谨防我国石墨烯产业陷入“低端陷阱”

 

  作为石墨烯研究最为活跃的国家之一,我国石墨烯技术创新成果频出,产业化发展势头迅猛,走在了世界前列。但与美、日、韩等发达国家相比,我国石墨烯研究和产业发展基本处于产业链和价值链的低端,虽然资本界、学术界、媒体界等“热情高涨”,但无法掩盖其以材料生产为主,下游应用集中在附加值低的产品、低端产能扩张过快、产品同质化严重等问题。在石墨烯产业发展如火如荼的同时,一定要警惕石墨烯产业陷入“低端陷阱”。

 

  一、我国石墨烯产业低端化发展苗头初显

 

  石墨烯因其优异的性能,在电子信息、新材料、新能源、生物医药等领域都将带来革命性的变革,世界各国也在加紧研发和部署,以期占领石墨烯领域的制高点,通过对我国石墨烯产业专利申请、下游应用和制备技术等方面的分析,发现产业正面临着陷入“低端陷阱”的风险。

 

  1.专利“重量轻质”

 

  截止2015年10月,我国石墨烯专利申请量达到13 427件,约占全球申请总量的一半左右,稳居全球首位。但存在实用新型专利多、原创基础专利少,国内专利多、国际专利少,高校专利多、企业专利少的情况。由于我国石墨烯专利申请主体以高校和科研机构为主,企业的专利申请量仅占36%左右,导致技术创新更关注于理论基础和科学研究,与产业化严重脱节,有的甚至为了专利而专利,申请的专利往往以在国外先进成果的基础上进行改进或者延伸者居多,研发成果呈现出碎片化、同质化的现象,真正原创性、技术影响力大的专利很少,造成我国石墨烯专利数量众多但实际应用价值偏低的现状。

 

  2. 下游“优材低用”

 

  目前我国石墨烯下游应用多集中在粉体(类石墨烯)领域,即将石墨烯作为改性添加剂应用于涂料、复合材料、动力电池等规模大但对石墨烯的品质要求并不高的领域,产品附加值不高,无法真正体现石墨烯作为高性能、高品质材料的特性和价值。由于这些应用技术门槛较低,再加上资本市场的热捧,很多企业纷纷涉足其中,甚至盲目扩大产能,产品的低端同质化现象十分严重。而在真正能够体现石墨烯特性和价值、价值链高端环节的集成电路、晶体管、芯片等应用领域,由于关键技术尚未突破,需要长期持续的研发资金投入,投资回报周期也较长,国内鲜有企业涉足其中。

 

  3.环保“隐患犹存”

 

  虽然石墨烯粉体和薄膜材料的制备已经能够初步实现量产,但目前的制备技术普遍存在能耗、水耗大和工艺不环保等问题。如目前公认的最容易实现石墨烯工业化生产的氧化还原制备法,其生产过程中会涉及一系列化学反应,需要添加盐酸、硫酸等强酸物质,以及水合肼、乙二胺等具有毒性的还原剂,产生的废水和固废若处理不当会通过地表水迅速传播,对生态环境造成很大影响,而目前以这种工艺进行石墨烯制备的企业并不在少数,再加上环保设施缺失、监管不到位,对生态环境保护存在较大隐患。

 

  二、原因探析

 

  1.顶层设计不足

 

  石墨烯作为新兴产业发展时间短、理论体系不成熟、企业创新能力弱,要抢占行业制高点,必须从国家层面去加强布局、引导和资源整合。目前虽然国家对石墨烯产业的发展高度重视,出台了一系列的政策文件、给予一定的资金加以支持和引导,但总体较为分散,在关键技术研发、成果转化、产业布局、上下游衔接、配套措施等方面缺乏统筹协调。从事石墨烯生产的企业80%以上为中小型企业,年销售额大多不超过百万量级,号称石墨烯的上市公司中只有4家新三板企业将石墨烯作为主营业务,且全部处于亏损状态,亟待国家加强统筹协调、顶层设计、基础性研究和前瞻性战略布局,重点培育领军企业。

 

  2.产业化关键技术尚未突破

 

  虽然我国石墨烯产业化步伐走在世界前列,但产业发展总体上仍然处于概念导入阶段、产业化突破前期,在原料规模化制备技术、高端应用技术、绿色制备技术等方面均存在瓶颈。尤其是如何实现低成本、批量化、稳定的制备大面积、杂质缺陷可控、层数可控的石墨烯材料仍未解决的难题,这就直接制约石墨烯产品在高端领域的应用。在关键技术尚未突破的情况下,应重点加强基础研发和中试,不适合激进地大规模低端产业化。否则,会对战略性石墨资源、资金造成破坏和浪费,也可能会挫伤推进高端应用的积极性。

 

  3.产业标准体系匮乏

 

  行业标准是引领石墨烯产业创新发展的前提。目前,我国虽然已经启动了石墨烯国家标准的制定工作,但也仅以石墨烯材料的术语、定义和制备方法等为主,而在下游应用、产品认证、检测、使用标准等方面仍是空白,严重制约了石墨烯的高端应用和产业化进程。以目前石墨烯下游应用较为成熟的复合材料为例,究竟如何界定、检测石墨烯复合材料尚未有一个统一的标准,导致企业自说自话、市场鱼龙混杂,下游应用企业不会用也不敢用,应用市场瓶颈难以突破。

 

  三、对策建议

 

  1.加强顶层设计

 

  制定我国石墨烯产业发展总体规划,明确石墨烯的发展战略,从中长期发展目标、产业布局、重点企业培育、关键技术突破、下游应用行业等方面进行统一部署,重点在芯片、集成电路等下游高端领域加强技术创新和前瞻性布局;合理规划产能,推进石墨烯差异化、特色化、集群化发展,避免低端同质化重复建设。

 

  2.培育领军企业

 

  充分发挥产业政策和财政资金的引导作用,鼓励社会资本参与,以培育具有国际竞争力的企业为目标,选择少数真正有创新实力的企业进行重点培育,促进人才、资源、资本向优势企业集中;加强企业高端人才队伍建设,结合国家“千人计划”和国际合作项目等,帮助优势企业引进能够带来核心技术的高端人才或技术团队,建立健全高端人才保障机制。

 

  3.加快技术突破

 

  整合各类创新资源,成立国家级石墨烯创新中心,制定技术创新目录和技术突破路线图,对材料制备技术、清洁生产技术、下游高端应用等关键技术加强攻关;设立石墨烯产业基金,采用政策性财政支出和社会资本共同参与的模式,加快关键技术成果的转化。

 

  4.尽快建立标准规范体系

 

  根据石墨烯产业发展现状和下游应用的迫切程度,研究制定一批国家标准和行业标准,尤其对下游应用较为成熟的复合材料、涂料、锂电池等应用领域,尽快完善相关产品定义、检测和使用标准;尽快研究制定石墨烯行业规范条件,从产业布局、生产工艺与装备、清洁生产、质量管理等方面加以规范。

 

  来源:新材料产业 作者:马琳,商龚平

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