構(gòu)建化工新材料自主創(chuàng)新體系，需要加強(qiáng)多學(xué)科、技術(shù)領(lǐng)域協(xié)同

2021-02-22 11:27:30 來源: 科技日報

材料是制造業(yè)的基礎(chǔ)，要加快實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，必須夯實新材料這一重要基石。日前，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布《石油和化學(xué)工業(yè)“十四五”發(fā)展指南》，其中特別強(qiáng)調(diào)要加快化工新材料的發(fā)展，提出“十四五”末化工新材料的自給率要達(dá)到75%，占化工行業(yè)整體比重超過10%。

“我國化工新材料與發(fā)達(dá)國家還有很大差距。”天津大學(xué)化工學(xué)院教授姜忠義表示，要實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建化工新材料自主創(chuàng)新體系和新發(fā)展格局，需要加強(qiáng)多學(xué)科領(lǐng)域、多技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)同，還要建設(shè)數(shù)字研發(fā)平臺，開展大數(shù)據(jù)、數(shù)字化研發(fā)，更要加速國產(chǎn)新材料落地應(yīng)用，給予更多市場支持。

材料是重要基礎(chǔ)，化工新材料應(yīng)用廣泛

大到飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、動車、輪船這些關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)的重要載體，小到購物袋、飯盒、電池、保暖衣這些日常用品，都與化工新材料息息相關(guān)。一手牽著科技和創(chuàng)新，一手牽著產(chǎn)業(yè)和市場，可以說，新材料研發(fā)水平及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模是衡量一個國家科技、經(jīng)濟(jì)實力的重要標(biāo)志。

姜忠義介紹，一般來說，需要化學(xué)反應(yīng)或化工過程制造出來的材料稱為化工材料，它跟一般材料的區(qū)別在于，材料加工過程中要引入化學(xué)反應(yīng)過程。比如把乙烯經(jīng)過催化劑，轉(zhuǎn)換成聚乙烯，必須有化學(xué)反應(yīng)才能夠?qū)崿F(xiàn)。

化工新材料是指近期發(fā)展的和正在發(fā)展中具有傳統(tǒng)化工材料不具備的優(yōu)異性能或某種特殊功能的新型化工材料。與傳統(tǒng)化工材料相比，化工新材料具有質(zhì)量輕、性能優(yōu)異、功能性強(qiáng)、技術(shù)含量高、附加價值高等特點。

“新材料多應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域，如航空航天、電子、新能源、醫(yī)療健康、節(jié)能環(huán)保等。”姜忠義舉例說，飛機(jī)耗油與自重有關(guān)，機(jī)身采用質(zhì)量更輕的新材料，油耗就會更少，但同時還要滿足防凍、抗冰等性能;再如廢水處理，過去用蒸發(fā)器，耗能特別高，現(xiàn)在用新材料膜過濾，能耗節(jié)約很多。

此外，在一些領(lǐng)域，為了實現(xiàn)新的技術(shù)需求，傳統(tǒng)材料滿足不了時也必須依靠新材料。比如太空飛船載人工作艙需要轉(zhuǎn)化、處理宇航員呼出的二氧化碳，如果攜帶低效率的二氧化碳處理材料，體積大，會影響太空艙內(nèi)的空間利用。應(yīng)用處理效率高的新材料，宇航員就可以在太空中停留更長時間，也為太空科學(xué)實驗贏得更多時間。

打破行業(yè)定位束縛，需要產(chǎn)業(yè)協(xié)同和學(xué)科協(xié)同

“規(guī)劃提出，到十四五末，化工新材料占化工行業(yè)整體比重超過10%。從世界范圍看，比例并不算多。”姜忠義認(rèn)為，這與化工行業(yè)定位有關(guān)，過去化工行業(yè)的定位是生產(chǎn)傳統(tǒng)化工產(chǎn)品，像天津渤海化工集團(tuán)，主要生產(chǎn)分子化學(xué)品，尤其是小分子化學(xué)品，而化工新材料一般都是大分子產(chǎn)品。再如在國家自然科學(xué)基金委員會，化工學(xué)科屬于化學(xué)科學(xué)部，還有工程與材料科學(xué)部，分屬兩個部門。傳統(tǒng)化工生產(chǎn)乙烯、鹽、酸、堿，煉油，這些都不屬于化工新材料。

過去我國傳統(tǒng)理念和戰(zhàn)略布局，把化工當(dāng)作一個單獨的行業(yè)。實際上，化工是一個輻射力很強(qiáng)的平臺性行業(yè)，滲透性非常強(qiáng)。比如化工和生物制藥、能源等都有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

“目前，國家科技部的重大科技專項，幾乎沒有單獨的化工領(lǐng)域，但是有生命、材料、醫(yī)藥、能源等，研究化工領(lǐng)域的項目可以分別在這些專項里申報，說明化工有多學(xué)科交叉滲透的特點，更像是一個百寶箱。”姜忠義說。

在一些美國大學(xué)里，化工和材料設(shè)在同一個系——比如化學(xué)工程與材料科學(xué)系。相比之下，我國的學(xué)科劃分狹窄，造成不同學(xué)科之間的壁壘較大，合作受限。姜忠義介紹，以膜技術(shù)為例，膜本身是材料，膜技術(shù)偏化工，這是典型的化工和材料的結(jié)合。

“現(xiàn)在研究化工新材料肯定要跨界，做新材料的目的是為了應(yīng)用，只要應(yīng)用在哪個領(lǐng)域，就是交叉到哪個領(lǐng)域。”姜忠義表示，化工新材料占整個新材料的比例越來越大，涵蓋面非常廣。僅有研究化工的人來做肯定不行，從基礎(chǔ)研究到關(guān)鍵技術(shù)，到應(yīng)用示范等各個層面，都需要產(chǎn)業(yè)協(xié)同、學(xué)科協(xié)同，甚至和大數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)建企業(yè)、高校、院所深度協(xié)同的新型創(chuàng)新平臺。

2016年，姜忠義領(lǐng)銜承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃項目——煤化工廢水處理項目時，就提出“化工和環(huán)保理念相結(jié)合”。他表示：“環(huán)保關(guān)心達(dá)標(biāo)排放，化工更關(guān)心資源化，化工和環(huán)保相結(jié)合，既實現(xiàn)深度處理零排放，也實現(xiàn)資源化。這就是明顯的跨界協(xié)同創(chuàng)新。”

在人才培養(yǎng)方面，姜忠義認(rèn)為，要充分體現(xiàn)以人為本，聚才聚智，有了人才能干事。在與化工新材料產(chǎn)業(yè)相適應(yīng)的人才隊伍里加強(qiáng)培養(yǎng)，特別是加強(qiáng)培養(yǎng)本土人才非常重要。技術(shù)層面也必須立足自主研發(fā)、自主知識產(chǎn)權(quán)，未來化工新材料自給率將會越來越高。

構(gòu)建自主創(chuàng)新體系，戰(zhàn)略機(jī)遇期不容錯過

“我國化工新材料與國外先進(jìn)國家相比，還比較落后。比如排水淡化里高端反滲透膜材料幾乎都是進(jìn)口的。往往是技術(shù)含量越高的領(lǐng)域，我國的差距就越大。”姜忠義毫不諱言，我國是制造業(yè)大國，產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀決定了新材料必須迎頭趕上。目前，我國正處在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，重大設(shè)備、應(yīng)用都離不開材料的支撐。

他認(rèn)為，要改變這一現(xiàn)狀，必須構(gòu)建自主創(chuàng)新體系，“未來需要加強(qiáng)多學(xué)科領(lǐng)域，多技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)同，這是一個重要方面;還要建設(shè)數(shù)字研發(fā)平臺，開展大數(shù)據(jù)、數(shù)字化的研發(fā)，過去可能為了滿足某個目的要通過實驗來篩選出1000種材料，如果用計算機(jī)篩選和機(jī)器學(xué)習(xí)，就能大大縮短研發(fā)周期。”

化工新材料的十四五規(guī)劃重點任務(wù)表明，要從國家需求出發(fā)，優(yōu)先保證國家安全，拓展太空、海洋等空間資源，滿足生命健康需求，以及節(jié)能減排等方向。這都需要搶占技術(shù)制高點，增強(qiáng)自主保障能力，關(guān)鍵產(chǎn)品的補(bǔ)短板。

姜忠義舉例說，以部分尖端和高端膜材料為例，雖然目前尚未完全走向工業(yè)應(yīng)用，但在實驗室的研究層面上已經(jīng)嶄露頭角，顯示出良好前景。盡管是局部的領(lǐng)先，但將來這類材料一旦研發(fā)出來，可能就會是世界領(lǐng)先。

“這是戰(zhàn)略機(jī)遇，誰走在前頭，將來就會用誰的材料，而戰(zhàn)略機(jī)遇期不容錯過。”姜忠義認(rèn)為。對于支持國產(chǎn)的化工新材料的研發(fā)和應(yīng)用，國家已有政策導(dǎo)向，比如建立示范園區(qū)，設(shè)立新材料重大專項支持，構(gòu)筑多學(xué)科多領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新體系等。

目前國內(nèi)市場支持不足也是有待打破的瓶頸。姜忠義表示，初期市場培育，是新材料推廣應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，新材料推廣應(yīng)用困難，是制約我國新材料技術(shù)創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸。對于國內(nèi)取得技術(shù)與產(chǎn)業(yè)突破的新材料，應(yīng)加速其在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的應(yīng)用與創(chuàng)新，給予國產(chǎn)新材料更多的傾斜支持。

科技日報記者陳曦

關(guān)鍵詞：化工新材料自主創(chuàng)新體系

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