化工新材料产业及其在低碳发展中的作用

何盛宝，黄格省

（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京 102206）

近50 年来，全球CO排放量逐年增加，2020年达到323 亿吨，其中我国占比30.7%，2020 年我国单位国内生产总值（GDP）的CO排放量达到全球平均水平的1.76 倍，减少碳排放刻不容缓。2020年9月，我国宣布在2030年前CO排放达到峰值、2060 年前实现碳中和，开启了向“双碳”目标迈进的新纪元。新材料是第四次工业革命的基础，是我国传统产业升级和战略性新兴产业发展的基石，在当前新一代信息技术、新能源、智能制造等新兴产业迅速崛起的背景下，叠加我国“双碳”目标对化工新材料市场需求的拉动，化工新材料在低碳发展进程中作用十分突出。从化工新材料全生命周期（LCA）分析，从材料的原料供应到生产过程直至产品消费与回收利用，化工新材料与炼化行业推进绿色低碳发展、实现碳中和的关系十分密切，在炼化转型发展、高质量发展过程中不可或缺，值得炼化行业深入分析研究。

1 全球新材料产业的发展现状

新材料是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料，其种类、品种很多，按结构组成划分，主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、先进复合材料等。化工新材料是新材料的重要“家族”成员，是化学工业中最具发展活力和发展潜力的新领域，广泛应用于交通运输、医疗卫生、电子信息、国防军工、航空航天、新能源等诸多领域，是国民经济建设所需的关键材料。化工新材料主要包括高性能合成树脂、特种合成橡胶、高性能合成纤维、特种弹性体、复合材料、工程塑料、高端碳材料、电子化学品、降解材料、特种涂料、特种胶黏剂、特种助剂等一系列品种。

由于新材料应用领域高端、前瞻，技术门槛高，附加值高，发达国家最先重视新材料开发及应用。为了抢占战略制高点，美、日、欧、韩等发达经济体均将新材料提升到战略高度并提前布局，启动100 多个专项计划，目前在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等方面占据绝对优势。许多著名的跨国公司，如巴斯夫、杜邦、拜耳、陶氏化学、朗盛等，都将新材料作为其发展战略和经营创效的重点方向，并对我国形成技术优势。总体来说，全球新材料行业正处于快速发展阶段，规模加速增长，年复合增长率维持在10%以上。全球新材料产业近年来发展迅速，2015 年全球新材料产业产值规模约为18818.1亿美元，2017年达到约23164.7 亿美元。2018—2020 年，许多国家出台推动新材料产业发展的扶持政策及规划，加上下游电子信息、生物医疗、汽车工业等产业发展加快，2020 年全球新材料产业产值规模接近3 万亿美元，预计未来5年全球新材料产业产值规模将保持正增长态势，2025 年增长到5.65 亿美元，2026 年有望突破6万亿美元，详见图1。

图1 全球新材料行业产值规模变化及预测

近年来，我国将新材料产业作为未来发展的战略性新兴产业，先后出台《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》《关于石化产业调结构促转型增效益的指导意见》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《化工新材料“十四五”规划指南》等若干政策文件予以扶持。在政策指引下，我国新材料行业发展强劲，2020 年新材料总产值达到约6.0万亿元，预计到2025年产业总产值将达到10万亿元，并保持年均增长20%。然而，目前我国仅是材料大国而非材料强国，新材料属于我国对外依存度极高的八类产业之一，特别是高端化工新材料和化工高端装备及尖端技术严重依赖进口。据工业与信息化部统计，在我国大型企业所需的130多种关键材料中，32%的材料我国处于空白、完全无法生产，54%的材料国内能够生产但质量较差，仅有14%国内可以完全自给。近10 年我国新材料行业总产值变化及2025年预测见图2。

图2 近10年我国新材料行业总产值变化及2025年预测

根据中国石油和化学工业联合会（简称石化联合会）数据，2019 年我国化工新材料产业规模约6000 亿元，市场总消费规模9000 亿元，进口额约3000 亿元，约占化工产品总进口额的25%；消费量约3488万吨，自给率为70.6%，其中，自给率最低的为高端聚烯烃，仅有45.3%，工程塑料和电子化学品自给率均为60%，高性能合成橡胶和高性能膜材料均为66.7%；预计“十四五”期间我国化工新材料消费量将从2020年的3771万吨增加到2025年的5717 万吨，年均增速8.6%。2021 年5 月石化联合会发布的《石油和化学工业“十四五”发展指南》强调要加快化工新材料的发展，提出“十四五”末期化工新材料的自给率要达到75%，占化工行业整体比重超过10%。

随着未来消费端对石油产品需求产生的根本性变革，我国炼化行业进入深刻调整期，炼油化工领域面临转型升级和绿色低碳发展的紧迫任务。由于目前国内油品需求进入平台期并在2025 年前后达峰，“十四五”期间需要将炼油能力控制在10 亿吨/年以内。在减油增化和“双碳”目标等多重因素叠加的背景下，炼化转型升级的技术需求更加迫切。同时，新基建、新一代信息技术的发展，对高端石化产品和高性能材料提出更高要求，市场需求也更加旺盛。总体而言，化工新材料既是目前石化产业的短板之一，也是未来石化行业转型升级的主要方向。随着“双碳”目标的启动，全球化工新材料进入新的发展阶段，我国化工新材料产业迎来前所未有的历史机遇期。

2 化工新材料在低碳发展中的作用

从化工新材料的全生命周期分析，在材料的原料供应环节，可以采用生物质、绿氢等可再生低碳原料以及直接以CO为原料生产化工新材料，从而实现汇碳；在材料的生产环节，可以通过各种不同生产工艺路线过程将原料中的碳转移到新材料产品中，从而实现固碳；在材料的使用消费环节，可以实现废弃材料的回收与循环利用，从而实现减碳。

2.1 可再生原料的汇碳作用

2.1.1 采用生物质原料生产新材料

根据2015年12月12日巴黎气候变化大会发布的《巴黎协定》，要确保全球平均气温上升幅度较工业革命前低2℃，并尽量将其控制在1.5℃以内；而要实现1.5℃的目标，未来全球60%的石油储量、90%以上的煤炭储量应“留在地下”，为此只有大幅削减化石能源的产量和用量，未来生物基替代化石基产品将成为大势所趋。我国生物质资源丰富，主要包括农林业废弃物、城市生活垃圾等。根据中投产业研究院研究结果显示，我国每年可利用的生物质资源中农业废弃物约4亿吨，林业废弃物约3.5 亿吨。生物质原料主要来源于太阳能和植物的光合作用，是吸收自然界CO、实现碳汇的最佳途径。在植物的生长过程中，通过光合作用，每年可将2000 亿吨的CO转化为碳水化合物，因此生物质材料的CO排放量低，仅为石化基塑料的20%，属于典型的低碳材料。

生物基产品生产和使用过程中均能大幅削减碳排放，随着生物基产品占比逐步提高，减排优势将更加显著。根据国际能源署（IEA）的研究结果，如果用生物基产品来替代石油化工品，从乙酸到己内酰胺，1t产品可减少1.2～5.2t的CO排放，以乙烯和己内酰胺为例，1t生物基乙烯可减少CO排放2.5t，1t 生物基己内酰胺可减少CO排放多达5.2t，详见图3。

图3 生物基化工品对CO2的减排效果

目前，生物质原料主要用于能源、生态农业和环境修复、绿色建材、储能碳材料等领域。在能源方面，生物柴油、生物乙醇、生物航空燃料等已经实现规模化工业应用，其碳减排功效得到普遍认可；在生态农业和环境修复方面，如生物质可降解地膜、生物炭直接还田等技术已经接近实用化，正在小规模推广；在绿色建材方面，木塑复合材料、秸秆复合墙板、新型纤维板等生物基新材料已经发展成熟；在储能碳材料方面，利用生物质材料制备碳材料，用作电池石墨电极的替代品，提升锂离子电池的储能性能。生物质将是今后生产化工新材料的主要原料来源之一，随着生物质气化、催化裂解、发酵、生物炼制等高值化转化利用技术的进步，目前以化石原料生产的高端合成树脂、特种合成橡胶、合成纤维、先进工程材料、可降解材料，将来都可以通过生物质原料路线来生产。以生物基纤维为例，当前最有市场应用潜力的生物基纤维材料包括纤维素聚合物、生物基聚酯类[聚乳酸（PLA）、聚-羟基丁酸酯（PHB）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等]、生物基聚酰胺类（PA11、PA6、PA66、PA69、PA610）、生物基聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、生物基热塑性聚氨酯弹性体（TPU）以及淀粉基聚合物等。

目前，全球生物基材料产能已达3000 万吨/年以上，年均增速超过20%。由于各国生物质利用产业政策的驱动，生物基材料的应用范围不断拓展，正在加快从医用材料和高端功能性材料应用领域向大宗工业产品和生活消费品应用领域转变，在农用地膜、日用塑料制品、化纤服装等方面逐渐实现规模化应用。美国农业部于2016 年发布报告称，到2025 年，生物基化学品将占全球化学品22%的市场份额，其年度产值将超过5000 亿美元。据“2019 国际生物基材料技术与应用论坛”预测，我国生物基材料行业保持20%左右的年均增长速度，总产量已超过600 万吨/年，正值发展的上升期。我国的生物基材料产业已经在环渤海、长三角、珠三角等区域初步形成了产业集群。目前在生物基材料与制品中，生物基塑料发展最快，主要包括可降解生物基塑料，如PLA、聚羟基烷酸酯（PHA）、聚乙烯醇（PVA）、二元酸二醇共聚酯、二氧化碳共聚物（PPC）等；非生物降解生物基塑料，如生物聚乙烯（BPE）、聚酰胺（PA）等；此外还有生物基再生纤维，包括生物基合成纤维、海洋生物基纤维、生物蛋白质纤维以及新型纤维素纤维等新材料。

在诸多的生物基化学品中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）、异山梨糖醇等生物基平台化学品备受关注。FDCA由羟甲基糠醛、二甘醇酸、康酸和己糖二酸等不同生物基原料合成，可以作为二元羧酸对苯二甲酸（PTA）的替代品，其与乙二醇聚合而成的2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF），不仅具有符合产品降解周期要求的生物可降解性能，也具有比石化基聚酯PET 更为优异的力学性能和对CO和O的阻隔性能，在包装材料等领域用途广泛。与PTA相比，FDCA可减少45%～55%的CO排放。中国是PET聚酯生产与消费大国，发展PEF共聚酯有利于推动我国聚酯行业的碳减排和转型升级。从葡萄糖脱水后获得的异山梨醇是双酚A的理想替代品，双酚A 可用来合成聚碳酸酯（PC）、环氧树脂、聚砜树脂、聚苯醚树脂、不饱和聚酯树脂等多种高分子材料以及增塑剂、阻燃剂、抗氧剂等多种精细化工产品，但双酚A属于低毒性化学物，其应用一直存在争议。开发异山梨醇及其下游生物基聚酯衍生物产品，不仅有利于促进聚酯和诸多精细化学品原料的可持续发展，也有利于从产业链的源头减少CO排放。

2.1.2 以CO为原料生产新材料

（1）CO热化学转化 CO作为主要的温室气体，也属于可再生碳一资源，如何将CO化学转化为高附加值的能源材料及化工产品是行业的研究热点。多年来，CO主要用于生产尿素，在其他诸如碳酸饮料、食品冷藏、焊接、金属加工等CO综合利用途径中，并未直接消耗和减排CO，因此研究如何以CO为原料生产相关精细化工产品或化工新材料十分必要。目前，CO主要的化工利用途径包括合成甲醇、乙醇、聚碳酸酯、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、丙烯酸酯、长链二元酸等，以及CO与甲烷干重整制备合成气。

在上述CO利用路线中，合成甲醇需要氢气的参与，采用源自可再生电力电解水制取的“绿氢”为原料，成为环境更加友好的合成甲醇新途径，受到行业普遍重视并已进入示范阶段；CO与环氧乙烷共聚可以合成碳酸乙烯酯，CO与环氧丙烷共聚可以合成碳酸丙烯酯，碳酸乙（丙）烯酯可生产聚碳酸亚丙酯多元醇（生产聚氨酯的原料）、聚碳酸亚丙酯基水性聚氨酯、CO基阻燃保温材料、全生物降解材料、高分子共聚生物材料；碳酸二甲酯可与苯酚反应合成碳酸二苯酯（DPC）、DPC 再与双酚A缩聚为聚碳酸酯工程材料、烯丙基二甘醇碳酸酯（ADC） 树脂材料、异氰酸酯（TDI、MDI、HDI），而异氰酸酯是非光气法生产聚氨酯材料的重要原料。长链二元酸（含有10 个或以上碳原子的直碳链芳香族饱和二元羧酸）是生产高性能工程塑料、高档尼龙等的重要原料，以丁二烯和CO为原料合成长链二元酸是一种全新的高档尼龙原料工艺路线。综合分析，将CO与化学性质活泼的环氧丙烷、环氧乙烷等进行反应制备聚碳酸酯以及可降解塑料等新材料，可望成为未来CO应用的热点领域之一。

（2）CO电化学还原 目前，CO的转化利用技术主要包括热化学还原法、光化学还原法、光电催化还原法以及电化学还原法等。其中，前述利用CO合成甲醇、乙醇、乙酸、碳酸二甲酯等均属于热化学还原法，主要是催化加氢反应，技术成熟，但也存在反应温度高、部分副产物分离技术难度大、催化剂活性和稳定性有待进一步提高等不足。光化学还原法和光电催化还原法反应条件温和、具有节能、无污染等优点，但存在太阳能利用率、转化效率较低等缺点。电化学还原法采用电化学反应装置，可在水溶剂或非水溶剂中使CO转化为CO、烃类、醇类、酯类、羧酸类等新产物，具体还原产物取决于反应过程中的电子数目。相较之下，电化学还原技术由于反应条件温和、使用清洁能源、催化效率高、可合成多种含碳化合物以及能够通过控制电解条件调控目标产物等优势而受到广泛关注。

CO的电催化还原可以在低运行温度下以简单的方法获得碳氢化合物和含氧化合物，是一种很有吸引力的降低碳排放的方案。研究表明，通过选择高活性电催化材料、增加CO压力或采用高效电化学反应器构型（例如使用气体扩散电极GDE）等措施可以提高电化学还原效率。电化学还原技术的研究主要集中于催化剂方面。目前研究的电化学还原催化剂（金属和非金属活性组分）存在价格高、活性和稳定性低等问题，因此开发价格低廉、选择性高、稳定性强的催化剂是今后的研究重点。天然来源的生物材料分布广泛、易于获取，高温热解后可制备结构多元、活性高的生物碳基材料，而以生物质基为前驱体制备的碳基材料作为CO电化学还原反应的催化剂，其电子传导性、氧化还原性等电化学性能优良，是近年来电化学还原CO催化剂发展的重点方向之一。此外，CO还可用于新型电化学电池Al-CO电池和Na-CO电池的电极材料。天津理工大学以Al箔为阳极、以离子液体为电解质、以完全非碳的Pd 包覆纳米多孔金（NPG@Pd）为一体化催化剂阴极的可再充Al-CO电池，其阴极采用纯CO作为活性材料，电池放电时CO在正极被还原、与铝离子形成Al(CO)和C，并在充电时分解，实现了CO的可逆利用，其能量效率高达87.7%。这项研究为开发用于固定CO的高效、高安全性、绿色和可再充电的储能装置提供了技术基础。在Na-CO电池中，理论上CO与Na的电化学反应能提供1.13kWh/kg 的高能量密度，电池使用的Na在丰度上比Li元素高3～5个数量级。Na-CO电池可用于汽车尾气处理，汽车尾气中释放的CO可用于Na-CO电池发电，以延长混动电动汽车的续航里程。

2.2 新材料的固碳作用

从石油加工转化生产化工新材料的全过程分析，无论是合成树脂、合成橡胶、合成纤维三大合成材料的高端化，还是生产先进工程材料、可生物降解材料，均要经过炼油过程首先生产石脑油、轻柴油等乙烯裂解原料，再经过蒸汽裂解装置生产“三烯三苯”等基础有机原料，最后采用基础原料单体合成下游高端聚合物材料。其中，几种重要的代表性材料如高端碳材料、汽车轻量化材料、光伏材料、碳捕集材料，或其材料本身、或其应用效果都有显著的固碳作用，突出体现在可实现产品高碳、使用后减碳甚至零碳的目标。

2.2.1 高端碳材料

碳材料通常指材料组成以碳元素为主体的材料，其种类很多，主要有碳纤维、中间相碳微球、天然石墨、玻璃碳、碳碳复合材料、硬碳、多孔活性炭、高取向石墨、炭黑、金刚石、碳纳米管、富勒烯以及石墨烯等，其中碳纤维、碳纳米管、富勒烯以及石墨烯等均为高端化碳材料。碳材料主要以煤炭、石油、天然气生产，也可以用生物质原料生产。由于碳材料的成分主要是碳元素，在化石原料的转化过程中有相当一部分碳转移至碳材料中，有助于解决化石原料中碳的去向问题，支撑全产业链降低碳排放。

石油沥青作为石油加工过程产生的一种大宗化学品，主要用作道路沥青和建筑沥青等，用途广泛但工业附加值较低。随着公路等级的不断提高，对于道路用沥青的等级要求也逐步提高，总体发展趋势从普通道路沥青、重交通道路沥青，再到改性沥青。改性沥青作为一种高等级道路沥青，是在基质沥青中添加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细橡胶粉等添加剂，从而提高沥青产品性能，其固碳量可达85%左右。中间相沥青是制备沥青碳纤维、碳微球、泡沫碳、针状焦等高端炭石墨材料的优质前驱体，其固碳量可以达到95%～98%，以其为原料制备的沥青碳纤维具有高模量和高导热的优势，在航天航空、尖端工业等领域具有广泛的应用前景。

石油焦作为渣油经延迟焦化工艺生成的产物，其固碳量在90%左右。部分品质较好的石油焦经过煅烧后用作炼铝厂预备阳极、金属硅、碳化硅、石墨电极原料，进一步作为原铝电解或钢铁冶炼中的间接材料，高硫、低密度石油焦则直接作为炼厂循环流化床（CFB）锅炉、电厂、水泥厂、玻璃厂的燃料使用。事实上，石油焦作为优质而廉价的碳源可用于很多高附加值新材料的制备,目前已经在包括纳米碳化物材料、先进复合材料、智能材料和电池负极材料等在内的新材料领域展现出广阔的应用前景。尤其是针状焦可作为生产高功率和超高功率电极的优质材料，同时在锂离子电池、电化学电容器等方面也有广泛应用，近年来随着我国新能源汽车产业快速发展，对针状焦需求增长较快，国产针状焦供不应求。

锂电池负极材料主要分为碳系和非碳系负极材料两大类，碳系材料包括石墨、硬碳、软碳和石墨烯等负极材料，其固碳量大于99.5%。石墨负极材料又可进一步分为天然石墨、人造石墨（针状焦、石油焦）、复合石墨和中间相碳微球，以天然石墨和人造石墨的应用最为广泛。非碳系材料分为硅基、钛酸锂和其他非碳材料。目前负极材料已经从单一的人造石墨发展到以天然石墨、人造石墨为主，中间相碳微球、软碳/硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极材料共存的局面。

从石油沥青到碳材料一般需要经过热缩聚、生成碳基前驱体、高温石墨化3个反应阶段，碳质中间相作为重质芳烃类物质经过热处理后生成的前驱体中间产物，已在中间相碳微球、中间相沥青基碳纤维、碳模压体黏结剂、针状焦、活性炭制备方面取得较好的工业应用效果，特别是将石油沥青转化为高性能碳材料，在锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等二次电池和超级电容器电极材料以及电催化领域具有重要的应用前景。

2.2.2 车用轻量化材料

使用轻量化材料是汽车实现节能、降低排放、提高汽车动力性的重要途径，据相关统计研究，汽车的每百千米油耗（）与汽车自重（）的函数关系为：=0.003+3.3434，按此式计算，一般汽车自重减轻10%，可节约油品6%～8%，意味着减少相同比例的CO排放量。汽车轻量化常用材料一般包括高强度钢、铝镁合金、合成树脂复合材料、工程塑料、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。随着对合成树脂及其复合材料等的研发，“以塑代钢”已成为汽车材料实现轻量化发展的主要方向，塑料等轻量化材质在汽车上的应用已经从结构件扩展到整车的内外饰件。车用塑料及树脂基材料的发展主要是采用新型高强度、低密度轻质材料和轻质零件取代传统钢铁零部件,同时采用新的成形工艺实现零件及车身部件本身结构的简化和轻型化。

汽车轻量化中应用的化工材料主要是高端合成树脂、工程材料及复合材料，合成树脂如聚乙烯、聚丙烯，工程材料如尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等，复合材料以树脂基纤维增强材料为主，如碳纤维类的高性能纤维、环氧树脂类的热固性树脂材料。此类材料在汽车轻量化领域的优势集中体现在材料的技术含量高、功能性强、性能优异、质量和体积轻薄，其应用已经涉及到汽车动力系统零部件、车窗零部件、内饰与外饰件以及车身整个汽车实体，尤其是在汽车轻量化中应用比较普遍的合成树脂材料，目前已经在整车中40 多个部位实现应用。

由于车用塑料品种繁多，多种塑料品种的使用给汽车材料的回收再利用造成了巨大困难，因此除了要求材料轻量化之外，也要求使用的材料品种尽可能均一化，即使用品种尽可能少的塑料材料，使得材料在使用后便于回收利用。目前使用的均一化车用塑料主要是聚丙烯合金材料，不但可以取代多品种烯烃聚合物，还可以替代包括丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物（ABS）和聚氯乙烯（PVC）在内的多个高分子材料品种，是集约化应用聚丙烯材料的优良基础树脂材料。

2019 年1 月，北京石油和化学工业规划院发布“中国车用塑料量分析及预测”数据，如图4所示，2017 年我国车用塑料总消费量为317.8 万吨，2020 年为360 万吨左右，预计2025 年总消费量达到478万吨。从图4可知，我国汽车轻量化中的化工材料用量相对较大，其中聚丙烯用量最大，2017 年 聚 丙 烯 用 量 为190 万 吨，2020 年 约210 万吨，2025年有望达到280万吨，聚乙烯、ABS、尼龙、聚碳酸酯的消费量相差不大，聚甲醛（POM）树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）聚酯用量较少。整体上，我国车用塑料消费量呈现逐年增长趋势，这类材料在“以塑代钢”、实现车体轻量化、降低油耗、减少CO排放方面作用突出，是汽车材料领域的研发重点。

图4 我国车用塑料消费量变化及预测

2.2.3 新能源材料

（1）光伏材料 光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料，太阳能电池板包括光伏玻璃、EVA（乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物）、太阳能电池片、EVA和背板共5层材料，如图5所示。其中，电池片用单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe 等半导体材料。EVA 作为封装电池片的热熔胶黏剂，能将电池片与钢化玻璃以及背板牢固地粘接在一起，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，同时可增强光伏组件的透光性，有利于提高光伏组件的电性能输出。光伏装置背板材料通常为聚氟乙烯复合膜材料（TPT），具有良好的绝缘性、阻水性、耐老化性，对电池片起保护和支撑作用。TPT 通常有3 层结构（PVF/PET/PVF），外层保护层聚氟乙烯（PVF）具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层聚酯（PET）薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF 经过表面处理后与EVA具有良好的黏接性能。

图5 太阳能电池板封装结构图

2020 年我国EVA 树脂消费结构中，光伏料占比38%、发泡料30%、电缆料17%、热熔胶6%、涂覆料5%、其他4%。随着我国光伏产业快速发展，光伏料消费量保持快速增长。2020 年消费量约为63 万吨，预计到2025 年新增需求176 万吨左右。从供应面看，EVA光伏料生产壁垒高、扩产周期长、转产限制多，国内具备EVA 光伏料量产能力的厂家仅有斯尔邦、联泓新科和宁波台塑3家，累计产能不足40 万吨/年。其中，斯尔邦现有EVA 产能30 万吨/年、光伏料产能20 万吨/年，位居国内首位。在未来预期供需紧张背景下，EVA行业仍将保持较高景气度。

（2）风电材料 风电产业上游材料主要有塔筒、风机、机舱罩、主轴、电缆以及叶片，其中风电叶片是风电机组将风能转化为机械能的关键核心部件之一，其成本占风力发电系统总成本20%～30%。从风电叶片结构来看，主要由增强材料（梁）、夹芯材料、基体材料、表面涂料及不同部分之间的结构胶组成，见图6。叶片的80%成本来自于原材料，而60%的原材料成本来自于增强纤维与基体树脂。

图6 风电叶片结构关键材料

在风电叶片的材料用量构成中，基体材料占比36%、增强纤维28%、芯材12%、黏接胶11%、金属和涂层材料各4%、其余辅助材料5%。常用的基体材料包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等，近年来聚氨酯也逐渐被应用到基体材料领域。增强材料主要有碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻纤增强复合材料（GFRP）。风电叶片传统以GFRP 为主材制造，但其密度大于碳纤维，同时力学性能尤其是模量远低于碳纤维复合材料，为确保风电设施的安全性，需要采用轻质高强高模的碳纤维复合材料制造叶片。涂层是为了保证叶片长期稳定运转而使用的防护材料，主要有聚氨酯、氟聚合物以及聚丙酸酯三类，其中聚氨酯因具有较强的附着力和耐油耐磨性而被广泛使用。夹芯材料主要采用PVC泡沫，此外PMI泡沫、SAN泡沫、轻木以及天然纤维（竹纤维）也可被用作夹芯材料。据中国复合材料协会测算，2020年全球风电领域碳纤维需求达到3.13万吨，随着全球对清洁能源的需求增长，到2025年风电碳纤维需求量将达到9.73万吨，增长率达到210.8%。

2.2.4 碳捕集材料

在“双碳”目标下，将CO从燃料气或烟气中进行捕集的工艺技术及捕集材料的开发是行业关注热点。从烟道气中捕集CO的方式主要有吸收法、膜分离法、低温冷凝法和固体吸附法，其中使用固体吸附剂吸附CO具有吸附温度范围宽（室温～700℃）、吸附量大、回收率高、材料稳定性好和吸附过程成本低等优点，是目前使用最为广泛和成熟的捕集火电厂排放CO的技术。目前的吸附材料主要有碳基材料（包括活性炭、碳分子筛、碳纳米管和石墨烯）、沸石、金属有机骨架材料（MOFs）、金属氧化物及其盐、类水滑石类吸附材料以及负载胺基材料。

在诸多的吸附材料中，碳基吸附材料易于合成和再生，原料来源丰富稳定、实用高效，但由于材料的弱范德华力使其吸附能力对温度比较敏感，适宜在低于60℃下使用。沸石材料比表面积大、吸附稳定，但是吸附温度也容易影响其吸附能力，当温度超过100 ℃时其对CO的吸附能力就会降低。MOFs 是一种新型的具有晶体结构的多孔材料，具有很高的比表面积和孔隙率，有序的孔道结构和易调的化学性质使其在CO捕获上表现出良好的吸附性能，但由于制备条件要求较高，未能广泛应用。通常，碳基材料、沸石和MOFs 材料的最佳CO吸附温度低于实际烟气温度，为此实际应用过程中需要对烟道气进行冷却或对吸附剂进行改性，以确保这些吸附剂适用于高温吸附。

2.3 废弃材料回收和循环利用中的减碳作用

2.3.1 废弃材料的化学回收技术

废弃材料的回收和循环利用是节约资源、减少排放的重要途径。以废塑料为例，其回收再生的路径包括物理方法和化学方法两种。物理方法适合处理高价值、品类单一、较为干净的废塑料，回收的产物较难达到食品和医药等高价值应用领域要求。化学方法可以处理低价值、混合、受污染的废塑料，包括废塑料化学回收、化学循环两种路线，其中化学回收是将塑料废弃物经过一系列化学转化，生成油、气、焦炭、单体等中间化学品的过程，而化学循环是将塑料废弃物经过一系列化学转化，重新生成与石油基塑料同等品质的新塑料的过程。总体上，化学回收主要处理物理回收无法回收、回收效益较低或经物理回收后降级至无法再回收的废塑料，其本质是通过技术进步将原来无法回收的废塑料中的价值提取出来，因此化学回收与物理回收不是替代关系，而是互补关系。

化学回收法有多种技术路线，技术的选择根据塑料种类而定。热塑性塑料根据聚合反应不同，分为加聚类塑料和缩聚类塑料，加聚类塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等，缩聚类塑料包括PET、PA、PC、PU、PMMA 等。对于加聚类塑料，通常使用裂解法进行回收，该法可将塑料分解成小分子化合物或单体，主要有热裂解和催化裂解两个方向，具体又包括气化裂解法、微波裂解法、加热裂解法、共混裂解法、超临界水法、加氢裂解法、催化裂解法等；对于缩聚类塑料，则使用解聚法进行回收，在酸、碱、水、醇、催化剂等条件下，使塑料由高分子缩聚物降解成低聚物和/或单体。解聚法通常要使用溶剂，根据溶剂性质的不同，又可分为水解法、醇解法以及其他溶剂解法等。

2.3.2 废塑料化学回收的减碳效果

废塑料化学回收的减碳效果十分明显，可代替焚烧法处理塑料废弃物，将碳固化在产品中，而不是释放到大气中，从而大幅减少碳排放。BASF、SABIC等著名化工公司及一些化学回收企业的研究结果表明，废塑料化学回收相对于焚烧处置塑料废弃物可减少碳排放50%左右，即处置1吨废塑料可减少碳排放2 吨以上，用化学回收处理中国(3000～4000)万吨/年低值废塑料，每年将减少CO排放(6000～8000)万吨。若将废塑料转化为燃料，其中的碳原子最终仍会排放到大气中，因此从碳足迹角度分析，化学回收的技术发展方向，应当是更大程度地将废塑料转换成材料（如新塑料）而非燃料，同时技术进步带来能耗进一步下降，减碳效果也将更加显著。

近年来，随着环保法规的趋严和城镇生活垃圾分类工作的推进，国内废塑料回收数量稳步增长、产品质量不断提高。截止到2020 年底，全国塑料报废量达到7410 万吨，回收再利用只占30%、填埋32%、焚烧31%、遗弃7%。由于目前我国废塑料回收仍以散户回收为主，回收体系仍不完善，回收利用率偏低。随着我国垃圾分类体系、无废城市、循环经济、垃圾资源化目标等政策的持续推进，塑料垃圾逐渐可以更低成本从垃圾中分离出来，化学回收将成为塑料垃圾减量化、无害化、资源化的有效解决方案。预计在未来5年内，正处在投资风口的废塑料化学回收项目将催生千亿级别产业规模的新市场，在推动塑料污染治理、资源循环利用和节能减排等方面发挥积极作用。

3 几点思考

我国社会经济绿色低碳发展和国民生活水平的提升，都与化工新材料技术的进步息息相关。随着未来新材料技术的不断突破，化工新材料将对我国传统产业升级、新兴产业、高端制造业、现代服务业发展以及人们的生活方式带来深刻影响。在碳达峰碳中和目标下，能源行业的清洁低碳发展迫在眉睫，炼油化工行业属于高排放领域之一，面临转型升级和降低碳排放的双重挑战，加快炼油向化工转型、化工向新材料转型已是行业共识。对于我国化工新材料产业的发展，提出以下四方面的思考。

（1）持续推进炼化转型升级，推动炼油行业从生产“燃料”向生产“原料+材料”的转变，实现行业高质量发展

“十三五”期间，我国淘汰炼化落后产能和结构调整均取得明显成效，但目前仍存在大宗基础产品过剩而高端化学品短缺的问题，主要体现在成品油产量过剩、新材料和专用化学品产量不足。根据中国石油和化学工业联合会统计数据，2020 年我国成品油产量3.3亿吨，表观消费量2.9亿吨，出口4574.3 万吨；2021 年上半年成品油产量1.76 亿吨，表观消费量1.52亿吨，出口2720.6万吨。从近年我国成品油市场整体发展趋势来看，柴油消费趋于饱和，汽油市场小幅增长，汽柴油产能过剩是必然趋势；航空煤油和高品质船燃消费虽有较好的上升空间，但消费量相对较小。2021年10月24日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，明确指出到2025 年，国内原油一次加工能力控制在10 亿吨以内，主要产品产能利用率提升至80%以上。针对我国成品油消费趋缓而市场对新材料消费需求十分旺盛的现状，减少油品产量、增产化工原料及下游化工新材料成为推进炼化行业转型升级、实现高质量发展的必然趋势。

（2）加大科技创新投入，掌握更多具有自主知识产权的化工新材料核心技术并用于工业化生产，实现高水平科技自立自强

近年来，在国家产业政策支持和市场消费需求驱动下，我国新材料产业产能、产量以及年均增速，都位居世界前茅，但总体来看，我国化工新材料仍处于全球产业价值链的中低端，中高端材料比例相对较低，现有产品技术含量、附加值低，与发达国家相比差距较大，部分新材料由于技术门槛高、技术研发与产品更新换代较慢，导致这些材料的对外依存度高，核心技术受制于人，“卡脖子”问题突出，迫切需要加大研发投入、突破技术瓶颈，尤其要加大对化工新材料中试基地建设与试验的投入力度，尽快掌握自主核心技术并用于工业化生产，满足我国经济发展紧迫需求，实现化工新材料领域高水平科技自立自强。另一方面，也出现部分化工新材料及其原料结构性过剩的问题，产能利用率快速下降，需要进一步淘汰落后产能，逐步调整优化产业结构。

（3）推进以企业为创新主体的产、学、研、用协同创新，加快构建重点化工新材料全产业链，提高市场竞争力

新材料产业是战略性、基础性产业，是高技术竞争的关键领域，已经成为国家竞争力的重要体现。我国化工新材料市场消费需求旺盛，在国家新材料产业政策的激励下，化工新材料开发受到普遍重视，许多省市出台“十四五”化工产业发展规划，将化工新材料列为发展重点；国内相关科研院所、石油石化企业，都在积极布局、加大化工新材料研发投入，国际石油巨头、化工公司也纷纷进军中国化工新材料市场，近几年新建大型石化项目也均将新材料作为重点产品线，项目运营呈现主体多元化格局。在此背景下，需要国家部门做好顶层规划设计，以国家级新材料科研项目为抓手，以大型石油石化企业为创新主战场，发挥创新投入和生产运营主体作用，相关高等院校、科研院所参加，共同促进产学研用深度融合和协同创新，弥补石化企业产业链短板，同时与下游应用企业紧密联合，推动科技成果转化。中国石油天然气集团公司十分重视拓展化工新材料业务，于2021 年专门成立了炼化销售与新材料子集团，并以石油化工研究院为依托，先后成立了新材料研究所和上海新材料研究院，旨在聚焦国家战略新兴行业发展需要，充分依托当地发展定位和政策优势，围绕医用高分子、电子信息、新能源汽车以及航空航天等国家战略新兴行业新材料需求，加大化工新材料技术研发，发挥中国石油炼化企业化工产业链优势，实行开放合作，打造先行先试的新型研发机构和创新特区，力争成为我国化工新材料技术创新高地。此外，中国石油化工集团和万华化学集团等在宁波布局了新材料研究院，化工大企业参与新材料创新研发速度加快。

（4）激活化工新材料科技创新体制机制，加强战略型领军人才引进与培养，为新材料产业发展注入强劲动力

由于化工新材料处于化工产业链的末端，以往大企业对此涉足较少，学科领域高层次人才比较短缺，创新能力不足，制约了新材料业务的发展。建议国家部门超前布局，制订出台新材料产业高端人才引进培养相关政策措施，从国家层面加大海外人才特别是战略型专业领军人才的引进，支持企业和科研院所解决人才短缺问题。对企业而言，应加大新材料科技人才的招聘录用，加强对现有人才队伍的培养，以科研项目为载体，进一步激活科技创新体制机制，通过“揭榜挂帅”“赛马”制度等组建团队，简政放权，提高人才待遇，激发创新活力，加快科研成果转化，助力我国炼化行业转型升级与高质量发展。