联系我们  |  网站地图  |  English   |  移动版  |  中国科学院 |ARP
站内搜索:
首页 简介 管理部门 科研部门 支撑部门 研究队伍 科研成果 成果转化 研究生教育 党建与创新文化 科普 信息公开 OA系统
科技信息
美国研发出光镊声子激光器
解码5G热潮 创新型应用迭...
世界首例具有原子精度的全...
钙钛矿LED研究获重大突破...
武大团队实现金属纳米晶芯...
特种陶瓷16种成型工艺优缺...
Science子刊:中科大二氧...
750℃条件下 我国成功制备...
巴斯夫与美企合作 加速新...
人类史上首张黑洞照片公布
5G智能制造生产线启动
纳米孔晶体材料传质研究取...
超音速激光沉积有望成为一...
3D打印机将电子纤维打印到...
新材料学院潘锋教授团队在...
现在位置:首页>新闻动态>科技信息
130种关键材料 自给比例仅约14% 我国距成为新材料产业强国 还有几步要走?
2019-04-18 10:46:45 | 【 【打印】【关闭】

  材料是人类社会的物质基础,也是文明的具体载体。石器文明,标志了人类开启工具使用的先河;青铜文明,代表了人类生产力水平出现了质的飞跃;陶器文明的出现,则代表了人类第一次开始用化学方法开始自主创造新材料的历史;而上个世纪塑料的面世,则进一步开拓了人类利用有机材料的新边疆。一部材料的演化、演进史凝聚了人类自身发展进步,也可以说是人类发展史的奠基石(图1)。

 

图1:材料是人类发展的基石
   
数据来源:网络资料、天堂硅谷

  回顾历史,我们发现每一次革命性新材料的发明、应用总是能引领着人类的一次次技术革新,推动着产业的一代代转型升级,同时也催生着诸多新兴产业向纵深发展。正如近年来多晶硅、锂电子、碳纤维等基础性新材料在技术上的日益成熟,推动和支撑了光伏、新能源汽车、风电、LED、芯片等新兴产业的蓬勃发展。因此,作为国家七大战略新兴产业之一,新材料产业一直是双创的热点领域。 

  全球新材料现状 

  从全球视角看,世界各国对新材料的发展都非常看重,行业整体规模也不断扩大。相关数据显示,2010年全球新材料市场规模约为4000亿美元,到2016年已有约2.16万亿美元。因为新材料行业对资本实力、核心科技、研发能力等许多领域都有着非常高的要求,现阶段全球新材料产业发展的格局呈现出以美国、日本、欧洲等科技发达地区为主导的态势。具体而言,美国以资本、科技等优势使其在新材料行业全面领先,而日本在纳米、碳纤维等技术领域有优势,欧洲则主要在结构材料等方面拥有领先技术。我国与韩国、俄罗斯属于第二梯队。 

  当前中国新材料现状 

  新材料是中国实体经济发展的重要支撑,也是解决我国当前诸多“卡脖子项目”的基础源头工作。近年来我国持续加大了对新材料领域的投入和研究,并初步建立起了相对全面的技术研究配套方案和成体系的发展路径规划。 

  根据《中国制造2025重点领域技术路线图》,我们把新材料分为先进基础材料、关键战略材料和前沿新科技三大类,分别依托资源、需求和技术而发展(图2)。 

 

图2:新材料三大发展方向
  

数据来源:链塑网

  其中先进基础材料是指用量大、涉及面广的新材料,多为传统材料中的高端部分,具有“一材多用”的特征。关键战略材料是指用于保障国家重大战略需求的关键材料,具有“一需多材”特征。前沿新材料是指以基础研究为主,未来市场前景广阔,代表未来发展方向的材料。 

  为此,国家先后投入巨额的科研经费支持新材料的研究和开发。2013年我国研究与试验发展(R&D)经费总量首次跃居世界第二(为同期美国R&D经费总量的40%),至今已有6年。而2018年我国投入R&D经费总量超1.97万亿元,比上年增长11.6% ,离第一名美国的差距进一步拉近(预测为同期美国R&D经费总量的70%)(图3)。 

 

图3:我国历年研究与试验发展(R&D)经费支出
   
数据来源:中国政府网

  得益于经济持续发展叠加国家资金大力支持,我国新材料产业规模在过年近10年中快速增长,预测到2020年总产值达6万亿元,是2010年的10倍(图4)。 

 

图4:我国新材料总产值与预测  

 数据来源:前瞻产业研究院

  然而规模的快速扩张并不意味着我国已经成为新材料的产业强国。在产业发展的过程中,我们还不得不面对以下的现实: 

  现象一:一些核心材料仍然面临无法自给自足,甚至一些战略材料面临断供的风险。 

  在2018年时工信部对我国30余家大型骨干企业展开新材料需求调研。结果显示,所需要的130种关键材料中,只有约14%可以实现自给,而32%则完全需要依赖进口。以信息技术产业为例,2018年我国集成电路进口金额约为3120亿美元,同比增长20.0%(图5)。 

 

图5:我国历年集成电路进口金额
  
 数据来源:Wind

  现象二:高端核心装备的制造基础薄弱制约了下游应用实现,难以抢占战略制高点。 

  至今我国尚未有一家专门从事一体化装备生产制造企业的上市公司。一方面是由于行业的商业模式上存在大量应付账款收入,确认较难;另一方面是国内这类工程安装的公司,整体而言在产业链中的谈判地位长期处于弱势地位。根据wind数据,作为总资产173亿元的化工工程设备安装龙头——中国建设安装公司,2018年3季报实现利润1.28亿元。净利率仅1.28%,在1536家同类工程公司中(包含了房地产、基建等其他工程公司)排名仅列1275名。行业龙头如此,对于其他中小民营机构而言,要想获得向上发展的机会,受到挑战就会更严峻。这直接导致我国在高端、核心装备的生产工程企业,无论是利润资金还是高端工程经验的积累均严重不足。 

  我国一体化装备生产制造企业自身实力的相对较弱,直接导致我国一体化装备的制造、研发和运营以及一些工艺技法、拥有的专利数量等多个方面与国外先进水平还存在明显差异,且并未形成明显追赶势头。往往新材料在实验室研发完成,进入中试乃至量产阶段后,由于国产设备精密工艺不成熟,产品品质上无法达到实验室原型要求,或者无法达到国外同类品质要求。如果遇到一些国外限制出口的设备设备,则直接影响了产成品的量产。这最终形成了当前我国虽然基础工业已经相当发达,但部分下游领域生产和先进应用还严重依赖于国外严酷现实。 

  现象三:资源开发利用能力低,严重制约可持续发展。 

  我国不但对石油等资源严重依赖进口,甚至对于自身具有的资源禀赋的一些资源的应用开发也不够理想。低价大量出口原料,高价进口成品、半成品的现象屡见不鲜。这严重降低了资源的利用价值,也制约了我国可持续发展的进程。以钛为例,我国钛的储量位于世界前列。但在钛的几种应用领域,面临着资源利用能力低下的局面。 

  如用于增白涂料的钛白粉,目前国际上有硫酸法和氯化法两种技术路径。硫酸法的产品成本低,但产品污染大,产品稳定性较低,主要应用在一些基础应用中;氯化法的产品环境更友好,品质也更稳定,因此附加值也较高,主要应用在中高端应用中。目前除中国之外,全球钛白粉产能集中度非常高,前五家供应商就掌握了全球总产能的52%,而其中85%采用的是氯化法工艺。而2018年中国钛白粉产能中氯化法仅占到7.5%。这导致虽然钛是我国的优势资源,但在我国仍然以低技术门槛的加工方法为主,进行深加工的技法仍然受制于人,高端产品仍要高价进口。 

  在钛的另一个应用领域高温合金,该现象同样存在。高温合金也称超合金,因其耐超高温的特性是航空航天发动机材料的首选材料。如美国F22采用的发动机其内部燃烧温度达到1070℃以上,需要纯度在99.99%以上的钛粉在特殊工艺下制成的特种钛合金方能承受这种工作环境需要。然而国内主流厂家目前对钛粉的提纯技术仍停留在95-99.4%的区间。由于杂质含量高,不能满足超高温合金需求,相当部分的钛合金甚至高纯度钛粉仍需要高价进口。 

  除了钛,我国在稀土利用上也有同样的困境。新材料产业发展过程中遇到的这些系统性的挑战,直接制约和影响着新材料创业创新项目的发展与成熟,也最终影响了新材料领域投资的成功。如何补足短板,缩短差距成为整个科研界和产业界在孜孜以求的课题。也正是看到了我国新材料行业的重要性以及发展难点,国家陆续发布了一系列的政策以支持产业发展(表1),但迎头赶上仍需要一个漫长的过程,新材料的强国之路任重而道远。  

 

表1:我国新材料行业相关政策

  
数据来源:公开资料
  新材料股权投资难点 

  新材料以其背后庞大的市场需求、极高的经济附加值、极富爆发力的利润增长轨迹,一直是人类财富创造的核心驱动力之一。从一级市场股权投资的视角来看,新材料投资更是绕不开的领域,一直以来也都是投资者的兵家必争之地。在2012年之前,借助资本市场红利,中国VC/PE市场对新材料产业也出现大量机会性投资案例。 

  然而,经过几轮投资高峰后,近年来市场对于新材料的投资热情,相对电子信息等其他热门行业而言,增速明显有所下滑。从表面看,这是市场逐渐成熟、产业投资逐渐回归价值投资本质等共同作用的原因。然而进一步进行探究,我们就会发现这背后还有一些实践中发现的行业性问题,横亘在产业方和资本方;研究者和应用者中间,严重制约了产业与资本的有机结合。这些行业性的问题主要集中在以下五个方面: 

  1、“工业味精”效应 

  工业味精效应主要指在整个大工业体系中,某类新材料虽然效果较好,但实际使用需求量并不大,无法形成规模效应,因此总需求的天花板明显,短期内经济上不划算。造成这个效应的原因主要来自三个原因: 

  一是目前主流材料由于受到关注多,发展利用已经愈发完善,重大突破的点已经很少或者很难。比如现有的钢材,水泥,涂料,半导体等一些大类材料已经能满足绝大多数需求;而且从材料本身讲,想再大幅度提高性能已经十分困难。这使得近年来材料的研究突破往往集中在一些以前关注比较少的材料改性领域。 

  二是目前相当多的一些研究成果,主要应用在一些特种器材、军工、航天航空等小众应用。应用场景也比较有限,如载人航天、探月工程、极地考察等特殊场景。 

  三是成本。新材料研究面世初期,由于配套一体化设备的缺乏,早期产业化转换的成本较高。而高价格必然会抑制需求的爆发。因此,有些应用场景呈现的是在原有材料中添加小剂量以实现材料改性。 

  2、 大规模工业化量产难 

  新材料的科学研究和专利产品,往往需要经过5个阶段才能正式实现产业化运用:(1)实验室阶段;(2)实验工厂阶段;(3)示范生产线(中试);(4)示范工厂;(5)工厂。每个阶段都不可或缺,也不可能一蹴而就。要实现从实验室到中试,再到工业生产跨越实属不易,任何一个环节出现偏差都可能导致产品不能最终规模生产。这其中最难跨越的是,大规模工业化对制造设备的要求与实验室以及中试设备的要求存在量级差异,导致出现偏离的概率大大增加,从实验室到最终量产的耗时之久往往会超出预期。 

  石墨烯近年的发展进程就体现了新材料的量产之难。2004年石墨烯从石墨中被分离,翻开了这一领域的革命性篇章。在之后的数年时间里,全球对石墨烯进行产业化的热情持续高涨,各国纷纷加大了对石墨烯材料领域的研发。但实际情况是,到目前为止依然仅有一些以石墨烯粉为原料的基础产品走出实验室面世。而针对石墨烯薄膜、石墨烯电池等高端应用领域的包括制备、分散、应用和环保等关键技术却迟迟未获得实质性突破。这与早期市场较高的期望形成了明显反差。究其原因是规模化、低成本、高品质的石墨烯制备技术尚未突破,无法满足工业化需求,直接导致了广受投资界、科研界、企业界关注的石墨烯材料的应用始终未能如期爆发。 

  3、知识产权保护难,导致产能结构性失衡 

  材料科学有其学科特殊性。经验式、试错式、离散式仍是目前主流的材料研发方式,这也导致整个研发投产的跨越周期长,投入大,期间的不确定性高。而从另一个角度看,材料研究的核心壁垒之一在与经验积累。只要在充足的资金和必要的配套软硬件支持下,研究成果在实验室的突破只是时间问题。也造成了国内很多项目会遇到,往往在投资驱动下一哄而上,造成普通的基础材料推出初期,即便品质还不高但产能却迅速激增。这个现象在一些新材料的国产替代化过程中尤为明显。另一方面,在国内对一些制备工艺相对难以采取专利保护,加上一些地方对专利保护的漠视。这两项原因共振,导致很多新材料产品推出初期即遭遇技术仿制、抄袭,并导致低端产能过剩,盈利空间被压缩。 

  国内近年来碳纤维产业的发展,就经历了这般过山车。碳纤维被称为“黑色黄金”,是航空、航天、军事等方面有着不可替代的需求,因此国内多个科研院所及上市公司纷纷围绕碳纤维进行研发。目前我国碳纤维产业已经全面突破了T700和T800级碳纤维生产技术,实现了国产替代。国内相继有多条同类产线投产,产能在短短三五年时间内达到世界第三的水平(图6)。但是大部分应用仍为低端产品,这也导致企业无法实现盈利,勉力支撑的尴尬局面。 

 

图6:全球碳纤维产能分布(2017年)  

 数据来源:前瞻产业研究院

  4、投、融资节点较难把握 

  “曾经爱搭不理,现在高攀不起”,是对新材料股权投资特性的一种形象的比喻。当产品从研发到最后工厂投产之间的过程中,企业整体一直处于投入期,因此企业方融资需求旺盛。但由于市场和技术均存在较强的不确定性,投资机构对成果最终能否实现进行提前预测和验证的难度极大。 

  正如当前最前沿的研究中,对于“液体金属”、“碳纳米管”、“富勒烯”、“气凝胶”等极具概念性的新材料研究,因技术成熟周期较长、市场需求爆发点较难把握,令诸多关注新材料领域的投资机构往往在门外徘徊犹豫,不敢轻易出手。 

  而一旦产品实现突破并得到下游规模应用后,产能从投产到供不应求往往就在转瞬之间。此时企业对于下游的议价能力极强,往往需要款到发货甚至预付款。这意味着企业拥有了极好的现金流和强劲的利润,企业方融资的紧迫性就大大减弱,与此同时企业和创投机构之间的谈判地位就会出现异位。对投资人而言,此时往往又容易投资在高点,容错率降低,日后一旦在产业发展中遇到些许波折就往往陷入被动,乃至亏损。如苹果公司曾希望IPHONE6上尝试采用了蓝宝石面板的材料,掀起了市场对蓝宝石行业的投资热潮。然而当吸收了大量投资的配套厂商纷纷投产新的蓝宝石生产线后,苹果公司因为成本原因最终放弃了在新一代手机上继续使用蓝宝石面板,直接导致了蓝宝石供应商美国极特先进科技公司破产清算,国内的露笑科技蓝宝石业务连年亏损。在2014年前后高位跟进的相当多产业投资人最终不得不面临亏损出局的残酷现实。 

  5、专家意见听不听 

  由于新材料往往处于技术前沿,对于其技术与产品的论证也超出绝大多数投资经理与投资公司的知识范围,所以新材料股权投资中一般会听取相关行业专家的意见与分析。但是实践中这些专家意见出现谬误与臆断概率很大,大体有两方面的成因。一方面是因为新材料涉及的种类多,且目前的研究阶段越来越多的以跨学科合作多。单一领域的专家很难给出全面、准确的建议。另一方面是因为为解决某个问题可能会产生很多不同的路径方案。计如算机移动存储技术。科技界先后演进出了多套解决方案,从VCD-SVCD-DVD到现在更广泛使用的U盘、闪存,甚至是网络云盘。这涉及到很多技术的演变过程,也要考虑到何种技术会率先进入成熟程度。即使是置身其中的研究者往往也很难预料技术的最终发展过程。 

  这就导致投资机构在对新材料领域进行投资时,往往会面对专业精深极难验证且同行专家意见主观成分极大甚至观点对立的局面。这直接导致投资机构在投资尽调与行业调查中难以找到客观理性的第三方专家给出有价值的建议与评估。 

  我们团队的投资逻辑 

  基于对新材料行业特性的理解和历史上的投资禀赋,针对上述新材料投资遇到行业性投资困境,我们对新材料的投资逻辑有着自己独特的思考。在此与大家共同交流分享。 

  1、 关注成熟度高、市场容量大的新材料项目 

  我们偏好投资的技术路径是以跟随策略而非原创策略,即选择技术成熟度相对较高,配套更为完善的技术路线。新材料研发到应用的时间普遍较长,为了能与投资期限进行匹配。我们会积极寻求已在世界范围内经验证的技术,重点投资于即将进行商业化量产的项目。同时相较于真正的新材料企业更偏好于投资材料新应用的企业,以享受更大的市场容量。 

  2、 以国产替代为主要切入口 

  国产替代是新材料领域最有希望短期就能成功的方向。目前国内的科研水平发展非常快,硬件设施和人才储备已经接近国外水平,只少了时间的积累。一旦有了资金的保障下进行孵化,成功的几率比从基础研究开始的原创性开发成功几率会增加许多。 

  3、 投资拥有技术和资源双重壁垒的企业 

  为了减少抄袭带来的后期同质化竞争,我们立足于依托于同时具备技术独有性和资源禀赋两种特殊资源的企业,构筑更为持久稳定的护城河。尤其是中国独有的一些资源,更利于形成在世界范围内的核心竞争力。 

  4、 投资方式以并购退出方式为优先 

  新材料项目研发周期长、技术要求高、投入大。从投入研发到产品成型至少需要5年以上时间,而应用推广周期可能更长,如果以IPO为主要退出手段,则与现阶段市场主要投资基金的存续期不能完全匹配。因此,我们会倾向于将并购成为主要退出方式。基于此我们在投资之初,会倾向于引入行业上下游企业作为战略合作伙伴,共同对拟投标的进行战略投资。 

  总结 

  新兴材料是推动社会进步的重要因素之一,所以世界各国都花大力气在材料科学领域。随着我国社会经济的不断发展,材料,特别是具有高精尖属性的新兴材料的研发是我们关注的重点。近年来我国在新材料领域奋起直追,并实现了一部分材料的国产替代,但只是少数。在130种关键材料中,实现自给的比例仅有约14%,而32%则完全需要依赖进口,其他国产产品的稳定性也并不能保证。 

  但我们认为,我国新材料行业的机遇就稳于其中。虽然从投资的角度会有难点,但是从长远来看,新材料产业的发展将有巨大的盈利空间可以释放。 

    文章来源:新材料网
版权所有 中国科学院上海硅酸盐研究所 沪ICP备05005480号-1
长宁园区地址:上海市长宁区定西路1295号 电话:86-21-52412990 传真:86-21-52413903 邮编:200050
嘉定园区地址:上海市嘉定区和硕路585号  电话:86-21-69906002 传真:86-21-69906700 邮编:201899