五、材料及其产业在新经济模式下的发展现状与动向
 
    在全球气候变暖、环境恶化与资源面临枯竭的大形势下，材料科技及其产业领域必须不断地增强环境意识，将材料研发、生产与生态平衡、环境保护密切结合起来，延长材料使用寿命、提高循环使用特性和再生利用率是今后的重要课题，而材料在制备、生产和使用全过程的节能减排、环境友好与净化以及无毒无害、保障人类生存安全则是今后研发新材料时所要考虑的首要因素。众所周知，材料作为社会进步的基础和先导，为社会带来了巨大的物质财富，并推动了人类文明的进程。同样，在国民经济向低碳经济模式转型的过程中，新材料及其产业也必将为这一转变提供强有力的物质基础。

    因此，为适应材料及其产业的发展的新形势，在充分考虑环境和能源问题与材料之间相互关系的基础上完善材料科学体系已成为许多材料科学家所关心的问题。日本国家材料科学研究所（NIMS）发布的《能源与环境材料展望》报告对传统材料科学进行了再论证与再认识，评述了日本能源与环境材料的发展现状和今后的发展重点，并提出了重建材料科学体系的问题。其实，包括中国在内的世界各国，都不失时机地提出了类似的新材料发展战略，并相继出台了相关的研究计划与研究报告。

    总之，为适应发展低碳经济和循环经济，材料研发与材料产业首当其冲的是两大材料领域：一是新能源材料的研发与产业化，包括直接用于产生能源或转化的材料以及为实现转化与输送的其他相关配套材料，还有除天然碳汇之外能够实现CO₂捕获或固化的技术所必需的新材料等；二是生态环境材料的研发与产业化，而其中的生态建筑材料则成了低碳经济热潮中比较引人注目的材料门类。这是由于建筑材料量大面广，在生产与使用过程中都要耗费大量的能源与资源，是贯彻低碳经济方针时必须重点抓的材料领域之一。

    1、能源材料：

    随着人们对环境问题和能源问题的日益重视，清洁能源已成为一种有市场竞争力的能源形式，而且随着技术进步，清洁能源的价格继续朝着越来越为人们所能接受的方向发展。其中，风能对某些风能资源丰富的地区来说，是一种最廉价的能源；乙醇目前已在美国、巴西等国家和地区应用于汽车领域；生物燃油，包括各种各样不同的动物和植物油，随着生物燃油柴油机性能的改善，已逐渐贴近了实际应用。转瞬之间，一直以来作为备用能源方式的清洁能源，已成为能源应用市场的热点投资领域。因此，相应的能源输送和转换材料，如：超导材料、磁制冷材料、永磁体材料、力学响应材料、低摩擦材料、轻质材料是发展清洁能源中需要大力发展的材料门类。

    在能源技术领域，有两个值得特别注意的方向：一是太阳能供电系统；二是便携式供电系统。电子能源材料与此直接相关，如：用于 PDA、移动电话、便携式电动工具和笔记本电脑等的太阳电池材料、LED 材料、电子产品、元器件材料、金属化电极材料、热电转换材料以及用以满足太阳电池性能提升要求的精密丝网印刷及相关材料技术等。在此领域，材料与产品的一体化是其发展趋势的明显特征，而进一步提高太阳电池的性能如光电转换效率仍是电子能源材料领域的永久的课题；其次，化学能源材料引人注目，如：氢能源和储藏用材料、光催化材料、燃料电池材料、二次电池材料、耐蚀材料等；再次，应用于大型高效发电厂的材料，如：燃气涡轮发电机用超耐热材料，超临界界面稳定的火力发电用材料等也是关注的方面；最后，纳米级能源材料，如：原子开关材料，纳米级材料，纳米组装材料、纳米控制技术等作为新宠这些年发展十分迅速。 最近报道的纳米器件自供能系统及其相配套的纳米发电机的成功研制可能是纳米能源材料将迈向实际应用的重大进展之一。

    2、生态环境材料

    生态环境材料应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性或者能够改善环境的材料。所谓环境协调性是指资源和能源消耗少，环境污染小和循环再利用率高。它是在生态设计思想和原则的指导下，在材料环境协调性评价（LCA）的基础上，采用环境协调性工艺开发出来的新型材料。需要强调的是，这里包括对传统材料经过生态化改造赋予特别优异环境协调性的材料，而且，这部分材料是相当量大面广的。因此，可以说生态环境材料是在传统材料的基础上相比较而产生、相比较而发展起来的一大类材料，其判断和认知往往是相对的和动态的，其环境特性也随技术进步而不断得到改善与提升。

    生态环境材料、生态设计以及在此基础上形成的循环产业，是新时代所有材料、产品和企业发展的必然趋势和方向，是循环经济的物质基础，也是人类解决所面临的资源、环境问题，实现经济和社会可持续发展的根本途径。

    自上世纪九十年代以来，生态环境材料研得到了长足进步，其理念已对材料科学与工程产生了重要影响，并推动了材料制备科学的发展，丰富了材料科学的内容。自 1993 年以来每年多次举行的《Ecomaterials》、《Ecobalance》、《Ecodesign》国际会议以及《Ecoproducts展览会》，已经成为材料科学领域最重要的系列盛会，其研讨的内容主要包括：长寿命材料及材料的延寿技术、材料与产品的再生循环利用、生态建筑材料、环境相容材料、仿生物材料、绿色包装材料、生态建材、环境降解材料（生物降解塑料等） 、环境工程材料(包括沙漠治理材料、蓄水渗膜材料等)、环境修复材料、环境净化材料（光催化材料、分子筛、离子筛材料） 、环境替代材料、材料的环境友好制备技术以及作为评价认证基础的材料环境协调性评价体系（LCA）等。我国相关部门一直十分重视和支持生态环境材料的发展，已经并将继续得到国家自然科学基金、863、973 以及国家支撑项目的大力支持。产学研结合是开发生态环境材料的基本特点，这种态势目前已深入到产业的各个领域，它在提高资源/能源效率和减少环境负荷方面具有不可替代的作用，是实现低碳经济和循环经济战略的重要物质基础。 

    3、生态建筑材料

    生态建筑材料的概念来自于生态环境材料，由于其具有量大面广和相对比较自成系统的特点，许多时候又被单列一类。其特点是：具有优异的使用性能；尽可能使用可再生资源；采用清洁的生产技术，废气、废渣和废水的排放量相对较少；与环境相协调，使用过程中有益于人体健康，有利于改善生态环境；废弃后可作为再生资源/能源加以利用或易于净化处理等。

    近些年来，生态建材研发态势比较迅猛，最新的材料可简要例举以下几种：1）TIM 透明绝热材料：在建筑上通常将其与外墙复合成为透明隔热墙(TIW)，从而减少因对流造成的热量损失。在瑞士、英国和日本等国已有完全用TIM透明绝热材料作为外立面的“零能耗（或零碳）”房屋或者“生态住宅” ；2）复合保温玻璃：已经历热反射中空玻璃，低辐射中空玻璃以及低辐射-热反射中空玻璃三个阶段，后者是前两代产品复合物，同时具有双重保温性能的理想组合，目前在欧洲的生态建筑中被广为使用；3）太阳能光电材料：将太阳能电池与建筑材料复合而成的新型建材。太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃是目前已在日本、德国和瑞士等国得到应用的主要太阳能光电材料。它们不仅能吸收太阳热能，还能将其转换为电能，支持住宅内部用电，有些甚至还能将多余电力输入电网。用以取代玻璃的透明太阳能光电池，也即太阳能光电玻璃，有望在十年之内成为生态建筑中的主流玻璃材料。随着太阳能技术不断取得突破，太阳能发电效率进一步提高，太阳能光电材料的前景非常看好。

    结束语

    发展低碳经济和循环经济是人类社会经济发展的历史必然。 在国民经济向低碳经济和循环经济模式转型的过程中，材料必将为这一经济模式的转变提供强有力的物质基础。

    1、面向未来，我们必须认真对待资源、能源和环境问题以及全球气候变暖的问题。只有政府、企业、消费者在资源与环境等方面的通力合作，以及产、学、研密切真诚的合作，才能推动低碳经济与循环经济的推行与发展，为社会经济的可持续发展做出贡献。在这里企业的主动精神、积极进取和必要的经费投入是非常必要的。

    2、材料是国民经济的物质基础，在推进和发展低碳经济与循环经济的进程中，革新材料的制备/生产技术是当务之急。因此，加强材料工作者的环境观念，普及全民的环境意识教育十分重要。随着全民环境意识的增强、低碳消费和绿色采购的逐步普及以及材料与产品低碳认证与环境认证的推展与强化，生态设计的原则和方法必将得到更为广泛的普及与推广，能源材料、生态环境材料/产品以及生态建筑材料的研究开发必将出现新局面。

    3、不管欧、美、日等工业发达国家在减排指标分配问题上动机和表现如何，我们必须走自己的路，从国家利益和长远战略目标出发，安排好有关低碳经济的战略部署和时间表。材料产业必须从传统的资源消耗、环境污染型，向资源节约和循环利用、清洁生产和零排放为特征的低碳经济型和资源循环型产业转变。这是材料及其产业今后发展的方向，也是所有材料科技工作者义不容辞的历史重任。

    “勿以善小而不为，勿以恶小而为之”，每个人都应该在实践中贯彻节能减排原则，倡导和厉行低碳生活。从现在做起，从自身做起，从一切事情做起！

    在写作本文的过程中与郝维昌博士、周和敏博士与祁洪飞博士做过有益的讨论，作者在此向他们表示真诚的感谢。

    附件： 《低碳经济及其对新材料研究开发的挑战》PDF文件