摘要:通过分析全球新材料产业发展现状和趋势、国内新材料产业的现状和发展需求,以及宁波市新材料产业基础,揭示宁波市新材料产业不足和短板,提出宁波市新材料领域科技创新发展对策建议:做好顶层设计,重视未来产业布局;加强组织领导,以项目为载体,着力关键技术突破;加强科技成果转化;支持企业向国际一流迈进;强化数字创新赋能,提升新材料研发降本增效,加速创新。
关键词:新材料产业;科技创新;宁波市
新材料产业是新一轮科技革命和产业变革的基石与先导,也是国家面向未来确定的战略必争领域之一。宁波市是重要的新材料产业集聚区,产业规模全国领先,在化工新材料、金属合金材料、稀土磁性材料、功能膜材料和石墨烯等领域具有较大的竞争优势。然而,与国际先进水平相比,宁波市在新材料研发与生产等方面依然存在差距,部分关键高端材料仍然依赖进口,新材料的自主创新能力和产业集群效应有待提升,前沿新材料布局不足。
本文在研究全球新材料领域发展现状和趋势,以及国内新材料产业发展现状和需求的基础上,深入研究了宁波市新材料的产业基础,发现优势,揭示不足,并针对性地提出对策建议,为加快宁波市新材料产业高质量发展、建成在全球有影响力的新材料创新领军城市和产业高地提供借鉴。
一、国外新材料产业发展现状与趋势
1.1 国外新材料产业发展现状
新材料是21世纪最具发展潜力并对未来发展有着巨大影响的高新技术产业,是支撑战略性新兴产业和重大工程不可或缺的物质基础,是全球科技竞争的关键领域,是国家竞争力的重要体现。
长久以来,欧、美、韩、日、俄等世界主要发达国家和地区都高度重视新材料产业的发展,制定了一系列加强新材料研究开发的计划文件,并在市场和产业环境层面出台政策和投入重金,支持产业发展。
其中,美国以保持新材料的全球领导地位为主要考虑,以推动先进制造业为主要目标,聚焦纳米材料及器件、信息科技、生物与医用材料、宽禁带半导体材料等材料;欧盟则重点在保障能源安全、提高资源利用和促进大众健康等方面着力,以抢占未来的新兴市场,重点发展纳米材料、石墨烯、光电材料、生物与医学材料等;英国重点支持建设新能源、智能系统和材料化学等领域创新;日本非常注重长期的国家科学技术基本计划,强调新材料的实用性,考虑环境和资源协调发展,重点开发能源材料、半导体材料、纳米材料等;韩国重点发展高密度存储、生物材料、纳米材料、碳材料、高性能结构材料等;俄罗斯《2030年前材料与技术发展战略》将智能材料、金属间化合物、纳米材料及涂层、单晶耐热超级合金、含铌复合材料等18个重点材料战略列为发展方向。
表1.1 主要国家新材料相关重点计划
(数据来源:公开信息,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
目前,全球新材料产业已形成了以美国、日本和欧洲为第一梯队,韩国、俄罗斯和中国为第二梯队的竞争格局。其中美国、日本和欧洲在基础研究、应用开发、技术产业化和生产制造等各方面都居世界领先地位,拥有全球绝大部分的新材料大型跨国公司,并在大多数高技术含量、高附加值的新材料产品中占据了主导地位,产业垄断加剧,高端材料技术壁垒日趋显现。
表1.2 主要国家/地区重点新材料企业
(数据来源:公开信息,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
1.2 国外新材料产业发展趋势
当今世界正经历百年未有之大变局,气候变化正在影响人类生活的方方面面;新一轮技术革命正在持续深化,制造技术高速迭代,全球制造业均面临着巨大的升级压力;新冠疫情、美联储加息、俄乌冲突等不利因素正深刻影响世界政治格局,国家间的竞争与摩擦愈演愈烈。新材料在应对这些问题方面将发挥不可替代的关键作用。
(1)能源变革与低碳可持续。环境保护和可持续发展日益成为各国发展战略的核心议题,目前全球已有一百余个国家或组织给出“碳中和”时间表,其中扩大可再生能源比重,加速交通工具、工业领域绿色低碳转型是实现目标的重要举措,风电、光伏、氢能、储能、新能源汽车和CCUS(碳捕获、利用与封存)将是重要抓手。围绕这些产业的发展需求,高光电转化效率的光伏材料、轻量化材料、锂电池材料、高性能永磁体材料、气体捕集和分离材料等成为全球热门的研究方向。
(2)制造升级与产业安全。在新的产业革命时代,多个主要制造业国家纷纷提出了工业升级战略,其中包括围绕新一代信息技术、新能源和新能源汽车、高端装备制造、生物和节能环保等新兴产业,重点发展光电和半导体材料、特气和光刻胶等电子化学品,高温合金和高性能纤维等航空航天材料,锂、镍、稀土、铜等电池关键原材料,并积极布局和研制超导材料、智能材料、隐身材料和3D打印材料等前沿材料,以加快基础材料升级换代。
与此同时,按需逆向设计和精准控制性能已成为新材料设计的必然趋势。作为基于数据驱动的科学发展第四范式,材料基因工程将高通量计算和设计、高通量制备、高通量表征、材料数据库和人工智能相结合,大大缩短材料研发周期、降低研发成本,从根本上改变材料科学领域的研发模式。
二、我国新材料产业发展现状与需求
我国政府高度重视新材料产业的发展,相继出台多项文件指导和支持新材料产业发展,对标发达国家奋起直追。
表2.1 我国新材料相关政策与规划(部分列举)
(数据来源:公开信息,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
我国目前已形成了全球门类最全、规模第一的材料产业体系,建成了涵盖金属、高分子、陶瓷等结构与功能材料的研发和生产体系,形成了庞大的材料生产规模,钢铁、有色金属、稀土金属、水泥、玻璃、化学纤维、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等百余种材料产量达到世界第一位。新材料产业总产值从2010年的0.65万亿元增长到2020年的5.5万亿元,占全球新材料产业产值比重近1/4。
随着规模逐渐扩大,我国新材料产业初步形成了“东部沿海聚集,中西部特色发展”的格局,并涌现出多个特色明显的集群区域,建设了多个国家制造业创新中心,培育了一批上市公司、国家级单项冠军和国家级专精特新“小巨人”企业,成为推动制造业高质量发展的重要载体。例如深圳拥有国内最大、产业链相对完整的先进电池材料产业集群,年产值超过千亿元,集群工业总产值占全国相应产业比重超过70%。宁波市已形成磁性材料、绿色石化两大国家级先进制造业集群,多种新材料产量位居全国第一。
表2.2 我国新材料产业区域格局
(数据来源:公开信息,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
整体来说,我国新材料产业在体系建设、产业规模、技术进步、集群效应等方面取得了较大进步,为国民经济和国防建设做出了重要贡献。然而,由于产业起步较晚、基础薄弱,除了稀土材料、光伏硅材料、锂电池材料等少数细分领域具有比较优势外,总体仍处于产业价值链中低端,先进基础材料参差不齐,关键战略材料受制于人,前沿新材料技术有待突破等问题。
不仅如此,当前“逆全球化”暗流涌动,以美国为首的国家针对半导体、生物医药、新能源汽车及其他新兴技术领域推出了若干部法案(政策/计划),以推动制造业流向美国,同时限制先进产业在中国或其他国家/地区的发展。而且美国还通过禁止销售以及停止供应等霸权方式打击中国科技企业,并撺掇其他国家针对我国需求的关键材料、技术和设备进行封锁。
因此,加快补齐基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板,加大重要产品和关键核心技术攻关力度,加快工程化产业化突破,推动新材料产业高端化,加快关键核心技术创新应用,增强要素保障能力,是当下我国新材料产业高质量发展的首要任务。
表2.3 “卡脖子”关键新材料(部分列举)
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三、宁波市新材料产业发展现状
宁波市着力打造新材料这一标志性产业之一,先后出台《宁波市新材料产业发展规划(2015)》《宁波市智能装备首台(套)和新材料首批次应用保险补贴工作实施办法(2018)》《宁波市重点新材料首批次应用示范指导目录(2020年版)》等一系列专项规划和政策指导和支持产业快速发展,取得了一些成绩。
(1)产业规模方面。2020年宁波市新材料产业完成工业总产值2174.6亿元,占全省新材料产业产值的30.3%,产业总体规模全国领先、发展态势良好。其中化工新材料、金属新材料、稀土磁性材料和电子信息材料等重点领域规上企业分别完成工业总产值944亿元、860.2亿元、162.5亿元和97.9亿元,并形成磁性材料和绿色石化两大国家级先进制造业产业集群。稀土磁性材料总产量占全国40%以上,MDI、ABS、聚丙烯树脂、聚苯乙烯、石油树脂等多种化工新材料的产量规模国内第一。中高端铜合金、高精度锌白铜带产品的国内市场占有率达45%和70%,粉末冶金零件加工能力全国最大。
(2)产业实力方面。截至到2022年底,宁波市新材料产业已拥有19家上市公司,12家国家级单项冠军企业,9家国家级专精特新“小巨人”企业,数量居全国前列。龙头企业包括市场占有率全球第一的钐钴磁性材料企业宁港永磁、新型铈磁体企业复能新材料公司、光学反射膜企业长阳科技、光学扩散膜激智科技;全球最大聚氨酯材料生产企业万华化学和石油树脂生产企业恒河材料;居世界前列的铜材企业金田铜业、硬化膜企业惠之星和宁波瑞凌等。
表3.1 宁波市重点新材料企业
说明 :表格中专精特新指国家级专精特新“小巨人”,单项冠军和单项冠军产品分别指国家级制造业单项冠军企业和国家级制造业单项冠军产品。 “上市公司”指主板上市公司。
(数据来源 :公开信息,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
(3)科创平台与资源方面。宁波拥有甬江实验室、中科院宁波材料所、兵科院宁波分院、天津大学浙江研究院、西北工大宁波研究院等20多家新材料相关的高能级产业技术研究院所;建有磁性材料等5家国家级重点实验室(工程实验室、工程研究中心)、1个国家石墨烯创新中心、国家新材料测试评价平台浙江区域中心和磁性材料两个省级制造业创新中心,以及10家国家企业技术中心、15家省级重点企业研究院、79家省级企业研究开发中心;集聚了4位两院院士、237名高层次人才和72个高端创业创新团队。
表3.2 宁波市重点新材料科创平台
(数据来源:宁波市科学技术局,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
面向“十四五”,宁波市提出到2025年新材料产业产值规模力争达到5000亿级,建设成为在全球有影响力的新材料创新领军城市和产业高地,并规划了一系列重大建设项目。
表3.3 宁波市新材料相关重大建设项目“十四五”规划
(数据来源:宁波市发展和改革委员会,宁波德泰中研信息科技有限公司整理)
整体来说,宁波市新材料产业当前仍处于发展培育阶段,并仍然存在一些不足。首先,具有重大影响力的原创性、首创性的新材料研究成果偏少,“卡脖子”问题依然突出,围绕国家战略需求的颠覆性技术和面向未来的产业布局还需加强。其次,在产业链协同方面还不紧密,长度偏短,主要集中在原材料产品生产,对其深度开发、延伸不够,企业间协同创新不够,本土领军企业与国际大型跨国公司还存在明显差距。最后,多数新材料项目能耗、排放较高,受资源要素制约较大,如何适应全球能源变革和可持续的发展趋势,将成为产业需要解决的重要课题。
四、宁波市新材料领域科技创新发展对策
宁波市新材料领域科技创新对策总体思路应面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,立足于全球新材料产业的发展趋势和地区产业基础,以加快实现科技创新自立自强为核心,以升级一批基础新材料,突破一批“卡脖子”关键新材料、布局一批前沿材料技术为重点,抓住新一轮科技革命和产业变革带来的历史机遇,建设一批关键特色产业集群,发展一批国际一流企业和专精特新企业,加快建成在全球有影响力的新材料创新领军城市和产业高地。
(1)重视未来产业布局
围绕国家重点研发计划和浙江省“领航计划”“领雁计划”“尖兵计划”中的新材料领域创新任务,以及宁波市产业规划和需求,动态编制关键核心技术“三色图”,迭代“科技创新2025”“前沿引领 2035”重大专项,做好顶层规划,兼顾当前亟需和未来布局。
其中在未来产业方面重点聚焦半导体封装以及下一代半导体材料(金刚石等)制备技术;3D打印材料与技术;单壁碳纳米管、Mexene等纳米新材料;高效薄膜电池、叠层电池等基于新材料和新结构的光伏电池新技术;太阳能直接制氢、海水制氢等绿氢制备技术;固态锂离子、钠离子电池、液流电池、超级电容器、固体氧化物电池等前沿储能和电池技术;二氧化碳高值化转化制备淀粉、乳酸、乙二醇等化学品;以水、二氧化碳和氮气等为原料直接高效合成甲醇等绿色可再生燃料的技术;高效、低成本的空气中二氧化碳直接捕集技术;生物质高值化转化为生物航空煤油、生物柴油、纤维素乙醇、 生物天然气、生物质基材料及高附加值化学品等制备技术;合成生物学;电池、塑料、光伏组件、风电叶片、汽车等高效回收拆解、梯次利用和再生利用技术等。
(2)着力关键技术攻坚
加强组织领导,建议设立宁波市新材料产业专委会,制定项目任务书、时间表、路线图,建立评价指标体系,加强对科研项目实施情况的督促检查和科研成果的评估问效,同时监测新材料产业发展情况和趋势,发布年度报告,建言献策。
以项目为牵引,一方面遴选一批顶尖科学家、企业专家联合进行重大关键技术项目攻关,主动形成一批原创性、前瞻性、引领性、有影响力的创新成果,增强自身的科技创新硬实力,助力实现关键核心技术自主可控和颠覆性技术抢占高点。
另一方面以“揭榜挂帅”等方式,让龙头企业牵头开展“产业需求—技术难题—科研攻关—产业化应用”研究,推动科研与产业交流合作,强化上下游企业开展协同攻关,加快突破产业共性问题,加速材料新技术熟化和推广应用,强化集群内部互动和共生发展的产业生态,让每个企业,尤其是龙头企业成为新材料集群创新发展的有力推动者,成为中上游中小企业的有力带动者。
(3)加强科技成果转化
建议设立甬江新材料技术创新与产业化平台,培育一批懂科技、懂技术、懂市场、懂管理的技术转移经纪人,组建专业的项目筛选、知识产权运营、投资策略、工程化团队、项目运营与维护等团队,以市场化运作的方式完成对技术的评价、培育、示范、推广、落地与转化等全流程管理,有力提升技术成果转移转化的成功数量和速度。
平台立足宁波,辐射长三角、全国以及全球,积极对接创新端、产业端和资本端,建好成果库、需求库和资本库,采取包括“成果推介会”“科技成果直通车”“校企合作大会”“科技成果大赛”“新材料技术资本峰会”等活动,以及专人负责对接等形式,促进实质性产学研资合作,推进优秀的科技成果进一步熟化和转化,加速宁波本土企业创新能力提升,加强区域赋能作用。
(4)支持企业对标一流
建议采取区别化的财政、税收等多举措,提振企业创新积极性,大力支持优势企业对标世界一流企业和专精特新企业,通过海内外并购,产业链上下游兼并重组、资本运作或战略合作、产学研合作等形式,不断延伸产业链条,整合区域资源,培育一批核心技术能力突出、创新能力强、市场占有率高的领军企业,提升本土企业在国际新材料产业链中的竞争力和话语权。
(5)强化数字创新赋能
推动企业、高校、科研院所联合建立新材料高效计算、高效实验、材料数据库、材料智能制备加工等“产学研”平台,集融合创新、公共研发平台和辅助验证于一体,开展计算材料学、材料信息学、智能制备加工等交叉学科研究,提升数据驱动材料发现、制备加工与产业推广技术原始创新能力,发展智能制造、智能增材制造、前沿新材料自主高效智能化试验,以及清洁生产、绿色制造、循环利用与再制造等技术,帮助企业加强高效低成本制造技术研发。
基金项目:
宁波市科技局软科学研究项目(重点项目)
作者简介:
吕锐(1988-),男,浙江宁波,中国科学院福建物质结构研究所硕士,资深行业分析师,主要研究方向为化工新材料、新能源材料等,E-mail:lyurui@163.com。
通信作者:
张立生(1988-),男,浙江宁波,中国科学院宁波材料技术与工程研究所博士,中国工程院“高性能、功能性高分子材料2035发展战略研究”重点咨询研究项目专家,中国海洋材料产业技术创新联盟海洋材料腐蚀与防护分盟秘书长,北京先进碳材料产业促进会高级顾问,宁波大学兼职硕士生导师,宁波德泰中研信息科技有限公司总经理;主要研究方向高分子材料、生物基材料、碳材料等,E-mail:zhangls@polydt.com。
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