一束碳纤维，可拉动两架大飞机！“新材料之王”打开5万亿元“新风口”

baduluo

近年来，一批蓬勃发展的新兴产业，正在以势如破竹的速度，成为构筑现代化产业体系的新支柱。其中，作为先进制造业的“底盘技术”，新材料是支撑高端装备和重大工程不可或缺的物质基础。
据测算，今年1至9月，新材料产业总产值超过5万亿元，保持两位数增长。加速爆发的新材料，究竟“新”在何处？和传统材料相比，又有怎样的过人之处？
赛场上，它助力运动员刷新纪录；生活中，它让轻装上阵成为习惯；太空里，它向金属材料发起凌厉冲击。它，就是碳纤维。一束筷子粗细的T1000级碳纤维，足以拉动两架C919国产大飞机。世界上具备碳纤维研发和规模化生产能力的国家屈指可数，中国便是其中之一。
中复神鹰碳纤维股份有限公司副总经理 陈秋飞：5毫米宽的一束碳纤维，里面包含了12000根单丝。今年刚刚实现量产的T1100级的碳纤维和实验室的突破不一样。只有批量稳定化生产，质量才稳定，才可以满足航空航天等大量工业化应用的需求。
2021年，我国首次成为全球最大的碳纤维生产国；2022年，国产碳纤维用量首次超越进口量。今年五月，全球单体最大年产2.5万吨高性能碳纤维项目，在西宁全面投产。随着国产化碳纤维大规模生产，曾经被进口限制推高的价格应声回落，受限于成本的需求大量释放。
像滑雪场一样开阔的一片区域，是一支海上风电叶片的内腔，这支叶片的长度达到了123米。而悬在空中的是正在吊装的主梁，主要由碳纤维制造而成，主梁在叶片中的作用相当于人的脊梁。
一支叶片的碳纤维用量大约在10吨左右，碳梁占风机叶片重量的五分之一，成本则占到三分之一以上。
铺在巨大的风机叶片中，像海苔片一样薄薄一层的碳梁，实际上最厚的地方是由十几层的碳板组成。一块重约一千克的碳板，其碳纤维含量达70%以上。今年以前，这家工厂一直使用进口碳纤维，一块碳板的价格在150元左右。工厂从今年开始使用国产碳纤维，成本下降了一半。
成本降低让企业有了更多选择，产品也有了更多可能。
中材科技风电叶片股份有限公司研发总监 李成良：我们现在量产的120米级海上风电叶片，是全球最长的海上风电叶片，限制叶片长度进一步增加的主要因素是重量。现在叶片采用的是普通模量的碳纤维，如果采用更高性能的碳纤维，可以使叶片的重量进一步减轻，叶片将来有可能做到更长。
对于日后碳纤维的供应和价格，李成良从上游供应商那里得到了信心。
即便风电叶片已经是碳纤维用量最大的行业之一，但目前碳纤维也只用在了海上风电叶片的主梁上，李成良的团队正在计划将更高性能的碳纤维用到更多关键部件中，并尝试在陆地叶片上使用碳纤维，而陆地风电叶片的市场规模，大约是海上的十倍。
用得起碳纤维的行业越来越多，用得上碳纤维的市场也在加速形成。在“双碳”战略的推动下，氢能作为未来国家能源体系的重要组成部分，吸引了一批未来产业的布局，储运就是亟待破解的难题。
缠绕碳纤维的储氢瓶，用于加氢站之间的氢气转运，相比传统的储氢钢瓶，它中间包裹的这只钢瓶内胆的厚度可以从两厘米下降到一厘米，在同样重量的情况下可以多运30%的氢气。
用更轻便的容器，储存更多的氢气，是行业的发展方向，也是碳纤维可以大显身手的地方。一条今年刚取得制造许可的产品批量生产线，目前正与车企联合开发氢燃料电池乘用车所需的储氢瓶。
一只63升的储氢瓶，可以存下相当于它体积500倍的氢气，储氢瓶内壁则处于70兆帕的高压状态。
中材科技（苏州）有限公司研发中心副主任 吉增香：70兆帕可以理解为在指甲盖大小的面积上，要承受700公斤的重量。白色的是塑料内胆，起到密封作用，整个70兆帕的强度完全是由黑色的碳纤维提供。
无论是从0到1的突破，还是从1到100的深耕，以碳纤维为代表的新材料，不断通过技术创新，撬动产品升级，推动产业跃迁。
集聚资源协同创新 我国新材料产业进入发展新阶段
作为新型材料领域的明星，碳纤维只是新材料飞速发展的一个缩影。数据显示，2022年我国新材料产业总产值约6.8万亿元，比2012年增长了近6倍，年均复合增长率超过20%。
多项关键新材料取得突破性进展的背后，离不开科技创新的力量，而新材料的发展，又进一步支撑了新技术的进步，加快形成新质生产力，新材料还将如何发力？
国家新材料产业发展专家咨询委员会主任、中国工程院院士干勇表示，一代材料决定一代技术，新材料是一个底盘技术，同时更是一个先行技术。近年来，正是在关键材料上的一个个突破，有力支撑了我国轨道交通、载人航天、能源工程、电子信息、生物技术等新一代技术的发展，并对上下游产业形成了有力推动。
国家新材料产业发展专家咨询委员会主任 中国工程院院士 干勇：新的钢铁材料，特种合金材料，我们建造了全世界最长的4.2万公里的高铁，还有新材料发展推动了我们的新能源汽车在全世界引领技术发展。信息材料，特别是化合物半导体，我们已经突破了很多。这些新材料的发展，对制造强国在高质量发展中进入高质量阶段，已经打下了比较好的基础。
目前，我国新材料产业面临重大战略需求，进入发展关键窗口期。以纳米材料、碳基材料、涂层材料、先进纤维材料、第三代第四代半导体等先进新材料为代表的关键核心领域，正成为全球未来竞争的焦点。
国家新材料产业发展专家咨询委员会主任 中国工程院院士 干勇：特别是在集成电路14纳米、22纳米以下甚至到7纳米以下。这方面一些材料我们要跟上。在前沿材料的布局上，很重要的一种材料就是信息新材料。它支撑了国家整体的算力底座与未来人工智能时代的国力之争。现在量子通信、量子显示、量子计算、量子检测都在布局，包括未来6G材料，信息的存储材料等。实际上对未来产业发展也提供了基础。
近年来，在新材料领域，全球竞争越来越激烈。干勇认为，通过国家重大专项集聚创新资源，打造多主体、全链条、系统化的新材料体系，可以实现从材料大国向材料强国的转变。目前，我国新材料领域的专业技能人才数量，位居世界第一。其中，中科院和工程院院士200多名，材料科技人才超过115万人；新材料的全国重点实验室超过60个；近期启动的新材料重大专项逐步实施，这些都将成为全面推动我国新材料产业高质量发展的支撑。
国家新材料产业发展专家咨询委员会主任 中国工程院院士 干勇：形成若干长久、稳定、高水平的研发平台，去全面推动中国新材料向高端发展。在新质生产力的新的阶段下，新材料会进入一个蓬勃发展的阶段。而且有些材料由于需求巨大，通过超大市场拖动，发展速度会超越常规，自主国产化的材料品种越来越多，在高端材料上的突破能力就越来越强。