为贯彻落实《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》和《中国制造2025》,发挥科技创新在全面创新中的引领作用,依靠科技创新驱动建材行业结构调整、转型升级、转变经济发展方式,增强建材工业在我国全面建成小康社会进程中的基础作用,实现《2030年中国建材工业“创新提升、超越引领”发展战略》中2020年的发展目标,特制定建筑材料工业“十三五”科技发展规划。
一、“十二五”非金属矿领域科技发展成绩与存在问题1、成绩:一些重大关键技术攻关成效明显
(1)大型节能粉磨技术与装备实现升级。
重点开发了HFCG200大型辊压机及粉磨系统节能技术、煤粉立式磨粉磨技术及装备、HRM2800S矿渣立式磨装备及技术、KGP新型水泥熟料辊式破碎机、水泥立式辊磨终粉磨、MLXSS360两级行星立磨减速机等大型高效节能粉磨、无球化粉磨等先进节能粉磨技术与装备,加快了现有矿物粉磨技术装备的节能改造和技术升级。
(2)支撑战略性新兴产业发展的新材料技术研发亮点纷呈。
开发的高性能半导体光催化材料制备与微结构调控技术,耐烧蚀复合材料用碳纤维多向预成型体结构设计、控制、制备、及应用技术,超薄信息显示玻璃工业化制备关键技术,适用于高压直流输电系统工程化应用的特种光纤光缆及其关键器件的制备技术,多层内联仿形机织物应用与自动化制备技术,太阳能多晶硅生产用氮化硅陶瓷绝缘复合组件制备技术,膜生物反应器用平板陶瓷膜技术,大规模集成电路产业用8英寸立式石英笼舟产业化制备技术,多光谱透过铝酸钙红外玻璃成套制备技术及大尺寸整流罩典型应用技术等一批新技术,有效地提升了无机非金属新材料、特种陶瓷材料、高端纤维增强复合材料等的研究开发水平,突破了相关关键材料制备和装备技术瓶颈,为支撑节能环保、新能源、信息产业、新材料、国防军工等战略性新兴产业发展发挥了重要作用。
(3)高性能绿色节能建材及其先进制造技术实现产业化。
(4)非金属矿物材料开采及深加工技术不断提升。
开发了凹凸棒石棒晶束解离与表面功能化改性技术、非金属矿物功能填料表面改性技术及成套装备、陶瓷粉料高效节能干法制备技术及成套装备、机制砂石细粉高效回收与废水循环利用工艺技术、利用多晶硅副产物制备大尺寸、高品质石英玻璃成套技术与装备、石油裂解催化剂用高岭土载体制备技术、年产一万吨膨润土深加工生产线技术及环保型矿物凝胶材料系列产品开发技术等多项非金属矿物材料高效超细粉碎、煅烧、提纯、改性、复合等深加工产业化技术,较好地满足了交通、石化、电力、电子、农业、建筑节能、节水、环保、新能源等产业发展需要。
(5)大宗废物无害化安全处置和资源化综合利用技术取得重大突破。
开发了利用水泥窑协同处置城市生活垃圾系统集成技术、生活垃圾生态前处理与水泥窑协同后处置系统集成创新技术、水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰工程化技术、城市污泥深度脱水及水泥窑协同处置技术、水泥窑协同处置配套用耐火快速修补材料等大宗固体废物安全处置关键技术与成套装备,实现了大宗工业固体废物、城市污泥、建筑垃圾、生活垃圾、工业危废物等的安全无害化处理和资源化综合利用,为循环经济和环保产业发展提供了技术支撑。水泥窑协同处置固废过程中二恶英/呋喃的高温消解,低温再生抑制和吸附成因的发现为利用新型干法水泥窑大规模协同处置各类废弃物提供了技术支撑。
(二)存在的主要问题
1.现有科技领军人才短缺
2.基础理论研究趋向弱化
3.科技研发资源分散
4.自主创新能力严重不足
5.知识产权保护缺乏力度
二、“十三五”建材工业科技发展面临的形势和主要任务
当前,经济全球化、社会信息化深入发展,新一轮科技革命和产业变革蓄势待发,与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇。我国正处在全面建成小康社会的决胜阶段,经济增长将更多地依靠人力资本积累和技术进步,加快从要素驱动、投资驱动为主转向创新驱动发展为主,创新成为驱动发展的新引擎,是引领发展的第一动力。国内外经济社会发展和科学技术进步趋势,在给建材工业结构调整、转型升级、提供社会有效供给带来新的严峻挑战的同时,也为建材工业推进供给侧结构性改革,实现“创新提升、超越引领”的战略目标提供了重要机遇。
(一)“十三五”建材工业科技发展面临的形势
1.全球产业竞争格局的重大调整对建材科技创新带来新的挑战。
2.绿色、环保发展潮流要求依靠科技创新改变传统建材发展模式。
3.加强基础理论研究、提升建材行业核心竞争力任务艰巨。
4.产能过剩的传统产业需要科技创新来进行改造升级。
5.建材工业供给侧结构性改革需要科技创新支撑。
6.行业整体技术水平提升有利于增强国际竞争力。
7.“两化”融合技术为建材行业转型升级提供巨大驱动力。
8.环保技术的发展将重塑建材产业的社会形象。
9.以建材科技为支持的战略性新兴产业发展空间广阔。
10.全面建成小康社会需要绿色建材支撑。
11.国家重大战略需求将推动建材向新领域和高端发展。
(二)“十三五”时期建材工业科技创新发展的主要任务
“十三五”时期,建材行业的技术提升与转型升级将围绕实现产品从中低端向中高端转型,生产方式从资源、能源高负荷向低碳、绿色、环保转型,制造技术从传统集约式向数字化、信息化、智能化转型,系统开展高性能材料重大共性关键技术及应用研究,实现高性能建筑材料高效、低能耗制造及应用,有力推动建材工业转型升级,促进智能化时代的产业变革,助力建材工业在“一带一路”战略、“中国制造2025”中发挥更大作用,全面支撑国家战略性新兴产业发展与重大工程建设。
1.鼓励协同创新,发展传统建材产业升级换代技术。
2.加快基础研究,实现建材新兴产业核心技术突破。
围绕经济社会需求的重大发展方向,通过关键技术突破、产业转化和市场培育,加快高性能复合材料产业、无机非金属新材料产业、非金属矿及制品业新兴产业、建材节能环保新兴产业、建材高端装备制造产业、多功能节能环保新型墙体材料及配套绿色装饰装修材料产业等建材新兴产业的壮大和发展。发挥国家重大科技项目等国家科技资金的核心引领作用,实现建材新兴产业一批关键核心技术的突破。促进政产学研用按照市场规律和创新规律加强合作,不断完善科技成果转化协同推进机制,推进科技成果产业化。
3.大力发展智能制造技术,加速建材行业“两化”融合。
4.全面开发与推广节能环保技术,促进建材工业绿色低碳转型。
全面推进传统建材制造业绿色改造,加大先进节能环保技术、工艺和装备的研发力度,大力研发推广余热回收、水循环利用、原燃料替代、脱硫脱硝除尘一体化、水泥窑协同处置等绿色工艺技术装备。强化资源综合利用技术的研发,大力开发工业尾矿和建筑垃圾,形成梯级利用,替代天然砂石制造混凝土和建材制品;对粉煤灰、煤矸石、化学副产石膏等进行深加工,形成高性能混凝土掺合料、耐火材料原料、高强石膏等高附加值产品;采用钢渣、矾钛渣、粉煤灰、电石渣等工业固废全部或部分替代天然原料生产低碳水泥等建筑材料,走资源节约型、环境友好型发展道路。
5.加强质量品牌建设,以科技为引领促进国际化发展。
三、“十三五”建材工业科技发展的主要目标
主要目标
以提升建筑材料产业科技创新能力和整体竞争力为出发点,以国家重大工程和战略性新兴产业发展需求为牵引,面向国民经济建设主战场,贯彻实施创新驱动发展战略,深入落实《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》的“五大工程”和《中国制造2025》提出的“加快基础材料升级换代”任务,着力解决建材工业面临的产品同质化、低值化,环境负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题,推进水泥、玻璃、建筑卫生陶瓷、新型墙体材料、无机非金属新材料、非金属矿等重点产业的结构调整与产业升级,加快绿色建材的开发与推广。通过基础材料的设计开发、制造流程及工艺优化等关键技术和国产化装备的重点突破,实现重点产品的高性能和高附加值、绿色高效低碳生产。开展技术标准的升级研究,完善行业知识产权和标准体系。重点加强有助于领跑和并行的重点领域和材料的前沿技术研发,聚焦于行业发展的共性核心技术,提升我国建材工业整体竞争力,满足我国“中国制造2025”、“一带一路”战略、战略性新兴产业创新发展、新型工业化、城镇化和区域经济建设的急需,为我国参与全球新一轮产业变革与竞争提供有力支撑,实现我国建材工业由大变强、技术与装备由跟随型向并行和领跑型转变。
通过本规划的组织实施,到2020年,规模以上企业研发经费支出占主营业务收入的1%左右,大型骨干企业2%左右,主要骨干企业基本建立起国家重点实验室或企业技术研发中心;规模以上企业每亿元主营业务收入有效发明专利数达到0.3件左右,建材关键装备制造加工企业的工序数控化率达到30%以上。在水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷和新型墙体材料等产业形成一批世界领先水平的生产线。建材新兴产业及制品的工业增加值达到建材工业总量的50%;规模以上企业单位工业增加值能耗比“十二五”降低20%;单位工业增加值二氧化碳排放量降低25%左右,烟粉尘排放总量削减30%,二氧化硫排放总量削减12%,氮氧化物总量削减40%;综合利用废弃物总量比“十二五”增加12%左右,水泥窑协同处置生产线占总量的15-20%。建材行业全员劳动生产率达到160万元/人,建材新兴产业劳动生产率比“十二五”提高30%以上。全面实现建材工业“创新提升、超越引领”发展战略2020年目标,迈入建材工业强国的行列。
四、重点领域及关键共性技术
建材新兴产业:
聚焦适用于新一代信息技术领域的硅、石墨烯及第三代半导体材料,生物医药产业的微创医用材料,服务并配套于航空航天、高端制造、节能环保、新能源等领域的新材料,着力研发并拓展特种功能材料、高性能结构材料、功能性高分子材料、特种无机非金属材料、先进复合材料等的应用领域,为提升建材工业制造水平和向高端发展打开新的局面。
重点开发低成本高性能碳纤维、高性能特种玻璃纤维、高性能玄武岩纤维产业化制造技术,发展高性能纤维预成型体设计制备技术、高性能纤维热固性复合材料、高性能热塑性复合材料低成本、高效率成型技术,完善并提升大型化、高性能化、轻量化兆瓦级低风速叶片和超大功率(5MW以上)海上风机叶片制造技术,纤维增强树脂基大型复合材料制品废弃物资源化应用等产业化技术;突破结构复合材料增韧和耐高温复合材料技术,扩大应用领域和应用水平,促进结构复合材料产业规模发展;突破结构吸波、结构透波、结构导电等功能复合材料技术,实现结构型功能复合材料系列化和基本产业化。
重点研发高性能功能膜材料产业化及装备技术,先进陶瓷材料及部件(包括先进陶瓷粉体低成本、绿色制备技术,高性能复杂形状陶瓷部件近净尺寸高效成型、快速烧结技术及评价等)制备技术,特种功能晶体生长及其加工工艺、器件设计与制造、生产装备关键技术,高频、大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子材料制备技术;重点突破高可靠性氮化硅轴承球等系列化产品产业化技术,薄壁、高强超特高压输变电电瓷系列化产品产业化技术,大尺寸高均匀ALON透明陶瓷制备技术,高光输出、快衰减、大尺寸Ce:LaBr3闪烁晶体产业化技术,超低膨胀微晶玻璃产业化技术,微创医用激光光纤产业化技术;建成多功能陶瓷纤维复合过滤膜、高性能非氧化物陶瓷系列产品(氮化硅、碳化硅陶瓷等部件)、超特高压输变电电瓷系列化产品、高水平闪烁晶体及器件、高品质石英玻璃、低膨胀微晶玻璃等示范生产线。有力支撑我国战略性新兴产业的发展。
重点开发非金属矿物深加工及环境友好材料关键制备技术。研发石油催化裂化用抗中毒催化剂载体晶形控制、设计、性能调控技术;开发高耐蚀预水化防渗材料生产技术,高真空度控制与吸附柱撑离子交换功能强化技术;开发中低温SCR催化剂高活性原料粉体合成与成型技术及氮氧化物烟气处理材料成分设计、生产技术;开发高性能保温、隔热、绝热节能矿物材料制备及应用技术;开发高性能助悬浮、缓释、增稠环保材料制备及应用技术,难处置工业废水高效净化矿物材料制备及应用技术;开发饲料脱霉用矿物材料制备及应用技术,土壤生态修复调理矿物功能材料制备及应用技术;研发非金属矿干法超细粉碎分级设备大型化及智能化制造技术。大幅提升我国非金属矿物材料研发和应用水平。
五、重点工程
(一)实施“强基工程”。
着力开展纤维增强材料在聚合物基体中分布均匀性、界面粘结强度、复合材料的力学性能及材料破坏机理;先进陶瓷的精细微结构控制、烧结机理和可靠性评价技术;特种功能晶体的生长机理及控制技术;典型非金属矿物材料微结构及其性能演化、服役机理;复配无机矿物高温热熔成纤机理等基础研究。突破高性能复合材料多尺度建模和表征、评价;先进精密陶瓷材料的设计、性能表征和寿命预测;大尺寸特种功能晶体的生长和评价;典型非金属矿物材料选择性吸附性能调控等前沿技术。为形成一批规模化建材新兴产业奠定坚实基础。
(二)实施“两个二代”技术装备研发示范工程。
全面深入开展第二代新型干法水泥技术装备创新研发、第二代中国浮法玻璃技术装备创新研发和配套耐火材料及辅机创新研发工作,围绕相关领域的关键共性技术与主攻方向开展重点攻关,在现有水平基础上通过创新驱动,实现我国水泥和平板玻璃工业现代化、智能化和技术信息一体化,其主要经济技术指标均达到世界领先水平。形成3-5条“两个二代”示范生产线,“十三五”期间,60%左右的水泥、平板玻璃生产线“十三五”末达到世界领先水平。
(三)实施水泥窑协同处置固废技术创新及产业化示范工程。
在不断创新提升与完善“华新模式”、“中材模式”、“金隅模式”、“海螺模式”等不同水泥窑协同处置生产垃圾技术路线的同时,从政策支持、交流合作、标准规范、工程示范、市场推广、公共关系等方面全程进行专业化的攻关和服务,争取将水泥窑协同处置技术纳入市政垃圾处置规划,配合政府部门争取出台有助于促进水泥窑协同处置生活垃圾的指导政策,做好全国水泥窑处置生活垃圾试点工作,推动水泥窑协同处置工程的推广,建立起技术推广体系和应用机制体系,进一步加大水泥窑协同处置固体废弃物力度。“十三五”末,争取水泥窑协同处置生产线占总量的比例达到15-20%。
(四)实施建材新兴产业关键共性技术联合攻关推进工程。
在开展“高强度、低介电透波、耐热等高性能玻璃纤维和高性能复合材料的研发”、“高强玻纤、高性能复合材料在汽车、节能环保、通讯、石油等领域的示范应用研究”、“高档碳纤维生产技术及其制品在新能源、建筑建材等市场的示范应用开发”、“超大功率(5MW以上)海上风机叶片的制备技术及示范应用开发”、“新型膨润土工程防渗材料的研发”、“绿色橡胶用非金属矿物材料研发”等建材新兴产业关键共性技术会企联合攻关的基础上,进一步加强会企联合攻关的作用,拓展攻关的领域和深度,加快建材新兴产业的发展步伐。围绕“高世代电子玻璃基板和盖板核心技术开发”、“高品质特种光电功能玻璃及制品开发”、“建筑高效节能与安全功能玻璃关键技术开发”、“微创超细内窥镜及医用激光光纤产业化开发”、“先进陶瓷及特种功能晶体制备产业化”、“大尺寸合成石英玻璃材料及其制品产业化开发”等,突破关键材料制备技术与装备瓶颈,在规模化、产业化方面迈出实质步伐,为实现“十三五”末“建材新兴产业及制品的工业增加值达到建材工业总量的50%”的目标提供必要支撑。
(五)实施绿色建材生产及应用示范工程。
实施《促进绿色建材生产和应用行动方案》,大力发展绿色建材,提升绿色建材的质量内涵与功能,构建绿色建材产业体系。打通推广应用的通道,营造良好的绿色建材产业发展环境。建立绿色建材评价标识体系,发布绿色建材产品目录,制修订绿色建材标准,拓宽和增加绿色建材应用范围;引导市场消费,推动绿色建材下乡,扩大需求;推进绿色建材示范小区和产业园配套供应,增设一批以绿色建材为特色的企业技术中心、工程中心和实验室;建立为绿色建材发展服务的公共研发、技术转化、检测与认证平台;探索由企业自发筹建各产业发展基金,助推有益绿色发展的节能环保新技术、新产品;完善建材行业生产与建筑应用相关单位之间的联手机制,加强与建筑设计、工程建设的上下游联接与互动,推动建材绿色发展。
“十三五”期间绿色建材占到主营业务收入的30%左右,新建筑中绿色建材应用占到35%以上,试点示范工程绿色应用比例达70%以上,既有建筑改造的应用比例达到80%,实现建材生产和建筑应用的能耗、排放都有较大幅度的降低。
(六)实施标准创新提升工程。
(七)实施企业知识产权保护与应用试点工程。
(八)实施“优势产能走出去”国际合作工程。