低碳环保新材料加速化工绿色革命

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王辉国

➤我国化工企业发展低碳环保新材料的主要产品类型有高性能合成纤维、高性能合成树脂、特种橡胶和热塑性弹性体、生物基及可降解材料等；主要应用场景在轻量化材料、新能源材料、CCUS相关材料等

➤发展低碳环保新材料是我国化工行业高质量转型发展的关键一招，有助于化工行业跻身绿色低碳循环经济体系、挑高利润空间、摆脱低端领域“红海”竞争、突破贸易壁垒，是我国化工行业在全球绿色经济体系中提升话语权的战略选择，更是我国为构建人类命运共同体贡献工业解决方案的使命担当

低碳环保新材料是指在全生命周期内具有低碳排放甚至零碳排放属性且对环境友好的材料，往往采用清洁工艺生产。当前，新材料这个石油化工行业的新风口正迎来发展“春风”。2024年12月，工信部等四部门联合印发《标准提升引领原材料工业优化升级行动方案（2025—2027年）》，指出要以标准提升引领原材料工业供给高端化、结构合理化、发展绿色化、产业数字化、体系安全化发展。提出到2027年，完成石化、化工等行业的标准评估及优化，分行业构建支撑原材料工业高质量发展的标准体系。本文将详细介绍我国低碳环保新材料发展现状、最新进展及未来发展趋势。

聚焦创新：我国低碳环保新材料发展方向

从产品类型来看，低碳环保新材料重点发展方向主要包括：高性能合成纤维，涵盖可在不同场景下应用的功能性纤维，以及在抗爆、阻燃方面表现出色的特种纤维等。高性能合成树脂，涵盖常规包装及高端电子化学品封装等领域，以及工程塑料、催化材料等领域。特种橡胶和热塑性弹性体，可用于制造汽车零部件、工业密封件等，通过减轻重量、减少磨损来提高效能。生物基及可降解材料，前者生产过程碳足迹小，后者使用后能自然分解，减少环境污染。

从应用场景来看，低碳环保新材料重点发展方向主要包括：轻量化材料，主要用于汽车、飞机等交通工具的轻量化。新能源材料，涵盖风电材料（风电叶片材料等）、光伏材料（光电转换和配套材料等）、新能源电池材料（电极、隔膜材料等）等。CCUS相关材料，涵盖二氧化碳捕集、绿色转化利用与封存等技术所需的材料。

三个维度：解码低碳转型的化工强国战略

目前全球化工行业产能过剩、竞争加剧，经济逆全球化和贸易保护主义抬头，不利于化工原料和产品流通，产品同质化竞争严重、附加值低成为我国化工行业普遍面临的难题。在承压前行的背景下，发展绿色低碳新材料是我国化工行业高质量转型发展的关键一招。

从绿色发展维度，发展绿色低碳新材料是化工行业跻身绿色低碳循环经济体系的重要突破口。作为碳排放大户，化工行业的碳排放量占工业领域的13%。而低碳环保新材料不但可以降低生产过程中的碳排放，同时还可带动下游建材、汽车等行业绿色化改造发展，从而有效降低化工产品全产业链、全生命周期碳排放，有助于增强化工行业的低碳环保属性。据测算，通过开发生物基材料、可降解塑料等绿色低碳新材料及相应的单品，可推动全产业链年减排二氧化碳当量超1亿吨。而可回收、可降解的绿色低碳新材料，如生物基化学品、可降解塑料等，不仅有助于化工行业嵌入资源循环体系、打造循环经济全新增长点，还能够有效缓解我国资源压力、降低能源对外依存度、保护国家能源安全。

从产业升级维度，绿色低碳新材料在能源、交通、制造业等多个关乎国计民生领域都具备应用实力和应用潜力，特别是其下游产业往往涉及汽车制造、风电、光伏、新能源等“蓝海”产业，具有旺盛的市场需求和广阔的发展空间。从行业情况来看，绿色低碳新材料的利润率较传统产品可以高出8～12个百分点，绿色低碳材料有助于我国化工行业挑高利润空间，摆脱低端领域的“红海”竞争，其中高端化、特色化产品将成为化工企业扭亏脱困的强力引擎。

从国际竞争维度，绿色低碳新材料有望成为我国化工行业突破贸易壁垒的利器。目前欧盟碳边境调节机制（CBAM）等政策对高碳产品征收额外关税，待2026年全面实施后，化工产品将被纳入首批管控范围，我国传统石化产品出口面临每吨超50欧元的碳成本压力。而绿色新材料通过生物基原料替代、工艺创新等方式，产品碳足迹相比传统材料有望降低30%至50%，从而避免被征收高额关税，乃至获得碳关税豁免资格。目前国际许多头部企业供应链也已设定硬性环保“门槛”，比如苹果公司要求2030年所有材料实现碳中和，特斯拉公司要求将生物基材料采购比例提升至40%。我国许多化工企业都通过可降解聚酯、生物基尼龙等绿色低碳新材料嵌入国际绿色供应链。2023年数据显示，我国聚乳酸、生物基聚酰胺等生物基材料出口量同比增长67%，在欧洲新能源汽车电池材料市场的份额突破25%（主要应用于电池隔膜、生物基黏合剂等环节）。发展绿色低碳新材料不仅关乎我国化工企业“走出去”的成效，也是我国化工行业在全球绿色经济体系中争夺话语权的战略选择，更是我国为构建人类命运共同体贡献工业解决方案的使命担当。

硬核突破：石科院致力打造绿色制造标杆

中国石化石油化工科学研究院（以下简称“石科院”）近年来联合系统内多家企业，聚焦低碳环保新材料合成单体的绿色生产技术，组织力量开展攻关，部分技术已在工业化方面实现了阶段性突破。

一是己内酰胺绿色生产技术。己内酰胺是生产聚酰胺-6合成纤维、工程塑料和薄膜等材料的单体，是轻量化材料的重要组成部分，还可用于电子电器设备制造。石科院牵头研发的新一代己内酰胺绿色生产成套技术通过原始创新实现重大技术突破，装置建设投资、生产成本和污染物排放分别下降50%、70%和90%以上，使我国己内酰胺年产能从40年前的1万吨发展到600多万吨，由全部依靠进口到占全球市场60%以上，形成了800亿元人民币的新产业，并带动了5000亿元人民币的下游产业。2024年，中国石化采用该技术在湖南石化建成世界上技术最先进、单套产能最大的己内酰胺生产研发基地，为我国己内酰胺产业链高质量发展打造了行业标杆。

二是双氧水法环氧丙烷生产技术。环氧丙烷是生产聚醚多元醇的关键原料，主要用于制造聚氨酯材料。其用于保温材料能够有效降低建筑物的能耗，用在家具制造和汽车座椅等领域，可以提供舒适持久的支撑性能。石科院与湖南石化联合开发形成丙烯双氧水法制环氧丙烷技术，相比传统氯醇工艺每年可减排大量含氯废水和固体危废，有效减少环境污染。与国外同类先进技术相比，该技术的双氧水转化率、环氧丙烷选择性均有提高，杂质含量显著降低，优级品率达100%，不仅减少了原料消耗，还能够满足高端环氧丙烷下游产品的生产要求，实现了我国环氧丙烷绿色生产技术从跟跑到领跑的跨越。

三是环保型环氧氯丙烷生产技术。以环氧氯丙烷为原料合成的环氧树脂，不仅可以与碳纤维、玻璃纤维等增强材料复合，用于制造风力发电叶片，还因其优良的绝缘性和稳定性，可用于制造电子电气绝缘材料。石科院与湖南石化联合首创环保型环氧氯丙烷生产工艺，与传统氯醇法环氧氯丙烷生产工艺相比物料消耗低。“三废”排放大幅降低，废水减排率超过90%。目前，该技术的工业示范装置正在湖南石化紧锣密鼓建设，计划今年投产，投产后将对推动环氧氯丙烷清洁生产工艺技术创新、增强树脂产业链绿色发展竞争力具有积极意义。

前瞻未来：下一代材料创新的星辰大海

新材料产品和技术的发展方向主要在于进一步提升其性能和质量、降低生产成本，满足不同领域的需求。

在单体生产领域，石科院除上述已在工业化过程中实现阶段性突破的单体生产技术外，正在积极布局包括十二内酰胺、己二胺等绿色生产新工艺及生物基可再生2,5-呋喃二甲酸、呋喃基环状二胺、戊二胺等多项新型产品开发，其中部分已实现了小试、中试层面的突破，将为低碳环保新材料的创新发展带来更多的可能性。

在材料合成领域，石科院近年来联合清华大学、中国科学院等领军研究机构，通过签订全面合作框架协议、联合申报科研项目、共建联合实验室、共同开展技术开发与装备制造等方式，开展了包括生物基共聚酰胺、热塑性聚烯烃弹性体、CCUS吸附材料等多种低碳环保新材料合成技术研发工作，其中部分已取得一定成果。例如，石科院不断拓展生物基共聚酰胺材料的性能潜力和应用边界，牵头开启了基于生物基赖氨酸及多种具有创新结构单体的新型抗菌生物基共聚酰胺材料的研发工作，在机理研究、单体合成工艺开发、过程放大、设备开发等方面开展科技攻关，获得了中国石化“高端聚酰胺材料制备关键技术研发与产业示范”重大科技项目的支持。未来，石科院将以开发功能性聚酰胺单体为突破口，从生物基原料氨基酸出发，通过过程强化脱水环化、功能基团修饰等方式生产高端聚酰胺聚合单体，不断提升功能性己内酰胺单体制备技术研究的深度和广度，为中国石化聚酰胺产业转型升级和高质量发展提供新动能。

作者系中国石化石油化工科学研究院副院长、“百千万人才工程”国家级人选

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