王輝國(guó)

?我國(guó)化工企業(yè)發(fā)展低碳環(huán)保新材料的主要產(chǎn)品類型有高性能合成纖維、高性能合成樹脂、特種橡膠和熱塑性彈性體、生物基及可降解材料等；主要應(yīng)用場(chǎng)景在輕量化材料、新能源材料、CCUS相關(guān)材料等

?發(fā)展低碳環(huán)保新材料是我國(guó)化工行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵一招，有助于化工行業(yè)躋身綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系、挑高利潤(rùn)空間、擺脫低端領(lǐng)域“紅?！备?jìng)爭(zhēng)、突破貿(mào)易壁壘，是我國(guó)化工行業(yè)在全球綠色經(jīng)濟(jì)體系中提升話語(yǔ)權(quán)的戰(zhàn)略選擇，更是我國(guó)為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)工業(yè)解決方案的使命擔(dān)當(dāng)

低碳環(huán)保新材料是指在全生命周期內(nèi)具有低碳排放甚至零碳排放屬性且對(duì)環(huán)境友好的材料，往往采用清潔工藝生產(chǎn)。當(dāng)前，新材料這個(gè)石油化工行業(yè)的新風(fēng)口正迎來(lái)發(fā)展“春風(fēng)”。2024年12月，工信部等四部門聯(lián)合印發(fā)《標(biāo)準(zhǔn)提升引領(lǐng)原材料工業(yè)優(yōu)化升級(jí)行動(dòng)方案（2025—2027年）》，指出要以標(biāo)準(zhǔn)提升引領(lǐng)原材料工業(yè)供給高端化、結(jié)構(gòu)合理化、發(fā)展綠色化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、體系安全化發(fā)展。提出到2027年，完成石化、化工等行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估及優(yōu)化，分行業(yè)構(gòu)建支撐原材料工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系。本文將詳細(xì)介紹我國(guó)低碳環(huán)保新材料發(fā)展現(xiàn)狀、最新進(jìn)展及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

聚焦創(chuàng)新：我國(guó)低碳環(huán)保新材料發(fā)展方向

從產(chǎn)品類型來(lái)看，低碳環(huán)保新材料重點(diǎn)發(fā)展方向主要包括：高性能合成纖維，涵蓋可在不同場(chǎng)景下應(yīng)用的功能性纖維，以及在抗爆、阻燃方面表現(xiàn)出色的特種纖維等。高性能合成樹脂，涵蓋常規(guī)包裝及高端電子化學(xué)品封裝等領(lǐng)域，以及工程塑料、催化材料等領(lǐng)域。特種橡膠和熱塑性彈性體，可用于制造汽車零部件、工業(yè)密封件等，通過(guò)減輕重量、減少磨損來(lái)提高效能。生物基及可降解材料，前者生產(chǎn)過(guò)程碳足跡小，后者使用后能自然分解，減少環(huán)境污染。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，低碳環(huán)保新材料重點(diǎn)發(fā)展方向主要包括：輕量化材料，主要用于汽車、飛機(jī)等交通工具的輕量化。新能源材料，涵蓋風(fēng)電材料（風(fēng)電葉片材料等）、光伏材料（光電轉(zhuǎn)換和配套材料等）、新能源電池材料（電極、隔膜材料等）等。CCUS相關(guān)材料，涵蓋二氧化碳捕集、綠色轉(zhuǎn)化利用與封存等技術(shù)所需的材料。

三個(gè)維度：解碼低碳轉(zhuǎn)型的化工強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略

目前全球化工行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)加劇，經(jīng)濟(jì)逆全球化和貿(mào)易保護(hù)主義抬頭，不利于化工原料和產(chǎn)品流通，產(chǎn)品同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重、附加值低成為我國(guó)化工行業(yè)普遍面臨的難題。在承壓前行的背景下，發(fā)展綠色低碳新材料是我國(guó)化工行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵一招。

從綠色發(fā)展維度，發(fā)展綠色低碳新材料是化工行業(yè)躋身綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系的重要突破口。作為碳排放大戶，化工行業(yè)的碳排放量占工業(yè)領(lǐng)域的13%。而低碳環(huán)保新材料不但可以降低生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放，同時(shí)還可帶動(dòng)下游建材、汽車等行業(yè)綠色化改造發(fā)展，從而有效降低化工產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期碳排放，有助于增強(qiáng)化工行業(yè)的低碳環(huán)保屬性。據(jù)測(cè)算，通過(guò)開發(fā)生物基材料、可降解塑料等綠色低碳新材料及相應(yīng)的單品，可推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈年減排二氧化碳當(dāng)量超1億噸。而可回收、可降解的綠色低碳新材料，如生物基化學(xué)品、可降解塑料等，不僅有助于化工行業(yè)嵌入資源循環(huán)體系、打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)全新增長(zhǎng)點(diǎn)，還能夠有效緩解我國(guó)資源壓力、降低能源對(duì)外依存度、保護(hù)國(guó)家能源安全。

從產(chǎn)業(yè)升級(jí)維度，綠色低碳新材料在能源、交通、制造業(yè)等多個(gè)關(guān)乎國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域都具備應(yīng)用實(shí)力和應(yīng)用潛力，特別是其下游產(chǎn)業(yè)往往涉及汽車制造、風(fēng)電、光伏、新能源等“藍(lán)海”產(chǎn)業(yè)，具有旺盛的市場(chǎng)需求和廣闊的發(fā)展空間。從行業(yè)情況來(lái)看，綠色低碳新材料的利潤(rùn)率較傳統(tǒng)產(chǎn)品可以高出8～12個(gè)百分點(diǎn)，綠色低碳材料有助于我國(guó)化工行業(yè)挑高利潤(rùn)空間，擺脫低端領(lǐng)域的“紅海”競(jìng)爭(zhēng)，其中高端化、特色化產(chǎn)品將成為化工企業(yè)扭虧脫困的強(qiáng)力引擎。

從國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)維度，綠色低碳新材料有望成為我國(guó)化工行業(yè)突破貿(mào)易壁壘的利器。目前歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（CBAM）等政策對(duì)高碳產(chǎn)品征收額外關(guān)稅，待2026年全面實(shí)施后，化工產(chǎn)品將被納入首批管控范圍，我國(guó)傳統(tǒng)石化產(chǎn)品出口面臨每噸超50歐元的碳成本壓力。而綠色新材料通過(guò)生物基原料替代、工藝創(chuàng)新等方式，產(chǎn)品碳足跡相比傳統(tǒng)材料有望降低30%至50%，從而避免被征收高額關(guān)稅，乃至獲得碳關(guān)稅豁免資格。目前國(guó)際許多頭部企業(yè)供應(yīng)鏈也已設(shè)定硬性環(huán)保“門檻”，比如蘋果公司要求2030年所有材料實(shí)現(xiàn)碳中和，特斯拉公司要求將生物基材料采購(gòu)比例提升至40%。我國(guó)許多化工企業(yè)都通過(guò)可降解聚酯、生物基尼龍等綠色低碳新材料嵌入國(guó)際綠色供應(yīng)鏈。2023年數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)聚乳酸、生物基聚酰胺等生物基材料出口量同比增長(zhǎng)67%，在歐洲新能源汽車電池材料市場(chǎng)的份額突破25%（主要應(yīng)用于電池隔膜、生物基黏合劑等環(huán)節(jié)）。發(fā)展綠色低碳新材料不僅關(guān)乎我國(guó)化工企業(yè)“走出去”的成效，也是我國(guó)化工行業(yè)在全球綠色經(jīng)濟(jì)體系中爭(zhēng)奪話語(yǔ)權(quán)的戰(zhàn)略選擇，更是我國(guó)為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)工業(yè)解決方案的使命擔(dān)當(dāng)。

硬核突破：石科院致力打造綠色制造標(biāo)桿

中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“石科院”）近年來(lái)聯(lián)合系統(tǒng)內(nèi)多家企業(yè)，聚焦低碳環(huán)保新材料合成單體的綠色生產(chǎn)技術(shù)，組織力量開展攻關(guān)，部分技術(shù)已在工業(yè)化方面實(shí)現(xiàn)了階段性突破。

一是己內(nèi)酰胺綠色生產(chǎn)技術(shù)。己內(nèi)酰胺是生產(chǎn)聚酰胺-6合成纖維、工程塑料和薄膜等材料的單體，是輕量化材料的重要組成部分，還可用于電子電器設(shè)備制造。石科院牽頭研發(fā)的新一代己內(nèi)酰胺綠色生產(chǎn)成套技術(shù)通過(guò)原始創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破，裝置建設(shè)投資、生產(chǎn)成本和污染物排放分別下降50%、70%和90%以上，使我國(guó)己內(nèi)酰胺年產(chǎn)能從40年前的1萬(wàn)噸發(fā)展到600多萬(wàn)噸，由全部依靠進(jìn)口到占全球市場(chǎng)60%以上，形成了800億元人民幣的新產(chǎn)業(yè)，并帶動(dòng)了5000億元人民幣的下游產(chǎn)業(yè)。2024年，中國(guó)石化采用該技術(shù)在湖南石化建成世界上技術(shù)最先進(jìn)、單套產(chǎn)能最大的己內(nèi)酰胺生產(chǎn)研發(fā)基地，為我國(guó)己內(nèi)酰胺產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展打造了行業(yè)標(biāo)桿。

二是雙氧水法環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)。環(huán)氧丙烷是生產(chǎn)聚醚多元醇的關(guān)鍵原料，主要用于制造聚氨酯材料。其用于保溫材料能夠有效降低建筑物的能耗，用在家具制造和汽車座椅等領(lǐng)域，可以提供舒適持久的支撐性能。石科院與湖南石化聯(lián)合開發(fā)形成丙烯雙氧水法制環(huán)氧丙烷技術(shù)，相比傳統(tǒng)氯醇工藝每年可減排大量含氯廢水和固體危廢，有效減少環(huán)境污染。與國(guó)外同類先進(jìn)技術(shù)相比，該技術(shù)的雙氧水轉(zhuǎn)化率、環(huán)氧丙烷選擇性均有提高，雜質(zhì)含量顯著降低，優(yōu)級(jí)品率達(dá)100%，不僅減少了原料消耗，還能夠滿足高端環(huán)氧丙烷下游產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)環(huán)氧丙烷綠色生產(chǎn)技術(shù)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。

三是環(huán)保型環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)技術(shù)。以環(huán)氧氯丙烷為原料合成的環(huán)氧樹脂，不僅可以與碳纖維、玻璃纖維等增強(qiáng)材料復(fù)合，用于制造風(fēng)力發(fā)電葉片，還因其優(yōu)良的絕緣性和穩(wěn)定性，可用于制造電子電氣絕緣材料。石科院與湖南石化聯(lián)合首創(chuàng)環(huán)保型環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝，與傳統(tǒng)氯醇法環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝相比物料消耗低。“三廢”排放大幅降低，廢水減排率超過(guò)90%。目前，該技術(shù)的工業(yè)示范裝置正在湖南石化緊鑼密鼓建設(shè)，計(jì)劃今年投產(chǎn)，投產(chǎn)后將對(duì)推動(dòng)環(huán)氧氯丙烷清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)創(chuàng)新、增強(qiáng)樹脂產(chǎn)業(yè)鏈綠色發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力具有積極意義。

前瞻未來(lái)：下一代材料創(chuàng)新的星辰大海

新材料產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展方向主要在于進(jìn)一步提升其性能和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，滿足不同領(lǐng)域的需求。

在單體生產(chǎn)領(lǐng)域，石科院除上述已在工業(yè)化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)階段性突破的單體生產(chǎn)技術(shù)外，正在積極布局包括十二內(nèi)酰胺、己二胺等綠色生產(chǎn)新工藝及生物基可再生2,5-呋喃二甲酸、呋喃基環(huán)狀二胺、戊二胺等多項(xiàng)新型產(chǎn)品開發(fā)，其中部分已實(shí)現(xiàn)了小試、中試層面的突破，將為低碳環(huán)保新材料的創(chuàng)新發(fā)展帶來(lái)更多的可能性。

在材料合成領(lǐng)域，石科院近年來(lái)聯(lián)合清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等領(lǐng)軍研究機(jī)構(gòu)，通過(guò)簽訂全面合作框架協(xié)議、聯(lián)合申報(bào)科研項(xiàng)目、共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、共同開展技術(shù)開發(fā)與裝備制造等方式，開展了包括生物基共聚酰胺、熱塑性聚烯烴彈性體、CCUS吸附材料等多種低碳環(huán)保新材料合成技術(shù)研發(fā)工作，其中部分已取得一定成果。例如，石科院不斷拓展生物基共聚酰胺材料的性能潛力和應(yīng)用邊界，牽頭開啟了基于生物基賴氨酸及多種具有創(chuàng)新結(jié)構(gòu)單體的新型抗菌生物基共聚酰胺材料的研發(fā)工作，在機(jī)理研究、單體合成工藝開發(fā)、過(guò)程放大、設(shè)備開發(fā)等方面開展科技攻關(guān)，獲得了中國(guó)石化“高端聚酰胺材料制備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)示范”重大科技項(xiàng)目的支持。未來(lái)，石科院將以開發(fā)功能性聚酰胺單體為突破口，從生物基原料氨基酸出發(fā)，通過(guò)過(guò)程強(qiáng)化脫水環(huán)化、功能基團(tuán)修飾等方式生產(chǎn)高端聚酰胺聚合單體，不斷提升功能性己內(nèi)酰胺單體制備技術(shù)研究的深度和廣度，為中國(guó)石化聚酰胺產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展提供新動(dòng)能。

作者系中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、“百千萬(wàn)人才工程”國(guó)家級(jí)人選