一、绿色低碳与循环经济技术

“绿色低碳与循环经济技术”是一系列旨在实现经济社会可持续发展、应对气候变化的综合性技术体系的统称。核心目标是通过技术创新，在生产和消费过程中减少温室气体（尤其二氧化碳）排放、提高资源与能源利用效率，并推动废弃物资源化，将传统的“资源-产品-废弃物”的线性模式转变为“资源-产品-再生资源”的闭环模式，最终推动经济增长与碳排放脱钩。绿色低碳与循环经济技术的本质是通过过程强化、能量梯级利用、碳元素循环和生物转化，实现化学反应过程的原子经济性提升和碳排放的最小化。

（一）碳捕集、利用与封存（CCUS）

CCUS指将二氧化碳从工业排放源（如发电厂、化工厂）或空气中捕集分离，然后通过运输，投入到新的生产流程中进行利用（如制造化学品、燃料或建筑材料）或注入地下地质构造中实现长期封存的技术。其为实现电力行业和钢铁、水泥等难减排行业的深度脱碳提供了“不得不选”的技术方案，是保障国家能源安全前提下实现碳中和的“托底技术”。

表1  碳捕集、利用与封存（CCUS）国内部分研究机构/企业及其成果

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（二）绿氢与低碳原料替代技术

“绿氢”是指利用可再生能源（如风电、光伏）电解水制取的氢气，其生产全过程零碳排放，是终极清洁能源载体。“低碳原料替代”是指在工业生产中，用绿氢、生物质、绿电（可再生能源电力）等低碳或零碳原料，替代传统的煤炭、石油、天然气等高碳化石原料，从源头减少工艺过程的碳排放。绿氢是连接可再生能源与难以电气化的工业、交通领域的关键能源载体，是重塑工业流程（如绿氢炼钢）、实现交通领域深度脱碳的核心。

表2  绿氢与低碳原料替代技术国内部分研究机构/企业及其成果

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（三）生物基化学品与可降解材料技术

“生物基化学品”，以可再生的生物质（如秸秆、淀粉、油脂）为原料，通过生物或化学转化生产的化学品（如生物基塑料单体、乳酸、丁二酸等），它可替代传统的石油基化学品。“可降解材料”，指在特定环境条件下（如堆肥、土壤、海水），能够被微生物分解为水、二氧化碳或甲烷及生物质的材料。值得注意的是，并非所有生物基材料都可自然降解，也并非所有可降解材料都是生物基（如部分石油基PBAT/PBS）。生物基化学品与可降解材料技术有助于减少对石油的依赖，构建可持续的生物基循环经济产业链，从根本上解决塑料污染问题，助力生态文明建设。

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这是一个将基础化学原料，通过精深加工和高新技术，转化为高性能、高附加值、特定功能产品的领域。核心原理在于通过分子设计、结构调控（如纳米复合、合金化）和精密聚合工艺，赋予材料特定的物理、化学或生物学功能，满足极端或特殊应用环境的要求。核心技术方向如下所列。

（一）高性能聚合物基复合材料

高性能聚合物基复合材料是指通过分子设计、先进聚合或复合技术，在力学强度、耐温性、耐腐蚀、轻量化或功能化等一个或多个方面显著超越通用塑料/橡胶的一类先进高分子材料。本质是通过对分子链结构、聚集态结构及复合材料界面的精密调控，实现材料在极端条件（高温、高压、腐蚀、辐照）下的稳定服役或赋予其特定物理/化学功能。

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（二）电子化学品

电子化学品为电子信息产业制造过程配套的专用化学品和材料的总称，主要包括集成电路制造用的光刻胶、湿电子化学品、电子特气、抛光材料（CMP）、封装材料，以及显示面板用的液晶材料、OLED发光材料、光刻胶、彩色光刻胶等。本质是“纯度”和“精度”决定性能，材料的技术参数（如纯度、颗粒度、均匀性、功能响应）直接决定了微纳电子器件的性能、集成度、良率和可靠性。

表5  电子化学品国内部分研究机构/企业及其成果

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（三）新能源材料

新能源材料是支撑新能源转换、存储与利用的关键材料，主要包括锂离子电池材料（正极、负极、电解液、隔膜）、燃料电池材料（质子交换膜、催化剂）、光伏材料（晶硅、薄膜、钙钛矿）、储能材料（液流电池、储氢材料）等。新能源材料是能量密度、转换效率与安全寿命的核心载体。本质是通过材料创新来提升能量存储与转换过程的效率、经济性和安全性，是新能源技术的物质基础。

表6  新能源材料国内部分研究机构/企业及其成果

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（四）生物医用材料

生物医用材料是用于诊断、治疗、修复或替换人体病损组织/器官、或增进其功能的特殊功能材料。生物医用材料包括医用高分子、医用金属、生物陶瓷、复合材料及生物衍生材料等。是生物相容性前提下的功能化设计，其本质是在确保材料与生命系统安全交互的前提下，精准实现治疗、支撑、诱导再生或药物控释等生物学功能。

表7  生物医用材料国内部分研究机构/企业及其成果

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三、过程强化与智能化技术

过程强化与智能化技术旨在通过颠覆性的设备与控制系统，提升化工生产的本质安全、效率和柔性。核心原理在于利用设备小型化/结构化增强传递过程，并借助数据驱动模型取代或辅助传统经验模型，实现过程的精确预测与优化控制。

（一）微反应技术

微反应技术是一种典型的“过程强化”技术，它利用特征尺度在微米到毫米级别的微型反应器（微通道反应器）来进行化学反应，这种结构极大地提升了传质和传热效率，使反应过程更快速、更可控、更安全。本质上，一方面是“空间维度”上的强化，通过缩小反应尺度，将传统“间歇式”的“大锅饭”生产，转变为连续、精确的“流水线”生产；另一方面是“三传一反”的本质性提升，从根本上强化了质量传递、热量传递、动量传递和反应动力学，实现了反应过程的精准化、绿色化和本质安全化。

表8  微反应技术国内部分研究机构/企业及其成果

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（二）人工智能与化工深度融合

人工智能与化工深度融合是将人工智能（AI）技术，特别是机器学习、深度学习、强化学习、计算机视觉等，应用于化工过程的各个环节，包括分子设计、工艺开发、过程优化、故障诊断、供应链管理等。本质是数据与知识驱动的范式革命，从传统的“第一性原理+经验”的研发模式，转向“数据+模型+自动化”的智能研发新模式，核心是“发现”与“决策”——AI能够从海量数据中发现人类难以总结的复杂规律（如分子构效关系、工艺参数关联），并做出更优决策（如实时优化、智能控制），实现过程的知识化与自主化。

表9  人工智能与化工深度融合国内部分研究机构/企业及其成果

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（三）智能工厂与工业互联网

智能工厂是应用工业互联网、数字孪生、物联网、大数据等现代信息技术，实现从订单到交付全流程数字化、网络化、智能化的新型生产组织方式，工业互联网是其核心支撑平台，实现了人、机、料、法、环的全面互联与数据流动。本质上，一方面在于生产系统层级的集成与协同，将孤立的生产单元、控制系统、管理系统连接成一个有机整体；另一方面在于全生命周期与全价值链的优化，不仅是生产自动化，更是通过数据贯通，实现运营的透明化、协同化和效率全局最优化，提升企业的整体敏捷性和韧性。

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四、新型催化技术与分离技术

“催化技术”是加速化学反应速率、降低能耗、提高目标产物选择性的核心技术，被誉为现代化学工业的“芯片”和“灵魂”。“分离技术”是从混合物中提取、纯化目标组分的关键环节，能耗常占化工生产总成本的40%-70%。

（一）单原子催化与分子筛催化

“单原子催化”是指将金属活性组分以孤立的单个原子形式分散并稳定在载体表面，形成单原子催化剂，它是多相催化的极限形式，旨在实现100%的金属原子利用率。核心本质是催化活性位点的原子级精准设计与调控，通过打破传统纳米颗粒中金属原子的“集团效应”，单原子催化剂展现出独特的电子结构和配位环境，从而在反应活性、选择性和稳定性上产生质变，为基础催化理论研究和实现原子经济性反应提供了革命性平台。“分子筛催化”是指利用具有规则纳米孔道结构的结晶硅铝酸盐（沸石分子筛）或其衍生物作为催化剂，利用其择形选择性和表面酸性进行催化反应。核心本质是空间限域与择形催化，分子筛规整的孔道结构（尺寸通常在0.3-1.5 nm）可以对反应物、过渡态或产物分子进行“筛分”，实现基于分子尺寸和形状的高选择性转化。其酸中心的强度和分布也可精细调控。

二者并非对立，而是可以结合。将单原子锚定在分子筛的特定孔道或笼中，形成“分子筛限域的单原子催化剂”，兼具了单原子的高活性和分子筛的择形性，是前沿中的前沿。

表11  单原子催化、分子筛催化国内部分研究机构/企业及其成果

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（二）高效节能分离材料与技术

“高效节能分离材料与技术”指开发新型分离材料（如高性能膜、吸附剂、萃取剂等）并耦合优化分离工艺（如膜分离、吸附分离、精馏强化等），旨在以最低的能耗实现物质的高纯度、高效率分离。本质是对“分离过程”的能质传递进行微观与宏观的协同创新。在微观层面，设计对目标分子具有特异性识别或传递通道的功能材料；在宏观层面，通过工艺集成与优化，大幅降低分离过程的热力学不可逆性（如精馏的再沸能耗）或使用更高效的能量形式（如压力驱动膜分离代替热驱动分离），从而从根源上实现节能降耗。

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作者：孟祥梅（专利代理师）

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