Oportunidades y desafíos para el desarrollo de nuevos materiales químicos

Los nuevos materiales químicos se han convertido en elementos clave del juego de las grandes Potencias y la cuarta revolución industrial, como la aplicación de plásticos de ingeniería especiales en el campo aeroespacial, la aplicación de fibra de carbono de haz de seda grande en el campo de la nueva energía, la aplicación de polietileno de alto peso molecular en el campo de los equipos médicos y la aplicación de polímeros LCD en el campo de las comunicaciones 5g, para que los nuevos materiales químicos puedan ganar el futuro. Además, China ha hecho todo lo posible para promover el objetivo de "doble carbono", los nuevos materiales químicos tienen un menor consumo de energía y un mayor rendimiento, y la tendencia a reemplazar el acero, la madera, el vidrio y el cemento es cada vez más evidente.

La necesidad de desarrollar nuevos materiales químicos en China es muy urgente. A nivel nacional, debido a que muchos materiales clave están "atascados", los desafíos de desarrollo en áreas como equipos de alta gama son grandes. Desde el punto de vista empresarial, la homogeneización de los productos químicos a granel nacionales y la competencia de gama baja son graves, y la investigación y el desarrollo de nuevos materiales se han convertido en la clave para abrir espacio de mercado y reducir la competencia de consumo interno.

A medida que disminuya la inversión de más capacidad y el crecimiento de la demanda, la competencia pasará gradualmente de las barreras técnicas a la rentabilidad, y los beneficios disminuirán gradualmente a un nivel de equilibrio más bajo. frente a la supervivencia del más apto, las empresas solo tendrán que reorganizarse. El desarrollo de nuevos materiales químicos es propicio para evitar la competencia de bajo beneficio de consumo interno. En la etapa inicial del desarrollo de nuevos materiales químicos, la demanda es limitada y la capacidad de producción es menor, pero debido a que el mercado no se ha desarrollado completamente, el nivel general de beneficio de precios es alto. A medida que el capital entra gradualmente en el mercado, entrará en una etapa de crecimiento de la capacidad, la demanda y los beneficios.

El desarrollo de nuevos materiales favorece la rentabilidad de las empresas

Los nuevos materiales químicos abren amplias oportunidades de desarrollo

Con el apoyo y la orientación de las políticas nacionales, los nuevos materiales químicos abren amplias oportunidades de desarrollo, y la búsqueda de nuevos materiales químicos con gran potencial de demanda, rápido crecimiento y fuerte expansión puede ser el foco de la planificación de las empresas químicas nacionales.

Desde el punto de vista de la industria, las perspectivas de desarrollo de las industrias de equipos de alta gama, nueva energía y ahorro de energía y protección del medio ambiente son mejores. en términos de subdivisión, el ferrocarril de alta velocidad, el metro y la transmisión de uhv en la industria de equipos de alta gama, la energía fotovoltaica, eólica y los vehículos de nueva energía en la nueva industria energética, el 5G y los chips en la industria de la información electrónica, la iluminación de ahorro de energía en la industria de ahorro de energía y protección del medio ambiente, la separación de gases, el tratamiento del agua y los dispositivos médicos en la industria médica y sanitaria tienen mejores

Desde el punto de vista del potencial de localización, los productos con menor tasa de autosuficiencia tienen más espacio para la localización, como plásticos de ingeniería de alta gama, poliéster de alta gama, productos químicos electrónicos, monómeros clave e intermediarios.

En la actualidad, el nuevo material químico más crítico de China es el fotorresistente aplicado en el campo de los chips. Con el mejor prototipo de fotolitografía EUV desarrollado por Changchun Optics Machinery en 2023, el fotorresistente se ha convertido en un producto con una gran brecha entre China y países extranjeros. Una serie de problemas técnicos e ingenieros, como si los materiales necesarios pueden desarrollarse con éxito, si la pureza puede cumplir con los estándares después de la investigación y el desarrollo, si la producción puede estabilizarse después de cumplir con los estándares y si el equipo y el proceso de producción coinciden, deben superarse con urgencia.

El nuevo material químico con mayor potencial de mercado en China es la Poliolefina polimetálica. En la actualidad, la tasa de penetración de poliolefinas polimetálicas en los países europeos y estadounidenses ha alcanzado el 40%, mientras que en China solo hay un 3%, con un aumento de 10 millones de toneladas. Debido a la estrecha distribución del peso molecular y las excelentes propiedades de las poliolefinas polimetálicas, ExxonMobil ha alcanzado el nivel de la Cuarta generación, y nuestro país todavía está en la primera generación. Tanto el rendimiento como el costo, todavía tenemos mucho margen de crecimiento.

Las industrias de desarrollo de nuevos materiales químicos más populares de China incluyen vehículos eléctricos, baterías, fotovoltaica y eólica. Las agencias relevantes predicen que la propiedad de vehículos eléctricos en China alcanzará los 100 millones en 2030 y los 200 millones en 2035, lo que significa que ha superado el 40% de la propiedad. La carrocería de los vehículos eléctricos es más pesada que la de los vehículos energéticos tradicionales, por lo que hay una gran demanda de materiales ligeros. Se estima que la demanda de materiales ligeros para vehículos eléctricos en China alcanzará más de 7,5 millones de toneladas para 2030, y si no hay cuello de botella de capacidad, la demanda puede superar más de 10 millones de toneladas. La tasa de crecimiento de la industria de baterías será mayor que la de los vehículos eléctricos, ya que además de las baterías de energía, también puede almacenar baterías de energía, que se multiplicarán por 10 en la próxima década. Se estima que la demanda de nuevos materiales químicos en la industria de baterías alcanzará los 7,1 millones de toneladas en 2030, y hay mucho espacio para el crecimiento de materiales negativos, diafragmas, electrolitos y adhesivos. En el contexto de la neutralidad del carbono y el pico del carbono, la nueva industria energética se está desarrollando rápidamente, y la tasa de crecimiento de la demanda de nuevos materiales químicos en los campos fotovoltaico y eólico alcanzará el 200%, con un gran potencial. Tomando como ejemplo las palas de energía eólica, aunque la fibra de carbono es más ligera, menos desgastada y más larga vida útil, debido a que el precio de la fibra de carbono es 10 veces mayor que la fibra de vidrio, el material de las palas de energía eólica sigue siendo principalmente fibra de vidrio. En la actualidad, China ha desarrollado grandes paquetes de fibra de carbono, con un avance en la capacidad de producción, y la fibra de carbono tendrá un gran potencial de sustitución en muchas industrias.

¡Desarrollar nuevos materiales químicos, como escalar montañas, ¡ el camino por delante es difícil! Pero después de pararse en la cima de la montaña, disfrutará del buen paisaje. Por lo tanto, proponemos que, a nivel nacional, se introduzcan políticas preferenciales para apoyar la investigación básica de las empresas, se construyan plataformas de producción, enseñanza e investigación, se guíe la investigación y el desarrollo con el mercado, se actualice el mercado con I + D y se consoliden los cimientos de la investigación y el desarrollo y la Aplicación. A nivel social, debemos mejorar aún más el sistema financiero, dar pleno juego al papel positivo de las finanzas de seguros y las finanzas de la cadena de suministro en la investigación y el desarrollo, y eliminar las preocupaciones del personal e instituciones de I + D. A nivel de talento, debemos dar pleno juego a la iniciativa subjetiva de los talentos y aumentar los incentivos para los talentos. A nivel empresarial, las principales empresas mantienen la determinación estratégica y se centran en el avance de "cavar un pozo profundo". Las pequeñas y medianas empresas deben combinar sus propias ventajas y encontrar un posicionamiento único para convertirse en pequeños gigantes que subdividen la pista.

(autor: Instituto de marketing del Instituto de economía y tecnología petroquímica de china)

Clasificación de los tres principales productos de materiales sintéticos

Definición y categoría de nuevos materiales químicos

Los nuevos materiales químicos pueden basarse en productos o clasificarse por industria. Desde el punto de vista de las categorías de productos, los nuevos materiales químicos incluyen principalmente productos químicos de alta gama en nuevos campos, variedades de alta gama de materiales químicos tradicionales y materiales de alto rendimiento producidos después del procesamiento secundario. Por ejemplo, el polietileno de alto peso molecular o el polietileno Metaloceno pertenecen a la variedad de alta gama del polietileno, un material químico tradicional, mientras que el polietileno procesado en materiales de película de alto rendimiento pertenece a nuevos materiales químicos después del procesamiento secundario.

Tomando como ejemplo la resina sintética entre los tres principales materiales sintéticos, la parte inferior de la estructura del producto incluye PE (polietileno), pp (polipropileno), PVC (cloruro de polivinilo), ps (poliestireno), ABS (polímero ternário de tres monómeros de acrílicos, butadieno y estireno), con un consumo anual de más de 100 millones de toneladas en el país.

La parte superior de la estructura del producto incluye plásticos de ingeniería y plásticos de ingeniería especiales. Los plásticos de ingeniería se originaron durante la hegemonía entre Estados Unidos y la Unión Soviética en las décadas de 1960 y 1970, y se utilizan principalmente en proyectos de defensa nacional como aeroespacial y misiles, con altos requisitos de peso, resistencia, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la radiación, por lo que los plásticos de ingeniería son conocidos por su alto rendimiento. Los caucho de alto rendimiento y las fibras de alto rendimiento son similares a los plásticos de ingeniería y pertenecen a la categoría de nuevos materiales químicos. Además de los materiales de alto rendimiento entre los tres principales materiales sintéticos, los nuevos materiales químicos también incluyen materiales de membrana de alto rendimiento, productos químicos especiales, monómeros clave e intermediarios.

Desde el punto de vista de la industria de aplicaciones, los nuevos materiales químicos se pueden aplicar ampliamente en diferentes industrias, incluidos equipos de alta gama, ahorro de energía y protección del medio ambiente, nueva energía, vehículos eléctricos, cables eléctricos, uso diario de envases, materiales de construcción, etc. Los nuevos materiales químicos deben satisfacer las necesidades funcionales de los materiales en diferentes industrias, y la tendencia de desarrollo de la industria determina la dirección de investigación de los nuevos materiales químicos y guía el modo de inversión y la escala de desarrollo de los nuevos materiales químicos. En la actualidad, las áreas de aplicación de nuevos materiales químicos que se centran en todo el mundo incluyen información electrónica, nueva energía, equipos de alta gama, ahorro de energía y protección del medio ambiente y atención médica y sanitaria.

En la actualidad, el valor de producción de los nuevos materiales químicos nacionales ha superado los 800.000 millones de yuanes, lo que implica todos los aspectos de la economía nacional y los medios de vida de las personas. En 2021, la demanda total de nuevos materiales químicos en China ha superado los 30 millones de toneladas, y se espera que supere los 45 millones de toneladas en 2025. La tasa de autosuficiencia de los nuevos materiales químicos en China es de alrededor del 54%, mientras que la tasa de autosuficiencia en los campos de los monómeros clave y la industria química fina es de solo el 10%. desde el punto de vista de la seguridad nacional y el potencial de desarrollo, la importancia estratégica de mejorar la tasa de autosuficiencia de los nuevos materiales químicos es muy importante.

Desafíos y soluciones para el desarrollo de nuevos materiales químicos

En la actualidad, hay tres desafíos principales en el desarrollo de nuevos materiales químicos. En primer lugar, la tasa de éxito de I + D es baja y el riesgo de inversión es alto; En segundo lugar, incluso si la investigación y el desarrollo son exitosos, deben enfrentar un largo tiempo de certificación del mercado; En tercer lugar, después de la aceptación del mercado, el volumen de demanda es pequeño, los beneficios marginales son altos y el beneficio total sigue siendo inferior al de los productos a granel. Si estos tres desafíos son el dilema de elección de la mayoría de las empresas petroquímicas de "ganar por la calidad" o "ganar por la cantidad" también es una cuestión clave que afecta la toma de decisiones de inversión en I + D.

La reducción del riesgo de inversión es fundamental. Hay una "ley de doble diez" en el campo farmacéutico: el desarrollo de un nuevo medicamento lleva diez años y mil millones de dólares, pero la tasa de éxito es solo del 8%. Para los nuevos materiales químicos, la inversión en I + D es mayor y la tasa de éxito es menor. frente a un conjunto de plantas maduras de etileno con un costo de solo 500 millones de dólares y una tasa de éxito del 100%, las personas racionales están más dispuestas a invertir en productos a granel tradicionales. ¿Entonces, ¿ cómo reducir el riesgo? En primer lugar, es necesario que las principales empresas tomen la iniciativa de liderar la investigación y el desarrollo de nuevos materiales. Debido a que las principales empresas tienen mayores ventajas de escala y un apoyo empresarial diversificado, se enfrentan a un menor riesgo de flujo de caja en comparación con las pequeñas y medianas empresas. Por lo tanto, se pueden introducir las políticas de incentivos correspondientes para alentar a las principales empresas a llevar a cabo la investigación y el desarrollo de nuevos materiales químicos. El segundo es financiar en profundidad institutos de investigación científica, BASF y otras empresas adoptan tales estrategias para reducir los costos de búsqueda y uso de talentos y equipos, centrándose en la inversión en I + D. El tercero es la titulización de proyectos, empaquetando nuevos materiales químicos en proyectos de capital, financiando y compartiendo riesgos en los mercados financieros después de pasar la evaluación de instituciones profesionales, reduciendo el riesgo de inversión de individuos o empresas individuales.

Para el problema del largo tiempo de certificación del mercado de nuevos materiales químicos, se puede optimizar y resolver mediante la investigación y el desarrollo conjuntos por adelantado, multicanal y aguas arriba y aguas abajo. El éxito de la investigación y el desarrollo de nuevos materiales a menudo no puede ser reconocido inmediatamente por el mercado. tomando como ejemplo el PVC (pvc), como una de las cinco principales resina sintética, el PVC es ampliamente utilizado en perfiles de puertas y ventanas y tuberías de suministro y drenaje. el consumo anual de PVC en China es de más de 20 millones de toneladas, pero el PVC tarda 18 años desde la investigación y el desarrollo hasta el tamaño del mercado de 100.000 toneladas. Otro ejemplo es la fibra de carbono, que tarda 30 años desde la investigación y el desarrollo hasta la venta de 10.000 toneladas, mientras que los materiales semiconductores solo eligen agregar pruebas durante al menos 8 años. Para acelerar la certificación del mercado, primero debemos fortalecer la investigación de mecanismos, la estructura determina el rendimiento, y cuanto más profunda sea la comprensión de la estructura y el rendimiento del material, más fácil será encontrar sus escenarios de aplicación. Por ejemplo, el plástico de ingeniería especial de alta temperatura y fácil disolución, desarrollado por el académico Jian xigao de la Universidad Tecnológica de dalian, es un plástico de ingeniería especial resistente a altas temperaturas y fácil de disolver, que introduce una estructura no coplanar distorsionada desde el diseño de la estructura molecular, obstaculiza la cristalización y mejora la disolución, y luego desarrolla plásticos de ingeniería especiales resistentes a altas temperaturas y solubles, que se utilizan ampliamente en rodamientos de empuje de motores aeronáuticos, rodamientos de enfriamiento de motores nucleares Hualong - 1, pergaminos de compresores de fuentes de aire de ferrocarril de alta velocidad, recubrimientos funcionales resistentes a altas temperaturas y otros campos. El segundo es aumentar la asistencia informática y mejorar la eficiencia de la investigación y el desarrollo. El tercero es acelerar el ritmo de comercialización de nuevos materiales aumentando el número y la frecuencia de los experimentos. Con el desarrollo de las empresas petroquímicas nacionales, la feroz competencia que enfrentan no tiene precedentes. compitiendo con gigantes químicos centenarios como dupont, basf, ExxonMobil y Dow chemical, necesitamos aumentar el número de experimentos en áreas clave para acelerar la frecuencia y cambiar el espacio por el tiempo.

El beneficio total está determinado por los beneficios marginales y los beneficios de escala, y mejorar la aplicación de nuevos materiales químicos es la clave para estimular aún más los beneficios de los nuevos materiales químicos. El primero es ampliar la aplicación sobre la base de una comprensión completa de las propiedades de los materiales. Por ejemplo, el elástico de poliéster termoplástico TPPE tiene elasticidad de caucho y tenacidad y plasticidad del plástico. este material se utilizó principalmente en áreas industriales como el automóvil al principio, pero si se convierte en un peine, no daña el cuero cabelludo y no es fácil levantar electricidad estática y tirar del cabello, se desarrollarán nuevos escenarios de aplicación, abriendo así un mercado de consumo potencial. El segundo es utilizar nuevas formas para encontrar nuevas aplicaciones. Por ejemplo, la poliimida es resistente tanto a altas temperaturas como a bajas temperaturas. la película resultante es una pantalla OLED (diodos orgánicos emisores de luz), que se puede utilizar en pantallas flexibles y plegables para teléfonos móviles como Huawei y samsung. la fibra resultante se puede aplicar a la cubierta del cable y la espuma se puede utilizar para materiales ignífugos y insonorizados. El tercero es comprender profundamente la esencia de la industria y llevar a cabo nuevas aplicaciones. Por ejemplo, la transmisión de la señal de luz visible, la torre de Faro es la primera transmisión de la señal de luz visible, si el humo del lobo se enciende como el número 1, la extinción del humo del lobo se cuenta como el número 0, a través de la transmisión de información a través de la extinción del humo del lobo, 0 y 1 construyen la piedra angular de toda la era digital. La velocidad de conmutación de 0 - 1 determina la velocidad de transmisión de información. cuanto más corto sea el ciclo, mayor será la eficiencia de la transmisión de información. El ciclo de encendido y apagado del humo del lobo es demasiado largo, mientras que el OLED puede lograr un interruptor rápido, el interruptor OLED solo necesita cuatro milésimas de segundo a la vez, puede servir como un medio de transmisión eficiente de la señal de luz visible. En muchos escenarios de aplicación, se puede utilizar la señal de luz visible para el reconocimiento, como la conducción autónoma, la inteligencia artificial, las ciudades inteligentes, el Internet de las cosas, etc. Con el estallido de la cuarta revolución industrial, la demanda de transmisión de señales visibles aumentará día a día en el futuro, lo que a su vez impulsará la demanda de poliamidas. Si entendemos profundamente el rendimiento del material en sí y la esencia del funcionamiento de la industria, podemos conectarlo, ampliando así la aplicación del producto.