烯烴樹脂、高性能橡膠、新型特種膠黏劑等領域全面處于領先水平,在氟硅樹脂和橡膠、聚氨酯材料、電子化學品、儲能材料等領域整體發展水平較好。
西歐在高性能膜材料、高性能纖維、工程塑料與特種工程塑料、高端聚烯烴樹脂、高性能橡膠、氟硅樹脂和橡膠等領域處于較高水平,但在芳綸、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH樹脂)、異戊橡膠等領域處于空白或整體較弱,在電子化學品和儲能材料等領域發展水平不高。
日本在電子化學品領域處于世界領先水平,在高性能膜材料、高性能纖維、工程塑料與特種工程塑料、高端聚烯烴樹脂、高性能橡膠、氟硅樹脂和橡膠等領域處于較高水平,在PTT、PTC等特種樹脂領域則較弱或基本空白。
2.3 領先企業集中在美歐日
企業競爭方面,根據全球化工新材料領域主要企業的營收規模以及業務布局、銷售布局等情況,目前全球處于第一梯隊的企業主要是全球化布局十分成熟、全球知名度極高、化工領域經驗積累豐富的企業,如美國陶氏化學、德國巴斯夫、美國埃克森美孚、日本三菱化學、韓國LG化學等;處于第二梯隊的企業,一般是發達國家中排名前列的企業,這些企業也進行全球化布局,但仍有所側重,如德國贏創、美國3M、日本三井化學、美國空氣化學等,在本國區域布局較深入,營收主要結構以本國區域占據大頭;第三梯隊企業主要是專注于本國內的企業,在各國政府的支持下,緊追其后的化工企業,如國內的晨光新材、金博股份、祥源新材、凱賽生物等。
具體企業布局方面,美國埃克森美孚圍繞聚烯烴和合成橡膠等高性能化不斷開發高端產品,2021年化學品業務收入369億美元;德國巴斯夫在多種基礎原料及精細化學品方面均具備專有技術,2021年化學品業務收入136億歐元;日本三菱化學在功能性材料方面擁有技術優勢,碳纖維、聚碳酸酯等領域處于領先地位,2021年化學品業務收入307億美元;陶氏化學在功能塑料、功能材料和電子化學品等領域具有優勢,2021年化學品業務收入550億美元。
三、我國化工新材料產業現狀
3.1 規模持續壯大
近年來,在國家政策引領及企業技術進步等推動下,我國化工新材料產業規模持續擴大。2021年,我國化工新材料產量超過2965萬t,較2015年的1681萬t提高76%,年復合增速10%;實現銷售收入9616億元,較2015年增長2.7倍,年復合增速24%;自給率也穩步提高,接近75%的目標。一大批核心技術實現突破,高端聚烯烴和工程塑料等產品得到拓展應用,同時誕生了一批優秀的化工新材料企業,包括中石油、中石化、中國中化、華潤、中車、中材等傳統優勢企業引領行業發展,萬華化學、巨化、湖北興發和泰和新材等地方企業,以及盛虹石化、東岳、合盛硅業、久吾高新等民營企業在各自細分領域不斷取得新進展,產品技術水平正在達到和接近國際先進水平。2019—2021年中國化工新材料供需情況、產值規模及消費規模分別見圖1、圖2。2021年中國化工新材料重點品類供需及自給情況見表1。
資料來源:中國石油和化學工業聯合會,前瞻產業研究院整理。
圖 1 2019—2021年中國化工新材料供需情況
資料來源:中國石油和化學工業聯合會,前瞻產業研究院整理。
圖 2 2019—2021年中國化工新材料產值規模及消費規模
表 1 2021年中國化工新材料重點品類供需及自給情況
產品類別 | 產量/萬噸 | 消費量/萬噸 | 自給率/% |
高端聚烯烴 | 620 | 1425 | 43.5% |
工程塑料 | 400 | 665 | 60% |
聚氨酯 | 961 | 945 | 101.7% |
氟硅材料 | 89 | 66 | 134.8% |
高性能合成橡膠 | 463 | 546 | 79.5% |
高性能合成纖維 | 11 | 17 | 66% |
功能膜材料 | 65 | 95 | 70.6% |
電子化學品 | 64.3 | 102.41 | 62.8% |
資料來源:前瞻產業研究院整理。
3.2 發展水平穩步提升
化工新材料產品體系龐大,產業鏈長,涉及企業眾多,目前中國各重點產品領域領先的化工新材料企業詳見表2。
表2 中國化工新材料重點產品企業布局情況
材料種類 | 重點產品 | 主要企業及產能 |
高端聚烯烴 | EVA | 斯爾邦30萬t/a,榮盛石化30萬t/a,揚子巴斯夫20萬t/a,延長中煤榆林30萬t/a,浙江石化30萬t/a,古雷煉化30萬t/a,燕山石化20萬t/a,揚子石化10萬t/a,中化泉州10萬t/a,中科煉化10萬t/a |
聚烯烴彈性POE | 規劃產能有:萬華化學2x20萬t/a,茂名石化5萬t/a,浙江石化2x20萬t/a,天津石化10萬t/a,惠生新材料10萬t/a,衛星化學10萬t/a,京博石化5萬t/a,斯爾邦石化800t/a | |
超高分子量聚乙烯 | 塞拉尼斯(南京) 3.4萬t/a,揚子石化1萬t/a,沃森化工1萬t/a,中科鑫盈1萬t/a | |
工程塑料 | PC | 科思創中國50萬t/a,帝人15萬t/a,三菱瓦斯化學(上海)10萬t/a,燕山石化6萬t/a,寧波浙鐵大風化工10萬t/a,魯西聚碳酸酯公司30萬t/a,萬華化學21萬t/a,寧藍國塑10萬t/a,滄州大化10萬t/a,平煤神馬10萬t/a,利華益維遠13萬t/a,盛通聚源新材料13萬t/a,甘寧石化7萬t/a,浙江石化26萬t/a, 華盛新材料26萬t/a,中沙天津石化26萬t/a |
PA66 | 平煤神馬19萬t/a,上海英威達19萬t/a,華峰8萬t/a,遼陽興家4萬t/a,江蘇華洋4萬t/a,優纖科技2萬t/a,新力新材1.5萬t/a,隆華新材108萬t/a (規劃,預計2028年建成) | |
POM | 云天化9萬t/a,唐山寧浩4萬t/a,中海油田野6萬t/a,兗礦魯南8萬t/a,神華寧煤6萬t/a,寶泰菱6萬t/a,開封龍宇4萬t/a | |
PBT | 長春化學18萬t/a,儀征化纖9.1萬t/a,康輝石化8萬t/a,興盛星材8萬t/a,藍山屯河6萬t/a,中國藍星6萬t/a | |
高性能纖維 | 碳纖維 | 吉林化纖16000t/a,中復神鷹28500t/a, 寶旌碳纖維10500t/a,上海石化7500t/a,新創碳谷6000t/a, 江蘇恒神5500t/a, 光威復材5100t/a |
芳綸 | 泰和新材17000t/a (間位芳綸11000t/a,對位芳綸6000t/a),中圓國際5000t/a對位芳綸(預計2023年擴產至8000t/a),中芳特纖3000t/a,儀征化纖1000t/a | |
高性能橡膠 | 氫化丁腈橡膠HNBR | 全球規模生產有4家,國內浙江贊昇2000t/a,道恩股份1000t/a(二期1000t/a 預計2023年投產,三期1000t/a預計2025年建成);國外德國朗盛10000t/a, 日本瑞翁9500t/a |
熱塑性硫化橡膠TPV | 道恩股份3.3萬t/a,江蘇頂塑實業1萬t/a,金陵奧普特0.8萬t/a | |
硅橡膠 | 宏達新材4萬t/a,正安有機硅3.3萬t/a,東莞天桉科技2.3萬t/a,天辰新材3.5萬t/a,浙江富士特2萬t/a,集泰股份8.63萬t/a,硅寶科技12.62萬t/a, 回元新材9.56萬t/a | |
半導體材料 | 電子化學品 | 新宙邦21.87萬t/a (另在建17.2萬t/a),光華科技9.6方t/a(另在建1萬t/a),強力新材7.6萬t/a (另在建7.3萬噸/年),江化微20萬t/a (另規劃17萬t/a),晶瑞電材4.68萬t/a (另在建4萬t/a),達諾爾3萬t/a |
電子氣體 | 派瑞特氣11480t/a,南大光電6900t/a,華特氣體2875t(產量),金宏氣體580Ot(產量,,另有規劃產能1050t/a) |
資料來源:各公司官網、公司公告,前瞻產業研究院整理
3.3 未來發展前景
隨著國內產業升級步伐加快,對化工新材料的需求將持續旺盛;同時,隨著國內加快對化工新材料的突破和創新,我國化工新材料的自給率也將不斷提升。根據中國石油和化學工業聯合會預計,2025年我國化工新材料消費量將超過5700萬t,產量達到4300萬t,自給率超過75%,見圖3。
資料來源:中國石油和化學工業聯合會,前瞻產業研究院整理
圖 3 2025年中國化工新材料供需預測
四、我國化工新材料產業存在的問題
當前我國化工新材料總體發展水平與歐美日等發達國家仍存在一定差距。
一是缺乏頂層設計,產業結構不合理。國內化工新材料產業發展缺乏統籌規劃,各地區沒有立足于自身條件和優勢進行合理定位和差異化分工,存在低水平重復建設問題,企業規模普遍較小。有些企業集中在中下游環節,產業配套能力不強。此外,盲目跟風式投入沒有得到有效遏制,“低端過剩、高端不足”的結構性矛盾突出,影響產業發展的可持續性。
二是研發投入不夠,原始創新能力不足,核心技術“卡脖子”問題嚴重。我國缺乏良好的資源配置機制和持續有效的投入,無法在技術源頭上支撐自主創新。同時,企業作為創新主體,跟蹤仿制多,導致關鍵技術和核心部件受制于人。我國在高端化工新材料產品和化工高端裝備及尖端技術方面嚴重依賴國外。據工信部統計,在我國大型企業所需的130多種關鍵基礎化工材料中,32%的品種仍為空白,54%的品種仍依賴進口,如高端電子化學品、高端功能材料、高端聚烯烴等,難以滿足經濟與民生需求。高端技術研發成為制約我國化工新材料發展的關鍵要素。
三是與下游材料應用行業脫節,缺乏協同創新能力,成果轉化不足。我國缺乏與下游應用行業的緊密聯系,通常是瞄準填補空白、替代進口的思路進行材料開發,導致我國新型高尖端材料生產一直落后于國外。同時國內缺乏有效的協同創新機制和平臺,材料標準、牌號、檢測評價、數據庫等產業技術基礎尚未形成體系,導致科技成果資源信息難以共享,科研成果轉化率低。
四是高層次人才隊伍短缺,學科建設、人才積累非常薄弱,已成為發展的核心掣肘。我國新材料產業起步晚,基礎弱,人才培養投入不足,尤其是領軍人才培養周期相對較長,導致我國新材料產業發展人才供給相對不足。以集成電路用材料為例,國內一流高校畢業的碩士研究生以上學歷人才從車間工程師到主管,至少需要8—10年時間。目前我國大部分集成電路材料企業的核心人才團隊來自中國臺灣、日本、韓國等。
五、我國化工新材料行業發展建議
5.1 出臺針對性政策措施,促進先進材料產業有序發展
加大財稅金融支持力度,完善財稅金融政策,推進航空航天、電子信息、新能源、生物醫藥等高端領域的技術創新和成果轉化應用,優先選擇研發基礎較好、市場潛力較大的產品作為重點攻關的產業化項目,給予戰略性新興產業專項資金補助。積極發揮政府采購等政策引導作用,鼓勵在重點發展產業優先使用國產化工新材料,同時建立新材料首批次應用容錯和激勵機制。引導產業鏈上中下游相關企業有序集聚,簡化引進企業審評審批程序,保障企業生產要素供應,實施生態環境差別化管控措施,推進關鍵材料檢驗檢測改革和科技成果轉化應用體系建設,破解產業發展的瓶頸制約。大力實施知識產權戰略,設立國家知識產權專項基金,將核心技術成果轉化為知識產權,增強知識產權運營效率。
5.2 圍繞產業鏈部署創新鏈,上下游協同推動高質量發展
圍繞產業鏈關鍵環節部署創新鏈,培育產業鏈鏈主企業,營造“鏈主企業牽引、中小企業集聚”的創新生態。針對集成電路產業集群,聚焦“卡脖子”技術,推動鏈主企業與配套材料企業的協同創新;鼓勵鏈主企業向配套材料企業開放供應鏈,實施關鍵材料、關鍵裝備國產替代計劃。針對航空航天產業,建設和完善民用航空碳纖維復合材料“材料-工藝-設計-制造一體化”的產業鏈配套服務能力;開展高性能碳纖維在高端制造、戰略新興產業等領域應用技術研發和示范應用,形成一批高性能碳纖維復合材料產業化項目,提升上、中、下游產業鏈環節的自主可控水平。針對生物醫藥產業集群,以下游醫學高端應用需求為牽引,打通 “上游原材料制備、中游聚合物合成、材料制品性能評價及優化、工程化成套技術開發、醫用材料應用及規范管理”等產業鏈上的各個環節,實現醫用材料全產業鏈共同發展。
5.3 建設共同創新及服務平臺,形成產業鏈耦合的創新網絡
建設重大共性技術創新平臺與中試平臺,促進集群產業形成協同創新網絡。例如,充分發揮國家碳纖維及其復合材料技術創新中心的平臺作用,以碳纖維及其復合材料前沿引領技術和關鍵共性技術研發與應用為核心,打造創新資源集聚、組織運行開放、治理結構多元的綜合性碳纖維產業技術創新平臺,建立碳纖維技術研發與創新平臺、碳纖維復合材料研發與應用研究平臺、碳纖維中試和孵化平臺、碳纖維行業測試與標準平臺。同時,加大專業化服務平臺建設力度,引導相關產業園區開展基礎研究和應用基礎研究,打造以企業為主體、需求為導向、產學研用協同的創新平臺,提升原創性材料的開發能力。
5.4 加強復合型人才培養,提升自主研發與設計能力
化工新材料產業鏈長,技術壁壘高,通常是集多專業、高精尖技術于一體的系統工程。應持全局產業鏈統籌發展的理念,引進國外化工新材料高端人才,同時加大國內化工新材料人才的培養力度,形成可持續的人才供給模式。例如,在重大共性問題研究領域,主動發起國際科學計劃和工程,搭建世界級科研項目平臺,吸引國外頂尖科學家和團隊參與;建立政府、高校院所科研機構和企業聯合培養機制,打造具有跨學科專業能力的復合型高層次人才隊伍;不斷完善人才評價機制及激勵制度,探索在技術轉移、成果轉化、知識產權運作、投資融資等方面的新模式;發揮多專業、跨學科的“ 大兵團”研發優勢,聚集化學工程、材料科學、分析化學、機械工程、自動化儀表等領域的專業人才,開展協同攻關,加快推進化工新材料產業化發展。
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