石墨烯(Graphene)被誉为“材料之王”,与碳纳米管、富勒烯并称为三大碳纳米材料。石墨烯作为一种新型二维纳米材料,在电子信息、新材料、新能源、生物医药、环境保护等诸多领域具有巨大应用潜能,十二五规划、十三五规划等一系列文件都将石墨烯纳入大力发展的新材料领域。学术界和资本市场将其视为新材料领域的宠儿,但其产业化过程频频遇冷,市场前景遭遇质疑。
一、石墨烯仍在概念导入,产业化仍需突破
石墨烯的发明者凭此获得2010年诺贝尔物理学奖以来,全球对石墨烯产业寄予厚望,千亿级、万亿级产业呼之欲出。经果近八年时间的研究和发展,石墨烯产品大都处在实验室阶段,相对于资本市场和媒体的热炒,其产业化进程相对滞后,并且呈现出产业化虚假繁荣的泡沫。
新材料领域的科学发现到市场应用,是一个从实验室走向生产车间的漫长过程。每个阶段都是某种科研成果得到市场认可的必由之路,并且充满风险和不确定性。通常这也是一条需要10年或20年甚至更长时间的路径,硅材料历经了20多年,碳纤维坚持了半个多世纪,石墨烯产业总体正处于产业化突破前期。
目前以石墨烯粉末(体)为原料的低端产品,如功能涂料、复合材料、电极材料和结构增强型材料等,虽然部分已初步产业化,但规模小、技术含量不高、附加值较低。而以石墨烯薄膜为原料的高端产品,如微电子材料和显示屏薄膜材料等,或处于实验室阶段,或处于中试阶段,短时间内均难以实现产业化。石墨烯产业化成熟至少还需要5~10年,未来如何“破局”是石墨烯产业发展的关键。
二、我国石墨烯企业聚集效应明显
截至2017年底,我国营业范围包含石墨烯相关业务的企业数量已达4800家。我国石墨烯企业70%以上分布在长三角地区、珠三角地区、山东地区和京津冀区域,形成了明显的地域分布特征。依托当地良好的产业发展平台以及完善的产业发展体系,国内已有多个石墨烯产业化基地建成,常州石墨烯科技产业园、青岛石墨烯产业园区、重庆石墨烯产业园、宁波石墨烯产业园区、无锡石墨烯产业园区已逐步形成各具特色的区域性石墨烯产业集群。
图1 国内主要石墨烯企业
三、中国将成为石墨烯全球最大市场
目前全球石墨烯年产能达到百吨级,未来5-10年将达到千吨级。中国石墨矿储量5500多万吨,占全世界的77%左右,资源优势明显。从专利统计角度来看,中国处于技术原创国的首位,其专利受理数量大幅领先于随后其他各国家和地区,占据了58%的份额 ;韩国、美国、日本紧随其后,也是该项技术的主要技术原创国。
随着产业技术的不断突破及下游端各类应用的持续开发,石墨烯材料商业化应用进程也将持续提速,石墨烯加工成本大幅下降,产品导电性、韧度、强度、比表面积等指标不断提高,稳定性和优良率得到较大提升。
目前我国石墨烯专利申请主要集中在复合材料、储能、水气处理、传感器、医疗健康、电子信息领域,企业主营主要为光电信息、储能导电、导热、防腐、复合材料。2020年石墨烯全球市场规模按细分领域分,依次为锂电/电容、符合材料、导热材料、柔性与穿戴、节能环保、生物,宏观上看,国内产业链格局与全球市场发展方向基本契合。到2020年,全球石墨烯市场规模将超1000亿元,预计中国将占据50%~80%的市场份额。
四、当前国内石墨烯产业化道路困境
我国石墨烯专利量大面广,但却鲜有高质量转化成果;我国石墨烯布局完整,但却处于全球产业链低端;我国石墨烯应用市场规模巨大,但却集中下低端应用。在各大石墨烯产业园不断涌现的同时,我国石墨烯产业面临的是产业化道路上的种种困境。
专利转化效率低。全球石墨烯市场的三大竞争对手美国、韩国、日本,企业是其研发和产业化主体,大企业既掌握核心技术,又洞悉市场需求,从而有效推动石墨烯的研发进程、研发成果转化进程和产业化进程。而我国专利多数由高校机构掌握,市场缺少行业巨头,技术转化应用效率偏低,产业化步伐较慢。
图4 国外主要石墨烯研发制造企业
产业链位势低。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,以材料生产为主,存在低端产能扩张过快、产品同质化严重等问题,产业升级压力重重。
低端化应用明显。应用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。
五、提升石墨烯产业发展的建议
第一,积极组建产学研之间的专利联盟,优化产学研协同路径,建立石墨烯全产业链的知识产权保护体系,加强全球专利布局,积极参与国际竞争;第二,重视石墨烯制备方法等基础研究,努力提升石墨烯材料制备质量,扩大石墨烯在高端应用领域的潜力;第三,加快标准制定,规范产业环境,加强前瞻性技术布局;第四,构建多元化投资体系,理性引导资本进入,客观评估建设各类石墨烯产业园的必要性,避免盲目生产和产能浪费;第五,鼓励行业龙头企业研发、使用石墨烯材料,以示范工程带动高端应用;第六,加强对重点方向企业及科研机构的支持力度,重视科学与产业化队伍的人才培养,紧抓产业化前期机遇,抢占国际市场高点。