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學(xué)科協(xié)同、產(chǎn)業(yè)協(xié)同打破行業(yè)定位束縛 沖擊化工新材料自主創(chuàng)新高地

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日期:2021-02-22 16:38:41    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、火箭、衛(wèi)星、動車、輪船這些關(guān)系國民經(jīng)濟的重要載體,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、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,飛機耗油與自重有關(guān),機身采用質(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?;ぜ瘓F,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的平臺性行業(yè),滲透性非常強。比如化工和生物制藥、能源等都有很強的關(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)的人才隊伍里加強培養(yǎng),特別是加強培養(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)略機遇期不容錯過

“我國化工新材料與國外先進國家相比,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,如果用計算機篩選和機器學(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,增強自主保障能力,關(guān)鍵產(chǎn)品的補短板。

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)略機遇,誰走在前頭,將來就會用誰的材料,而戰(zhàn)略機遇期不容錯過。”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。(記者 陳曦)

關(guān)鍵詞: 化工新材料

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