常州新型碳材料產業鏈與創新鏈融合發展對策研究

周伶俐,高 巖,蘇東艷

(1.常州紡織服裝職業技術學院,江蘇 常州 213164；2.常州市科技資源統籌服務中心,江蘇 常州 213003)

0 引言

以石墨烯、碳纖維為代表的新型碳材料是新材料領域皇冠上的明珠,是我國制造業高端化突破不可或缺的關鍵材料,被視為未來高技術產業競爭的戰略制高點。該產業鏈是江蘇省重點培育的優勢產業鏈,常州作為全省碳材料發展的重點區域,經過10余年的發展,在自主創新、體系布局、應用示范等方面形成一定特色和優勢,于2021年3月,以新型碳材料集群入圍國家先進制造業集群。但對標國際先進水平,碳材料集群仍存在價值鏈低端鎖定的風險、某些關鍵核心技術受制于人、先進制造業成本偏高等短板,根源是產業鏈與創新鏈互融互促不足。基于此,本文以石墨烯、碳纖維及復合材料兩大細分產業為研究樣本,以“補鏈、強鏈、延鏈”建設為重點,以提升新型碳材料產業技術創新能力和核心競爭力為目標,多措并舉布局好產業鏈與創新鏈融合的“雙生”模式,暢通協同環節,促進科技與經濟的深度融合,為碳材料產業高質量發展積聚強勁動力。

1 產業鏈創新鏈雙鏈融合模式概述

目前,業界將產業鏈創新鏈雙鏈融合模式分為兩類：“圍繞產業鏈部署創新鏈”和“圍繞創新鏈布局產業鏈”[1]。(1)“圍繞產業鏈部署創新鏈”：注重問題導向,針對產業基礎高級化的需要和產業鏈現代化的需求,通過創新鏈的指向準確和硬核高效,破解產業鏈重大技術難題,降低產業鏈上下游關鍵核心環節的對外依存度,助力產業鏈延展、價值鏈提升。(2)“圍繞創新鏈布局產業鏈”：注重效果導向,將科技創新成果轉化為經濟社會發展的現實動力,發掘科學新發現、技術新發明等高質量科技供給的產業場景應用,前瞻性布局產業鏈,助力引領發展科技含量高、市場競爭力強的戰略性新興產業。

2 國外新型碳材料產業競爭力分析

當前,世界石墨烯暫無低成本、大規模量產先例,碳纖維處于產業化發展成長期。

(1)石墨烯：目前,有歐盟、美國、英國、韓國、日本等80多個國家和地區開展石墨烯研究及應用[2]。其中,歐盟石墨烯研究起步早且系統性強,資金支持力度大,基礎研究扎實,但產業化進程推進較慢。美國原創應用多,產業基礎好,產業鏈相對完整,科研院所與企業關系較密切,科技成果轉化速率更快。韓國石墨烯產業發展產學研結合緊密,在基礎研究及產業化方面發展較均衡,整體發展速度較快。日本依托其良好的碳材料產業基礎,進行石墨烯研究較早,產學研結合較緊密,整體發展較全面。

(2)碳纖維及復合材料：纖維生產及制備產業鏈主要集中在日、美、德等發達國家,下游應用領域加速向民用和新興產業發展,日本東麗、德國西格里、日本三菱麗陽、日本東邦和美國赫氏等五大龍頭企業實現全球化布局,產業集中度較明顯[3]。其中,日本是碳纖維強國,掌握世界碳纖維核心技術,在小絲束碳纖維市場份額占全球49%；美國源于航空航天公司的應用驅動和生產要素的低成本,吸引大量碳纖維投資,產能最大,優先保軍,在大絲束碳纖維市場份額占全球58%[4]。

3 國內典型區域新型碳材料產業競爭力分析

(1)石墨烯：起步早,技術水平與國外差距不大,目前產業鏈初步形成,產業集群效應顯著,下游中高端產品種類呈增長態勢[5-6]。其中：江蘇總體水平位居全國前列,在石墨烯粉體和薄膜兩大基礎性材料上率先實現規模化量產；京津冀石墨烯基礎研究總體處于國內一流水平,且擁有全國最集中的石墨烯研發資源和投融資平臺；珠三角石墨烯產業鏈下游應用市場發展較快,擁有鴻納(東莞)、烯旺新材、天潤電子、貝瑞特、比亞迪等骨干企業；山東布局濟南、青島、濟寧,擁有濟南圣泉、華高墨烯、青島昊鑫、青島瑞利特、濟寧利特納米等骨干企業；寧波在石墨烯制備技術、技術支撐、產業化等方面均走在全國前列；重慶率先擁有石墨烯單層薄膜材料量產工藝等。

(2)碳纖維及復合材料：我國已突破碳纖維制備關鍵技術,形成碳纖維DMSO、NaSCN、DMAc三大原絲國產化技術體系和產業體系,實現系列碳纖維國產化,解決了宇航級碳纖維自主保障問題,目前正處于爆發增長期[7]。其中,吉林已形成碳纖維研發創新能力最強、產品品種及規格最多、上下游配套、產業鏈銜接良好的產業集群,碳纖維原絲產能居全國第一；江蘇占據半壁江山,總體規模居全國第一,形成包括碳纖維制備、中間制品生產、復合材料成型開發、檢驗檢測與標準化的產業鏈；威海形成PAN原絲、碳纖維、織物、預浸料、復合材料制品、樹脂、裝備制造、檢驗檢測、復合材料回收的完整全產業鏈生態；山西從基礎研發、工藝攻關、裝備研制到技術基層,推動系列碳纖維產業,積極布局晉東南、晉中、晉北[8]。

4 常州市新型碳材料產業布局和技術水平分析

常州石墨烯產業規模全國第一,高端碳纖維制備規模全國第一,碳纖維復合織物市占率全國第一。

(1)石墨烯：以西太湖省級高新區為核心,已集聚石墨烯相關人才團隊40多個,相關企業200余家,涵蓋石墨烯設備研發、原料制備與應用研究、產品生產、下游應用、市場服務等完整產業鏈,創造了10余項“全球第一”,2020年,常州石墨烯及應用產業產值超40億元。石墨烯粉體制備技術國際領先,石墨烯在功能涂料、污水處理、建筑功能材料、電采暖和石墨烯導熱膜等下游應用方面的制備技術完全可控；石墨烯薄膜制備技術部分可控；石墨烯在導電復合材料、導熱復合材料、增強復合材料等方面的應用制備技術基本可控；石墨烯在鋰離子電池、超級電容器、光伏組件、柔性顯示器、傳感器、生物監測、醫藥載體等方面的應用制備技術部分可控。

(2)碳纖維及復合材料：以常州國家高新區為核心,已集聚中簡科技、宏發縱橫、新創碳谷、啟賦安泰、帝威新材、常州賽瑞等骨干企業,涵蓋碳纖維、織物、樹脂、預浸料、復合材料制品及關鍵設備、檢驗檢測全產業鏈,應用于航空航天航海、風力發電、交通輕量化等領域,2020年碳纖維及復合材料產業產值超80億元。其中：中簡科技實現了具有自主知識產權的ZT7系列(性能對標東麗T700)高性能碳纖維工程化的重大突破,打破國際壟斷,解決了高性能碳纖維“卡脖子”問題；宏發縱橫是國家制造業單項冠軍企業,二維織物國內領先,實現國產替代進口,已成為國內最大的風電葉片織物供應商；啟賦安泰通過收購德國高端碳纖維復合材料企業,掌握民用航空復合材料制品關鍵技術,助力國產大型民用客機產業發展；常州賽瑞新一代PS1熱熔型預浸機操控精度高,自動化程度高,產業化穩定,實現國產替代進口。

5 碳材料產業鏈創新鏈融合發展面臨的問題和成因分析

一是產業總體規模偏小,產業鏈拉動力不強。石墨烯領域企業以初創期的中小微企業為主,下游應用拓展受生產成本、產品質量、新產品市場接受度等多種因素影響,市場開拓不暢,總體體量偏小。

二是創新驅動支撐力不強,創新鏈推動力不足。常州缺乏高水平的高校院所,區域創新基礎薄弱,兩大細分產業建立的專業創新平臺、集聚的創新資源不強,人才引育力度不夠,產業核心技術和共性關鍵技術供給不足,整體創新基礎條件和輻射能力比較有限,對新型碳材料產業創新的支撐能力不足。

三是創新成果轉化不高,雙鏈融合銜接不夠。當前,常州碳材料產業科技創新體系對面向用戶的應用創新關注不夠,科研單位成果轉化率低,實用性和推廣性不強；檢驗檢測、標準認證等專業化服務功能較弱；下游應用企業使用石墨烯等新材料、新技術意愿不強；受環保、安監、用電、資金等生產要素資源高成本的瓶頸制約,直接影響一些新型碳材料項目的落戶和擴大產能。

6 常州新型碳材料產業鏈創新鏈融合發展重點

以市場為導向,以科技創新為支撐,緊緊圍繞國家重點工程、國防科技工業和經濟發展需要,堅持規劃引領、需求導向、技術驅動、要素配套、信息融通等舉措,積極促進新型碳材料產業鏈與創新鏈雙向融合發展,構建技術先進、結構合理、融合發展的碳材料產業發展體系,全面推動常州碳材料產業基礎高級化和產業鏈現代化的高質量發展。

石墨烯,以創新鏈引領布局產業鏈模式：一是突破高品質石墨烯材料制備技術,如高質量石墨烯規模化低成本綠色制備與功能調制技術、石墨烯微片規模化制備技術、開發不同應用場景的石墨烯產品等；二是以應用為牽引,鼓勵下游應用領域的領軍企業能領銜參與石墨烯的技術研發及產業化,建立創新聯合體,對已產業化和小試階段的關鍵節點技術進行協同攻關；對研發階段的關鍵節點技術進行前瞻布局,力拓石墨烯中高端應用產品的產業化進程。

碳纖維及復合材料,以產業鏈下游低成本典型應用突破部署創新鏈模式：一是以關鍵裝備和關鍵材料為支撐,自主化研發高性能裝備低成本化的制備技術,適時布局改性環氧樹脂、特種添加劑等配套材料,完善產業鏈條,開發小絲束和大絲束千噸級碳化線生產技術,并持續向高性能、低成本方向進行技術優化。二是以下游應用為引領,突破碳纖維及碳纖維織物、碳纖維復合材料制品、玻纖/碳纖三維預成型體、多軸向經編復合材料等技術,積極推動高端纖維在航空航天、風力發電、軌道交通、壓力容器等領域的應用。

7 常州新型碳材料產業鏈創新鏈融合發展的對策建議

在新形勢、新要求下,常州將立足國情、省情及市情,充分發揮自身優勢,瞄準世界先進制造業集群目標,不斷完善新型碳材料產業全鏈條綜合發展,積極促進技術創新鏈與產業鏈的互補互促雙向融合,以形成“點、線、面”多層次的新型碳材料應用研發與產業發展格局。

一是注重規劃引領,從頂層設計推動雙鏈融合。強化頂層設計,突出產業鏈培育發展與研發創新能力建設整體構建,加強集群促進機構——江南石墨烯研究院軟硬件能力建設；發揮促進機構智庫作用,編制好發展規劃,厘清短板需求,圍繞產業鏈部署創新鏈,突破“卡脖子”難題；引育重大項目時,對同時具備產業鏈和研發能力的項目給予政策傾斜和扶持,從源頭鼓勵產業鏈與創新鏈協同發展。

二是注重需求導向,提升產業鏈整合創新資源的能力。建立、更新企業創新技術需求數據庫,推薦或組建技術團隊精準對接并聯合開展技術攻關,破解難題補齊短板,降低關鍵核心環節的對外依存度,提升產業鏈競爭優勢；加快構建行業龍頭企業當盟主,聯合供應鏈重點企業、高校科研院所等創新組織形成的產業鏈創新聯合體,建立健全產學研各方互利共贏的體制機制,加快突破一批關鍵核心技術,促進碳材料下游規模化應用。

三是注重技術驅動,提升創新鏈供給能力和服務水平。圍繞突破先進碳產業鏈核心技術和關鍵環節,推動江蘇集萃碳纖維及復合材料應用技術研究院創建國家級碳纖維及復合材料技術創新中心,加快江蘇省石墨烯創新中心建設,爭創國家級制造業創新中心,推動龍頭企業積極申報國家級研發機構；建立創新資源數據庫,加強交流合作,聚焦碳材料產業創新需求,加強前瞻研究,以創新成果引導產業鏈布局。

四是注重要素配套,完善影響雙鏈交融的資金鏈和人才鏈。優化產業金融配套,引導金融資本聚焦碳材料產業,支持龍頭企業通過上市融資做大做強,鼓勵骨干企業通過并購、引進、參股等方式補鏈強鏈延鏈,提高產業鏈垂直整合度。優化人才引育配套,聚焦碳材料產業缺位、弱勢、預研過程中的關鍵節點,精準引才；支持骨干企業與本地院校聯合實施產教融合育才,培養工匠。

五是注重信息融通,構建雙鏈對接的全流程科技服務體系。基于創新需求數據庫和創新供給數據庫,建立信息交流共享平臺,為企業提供研發中試、工業設計、產品推廣、檢驗檢測等能力支撐,支持推進碳材料領域的知識產權建設和標準制定。建立科技創新成果轉化協同機制,構建多形式、多層次的新型碳材料協同創新體系。引育一批專業科技服務中介機構,推進科技成果轉化的規模化和效益化。