全球新材料产业发展态势

世界主要国家和地区新材料产业相关政策,在突出各自特色和优势发展领域的同时,均强调了技术研发、人才培养与合作融合

China Policy Review - - 目次 - □李强 周少雄 曾宏

李强 周少雄 曾宏中国材料研究学会

新材料技术与信息技术、生物技术、能源技术并称为21 世纪支柱性高新技术,国际竞争日趋激烈,世界各国竞相将发展新材料产业列为国际战略竞争的重要组成部分。

全球新材料产业发展现状 1.产业规模不断扩大,地区差

异日益明显。2010年全球新材料市场规模超过 4000 亿美元,到 2016年已经接近 2.15 万亿美元,平均每年以 10%以上的速度增长。尽管2012年以来全球经济仍未摆脱低迷,但新材料产业发展并未受到明显影响,保持稳中有升的持续发展态势。随着全球高新技术产业的快速壮大和制造业的不断升级,以及可持续发展的持续推进,新材料的需求将更加旺盛,新材料的产品、技术、模式不断更新迭代,市场更加广阔,产业继续快速增长。

全球新材料产业发展的地区差距日益明显。长期以来,新材料产业的创新主体是美国、日本和欧洲等发达国家和地区,其拥有绝大部分大型跨国公司,在经济实力、核 心技术、研发能力、市场占有率等多方面占据绝对优势,占据全球市场的垄断地位。其中,全面领跑的国家是美国,日本的优势在纳米材料、电子信息材料等领域,欧洲在结构材料、光学与光电材料等方面有明显优势。中国、韩国、俄罗斯紧随其后,目前属于全球第二梯队。中国在半导体照明、稀土永磁材料、人工晶体材料,韩国在显示材料、存储材料,俄罗斯在航空航天材料等方面具有比较优势。除巴西、印度等少数国家之外,大多数发展中国家的新材料产业相对比较落后。从新材料市场来看,北美和欧洲拥有目前全球最大的新材料市场,且市场已经比较成熟,而在亚太地区,尤其是中国,新材料市场正处在一个快速发展的阶段。从宏观层面看,全球新材料市场的重心正逐步向亚洲地区转移。伴随新一轮科技革命和产业大变革的来临,

从宏观层面看,全球新材料市场的重心正逐步向亚洲地区转移

全球技术要素和市场要素配置方式将发生深刻变化,地区差异将会进一步加剧。

近 15年来,世界各国的新材料产业快速扩张、高速增长,并呈现出专业化、复合化、精细化、智能化、绿色化特征。受全球经济疲软影响,中国新材料产业增速有所放缓,但仍保持增长态势,2017年中国新材料产业总产值达 3.1 万亿元人民币,产生了若干创新能力强、具有核心竞争力、新材料销售收入超过百亿元的综合性龙头企业,培育了一批新材料销售收入超过10亿元人民币的专业型骨干企业,建成了一批主业突出、产业配套齐全、年产值超过 300亿元人民币的新材料产业集聚区和特色产业集群。

2.向集约化、集群化发展,高端材料垄断加剧。随着全球经济一

体化进程加快,集约化、集群化和高效化成为新材料产业发展的突出

特点,中国新材料产业也正朝着这一趋势迈进。新材料产业呈现横向、纵向扩展,上下游产业联系也越来越紧密,产业链日趋完善,多学科、多部门联合进一步加强,形成了新的产业战略联盟,有利于产品开发与应用拓展的融合,但是也形成了寡头垄断。一些世界著名的材料企业纷纷结成战略伙伴开展全球化合作,通过并购、重组及产业生态圈构建,整体上把控着全球新材料产业的优势格局。比如,世界新材料主要生产商美国铝业、杜邦、拜耳、GE塑料、陶氏化学、日本帝人、日本 TORAY、韩国 LG等大型跨国公司,加速对全球新材料产业的垄断,并在高技术含量、高附加值的新材料产品市场中保持主导地位。

3.交叉融合创新加速,研发模式加快转变。基础学科突破、多学

科交叉、多技术融合快速推进了新材料的创制、新功能的发现和传统材料性能的提升,新材料研发日益 依赖多专业协同创新。值得注意的是,针对现有研发思路和方法的局限性(性能、周期、资源),以高通量计算、高通量制备、高通量表征、数据库与大数据等技术为支撑,立足把握材料成分-原子排列- 显微组织-材料性能-环境参数- 使用寿命之间关系的材料基因组工程快速发展,将推动新材料的研发、设计、制造和应用发生重大变革,使新材料研发周期和研发成本大幅度缩减,并将加快探索发现前沿材料、实现材料新功能,加速新材料的创新过程。

4.全生命周期绿色化,资源能源高效利用。世界各国都积极将新

材料的发展与绿色发展紧密结合,高度重视新材料与资源、环境和能源的协调发展,大力推进与绿色发展密切相关的新材料开发与应用。如:欧洲首倡材料全生命周期技术,对钢铁、有色、水泥等大宗基础材料的单产能耗、环境载荷要求降低 20% 以上;对新能源材料、环保节能材料等的研发生产,高度重视从生产到使用全生命周期的低消耗、低成本、少污染和综合利用等。

世界主要国家和地区新材料产业相关政策

鉴于材料的战略性和基础性作用,新材料技术成为各国竞争的热点之一。为此,全球主要国家均制定了相应的新材料发展战略和研究计划。

1.美国——国家制造业创新网络战略规划、材料基因组计划等。

美国处于世界科技的领先地位得益于对新材料研究的长期重视和持续支持。长久以来,美国科研的主导方向是为国防领域服务,所以材料研究与开发主要集中在国防和核能领域,这使得美国航空航天、计算机及信息技术等行业的相关材料应用得到迅速发展。1991年,美国提出了通过改进材料制造方法、提高材料性能来达到提高国民生活质量、加强国家安全、提高工业生产率、促进经济增长的目的。自此美国科技政策向军民结合调整。在已发表的第一份美国国家关键技术报告中,美国就将新材料列为所提出的对国家经济繁荣和国家安全至关重要的6个领域之首。从克林顿、小布什到奥巴马政府,美国都将新材料发展置于国家战略高度。

美国能源部为了推动清洁能源的发展,于 2010 年 12月发布了《关键材料战略》,以解决因产地、供应链脆弱以及缺乏合适的替代材料等原因导致的安全问题。2011年12月,又发布了该战略的修订升级

版— —《2011关键材料战略》,重点支持风轮机、电动汽车、太阳能电池、能效照明等清洁能源技术中用到的稀土及其他关键材料。

2011 年 6月,美国宣布了一项超过 5亿美元的“制造业伙伴关系”计划,其中就包含了材料基因组计划,目标是使美国企业发现、开发、生产和应用先进材料的速度提高到目前的两倍。

2012 年 2月,美国发布了“先进制造业国家战略计划”,创建包括先进材料在内的4个领域的联邦政府投资组合,以促进先进材料的发展。同时,还发布了“国家纳米计划”,确定了纳米材料、纳米制造等 8个主要支持领域。

2014年,美国发布材料基因组计划战略规划,主要包括生物材料、催化剂、光电材料、储能系统、轻质结构材料、有机电子材料等9 个领域 63 个方向。

2016年,美国发布了《国家制造业创新网络战略规划》,组建了轻质现代金属制造创新研究所、复合材料制造创新研究所等,重点发展先进合金、新兴半导体、碳纤维复合材料等重点材料领域。 2.欧盟——地平线 2020 计划、欧洲冶金计划等。为抢占未来的新 兴市场,欧盟委员会于2009年9月公布了《为我们的未来做准备:发展欧洲关键使能技术总策略》的文件,将纳米科技、微(纳)米电子与半导体、光电、生物科技及先进材料等5项科技认定为关键使能技术(KETS)。欧盟委员会指出, KETS的技术外溢效应及其所产生的加成效果,可以同时提升通信技术、钢铁、医疗器材、汽车及航天

全球新材料产业呈现横向、纵向扩展,上下游产业联系也越来越紧密,产业链日趋完善,多学科、多部门联合进一步加强,形成了新的产业战略联盟,有利于产品开发与应用拓展的融合,但是也形成了寡头垄断

等领域的发展,因此对欧盟地区未来的经济持续发展有着重大影响。

欧盟委员会于 2011 年 11 月公布了为期7年、耗资 800 亿欧元的“地平线 2020”(Horizon 2020)规划提案,提出专项支持信息通信技术、纳米技术、微电子技术、光电子技术、先进材料、先进制造工艺、生物技术、空间技术以及这些技术的交叉研究。

2011 年 ,欧 盟 以 高 性 能 合金材料需求为牵引,启动了欧盟第七框架计划下的“加速冶金学(ACCMET)”项目。2012 年,欧洲科学基金会又推出总投资超过20亿欧元的“2012-2022年欧洲冶金复兴计划”,对数以万计的合金成分进行自动化筛选、优化和数据积累,以加速发现与应用高性能合金及新一代先进材料。

2013年开始,欧盟在“地平线2020计划”中推进了“新材料发现(NOMAD)”项目,现已建成 NOMAD数据库,以托管、组织和共享材料 数据。

2014年,欧盟提出石墨烯旗舰计划,投资 10亿欧元支持石墨烯制备、应用等13个方向,推出“纳米科学、纳米技术/材料与新制造技术”(NMP)项目以及“研究网络计划”,加速高性能合金及新一代材料的研发。

3.德国——工业4.0。2012 年6月,德国启动实施了《纳米材料安全性》长期研究项目,以了解各类纳米材料可能对周边环境产生的影响,通过定量化方法对纳米材料进行安全性风险评估。

2012 年 11 月,德国启动“原材料经济战略”科研项目,目的在于开发能够高效利用并回收原材料的特殊工艺,加强稀土、铟、镓、铂族金属等的回收利用。

德国为鼓励各种社会力量参与新材料研发,先后颁布实行了“材料 研 究 Matfo”(1984-1993 年 )、“材料技术 Matech”(截至 2003 年)和“为工业和社会而进行材料创新WING”(始于 2004 年)3个规划。WING规划强调密切关注材料的可制造性,致力于协调各部门间的高水平材料研究。

2013 年 4月,德国颁布了《关于实施工业 4.0 战略的建议》白皮书。之后德国将工业4.0 项目纳入了《高技术战略 2020》的 10 个未来项目中,推动以智能制造、互联网、新能源、新材料、现代生物为特征的新工业革命。德国企业界普遍认为,确保和扩大在材料研发方面的领先地位是其在国际竞争中取得成功的关键。

2016 年 3月,德国发布了《数字战略 2025》(Digital Strategy 2025),

石墨烯是21世纪最具颠覆性的新材料,目前行业正处于从技术向商业转化阶段。

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