为什么化学品对材料的未来很重要

驶向材料未来材料行业的公司——包括化工行业——长期以来在全球各地人们的日常生活中发挥着重要作用。但随着世界的变化带来新的挑战——从全球竞争到颠覆以及可持续性需求的日益增长——该行业常常被视为成熟且基本停滞，在应对这些挑战方面的参与有限。然而事实上，它正站在一个新时代的边缘。材料的未来将在为人类和地球的福祉重塑“物质世界”方面发挥至关重要的作用。 今天，行业在技术赋能的创新驱动下，正见证着一系列新材料的出现，加之日益复杂的终端用途和产品对具有新性能材料的需求。其中许多材料几年前还听起来像科幻小说。它们包括能够从划痕和裂纹中恢复的自修复材料；比传统金属更轻但强度相同的金属泡沫；以及强度高、轻量且可弯曲的柳叶玻璃，可用于超薄显示器和柔性太阳能电池。根据Accenture的一项分析，这一不断扩大的新产品系列可能会为材料行业推动下一波增长。对于欧洲化工公司而言，这尤其将带来采用新商业模式并在全球市场更有效竞争的机会。然而，要想成功，它们需要重新思考其价值链，寻找扩大该地区制造能力和产能的方法，并利用数字驱动的方法加速、更专注地创新。 一系列新材料的创生标志着一场由技术赋能的创新驱动的革命，同时伴随着日益复杂化的最终用途和产品，这些用途和产品需要具有新性能的材料。当然，未来充满挑战，但机遇巨大。最终，材料领域的革命有潜力改变整个行业，并反过来赋予其能力，以帮助应对世界一些最根本的问题，从提供负担得起的绿色能源到消除饥饿，以及让每个人都能获得清洁水源。 2 驶向材料未来新材料，新机遇新材料进入市场的流动将为各行各业的公司带来新的可能性，并最终重塑许多终端市场。例如，车辆上使用更强壮和自修复涂料将对欧洲和全球的本地汽车维修市场产生重大影响。或者，使用碳纤维增强混凝土，它比传统混凝土更轻，承载能力更强，已经为建筑项目的设汁带来了更多灵活性。 驶向材料未来这里，金属有机骨架可用于从沙漠空气中提取水；石墨氧化物筛子有助于海水淡化；而纳米银纸可以提供经济实惠的水过滤。一些基本趋势正在推动这一增长，例如对负担得起且清洁能源、健康和福祉以及联合国可持续发展目标（SDGs）的关注日益增加。2总体而言，目前已有或正在研发的创新先进材料支持并直接有助于实现许多可持续发展目标。例如，其中一个目标就是“清洁饮水和卫生设施”。然而，创新性先进材料将实现新的用途，创造新的市场，并因此提供新的增长动力。预计未来几年，其增长率将高于传统材料（图1）—预计到2025年将创造1500亿美元的增长机会。这些和其他新材料将为化学及其他材料制造商开辟新的增长来源。新材料还将重塑现有的消费模式。全球范围内，人均大约使用542公斤（kg）的水泥，245kg的钢材，36kg的塑料和31kg的纸板。1 4新机遇和增长也与材料市场在三个关键维度上的根本性变化相关联：材料类别的趋同；物质和数字属性的趋同；以及向更智能、更可持续的材料转变。 为达成另一个目标，“水下生命”，可以借助纳米碳泉来分解微塑料，或使用紫外线反应纳米涂层来分解微塑料。 驶向材料未来材料类别的收敛埃森哲对过去四十年专利申请的分析显示，材料的创新涉及材料类别的日益融合，也就是说，材料专利倾向于引用多种材料。1980年，70%的材料专利只引用了一种材料，6%引用了三种或更多；到2020年，只引用一种材料的专利降至46%，而引用三种或更多的专利则增至24%。（图2）通常情况下，结合多种材料类的专利解决方案被认为更难回收且可持续性更低。然而，在1980年至2020年这一时期内，引用了增强可持续性特性的多材料专利份额实际上从2.4%上升至8.7%——这表明可持续性与创新材料之间日益紧密的联系。 驶向材料未来物质与数字属性的融合这种日益增长的融合意味着化学生产和其他材料公司需要建立新能力来处理、部署和使用数字智能材料。其中一些能力可以在内部建立，而另一些则需要发展新的合作伙伴关系和新的市场进入方式。传统上，材料创新集中于优化耐热性、抗拉强度、弹性或抗腐蚀性等性能。然而，埃森哲的专利分析显示了一种新趋势——具有数字和智能特性的材料专利数量在增加。例如，2020年，24%的专利涉及材料的数字和智能特性，而1980年仅为4%，这表明材料和数字特性的融合度正在提高。（图3） 4%30%0%198020%10%图3：具有数字特性的多材料专利增加包含两种或多种材料且引用数字和智能焦点的专利份额来源：埃森哲研究对全球专利格局的分析，包括对选定10种材料组的160,000项以上优先申请；基于DerwentInnovation™、Clarivate © 2022，仅包含公司和机构申请，排除实用新型。搜索数字化和智能焦点，包括术语：纳米、存储、量子、自-、超材料、压电、介电、敏感和4D打印。 驶向材料未来转向更智能、更可持续的材料而木质“大跨度木材”摩天大楼代表了一种基于绿色建筑材料的新方法，提供结构稳定性并减少建筑物对水泥的需求，水泥是一种相对可持续性也是许多新材料的关键方面，并且本身也是增长的驱动力。例如，与传统太阳能电池效率翻倍的柔性太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，可能导致可再生能源的更广泛使用，有可能为欧洲带来大量的额外太阳能。根据埃森哲的专利分析，创新材料提供了一系列新特性，越来越注重更智能和更可持续的品质。（图4）智能材料包括那些在外部刺激下可以改变特性的材料。例如，形状记忆聚合物可以通过光、电或其他刺激以受控的方式变形并恢复到其原始形状——其中一种，氧化钒，“记住”了其受到此类刺激的暴露，使其能够更快地对后续的暴露做出反应。 -15-10-5051015200.0年度复合变化率（%），2000-2020年提及次数抗阻模式自组装/修复形状记忆充电特性热敏表面 - 孔抗菌弹性导热性能蚀刻抗性敏感耐候性高折射成型性能高温室气体（GHG）排放量减少约30%。此类建筑也可能为化工行业提供新的防护涂层和木材粘合解决方案。腐蚀结构特性抗催化活性机械耐久性 7来源：埃森哲研究对全球专利格局的分析，包括对10种材料组中160,000余项在先申请；基于DerwentInnovation™，Clarivate © 2022，仅限公司和机构申请，不包括实用新型。Quid文本分析在新型材料申请摘要上执行，以识别提供“优势”的特性。 新的商业模式有效创造、生产和交付新材料将需要改变，不仅在本行业内部，而且跨行业—并且它将要求价值链的重塑和再创造。 3425数字三级二级例如，能量回收和碳利用迁移更近给客户面向循环性设计复用模型并且对循环性的日益重视将为企业采用使用新材料以实现更多再利用、机械和化学回收以及能量回收和碳利用的新商业模式创造机会。总而言之，价值链的重塑将为竞争和发展提供另一条途径。 121驶向材料未来图 5：为新材料重塑价值链来源：埃森哲分析项目和经验。原材料供应商材料生产者原材料供应商材料生产者收敛于材料类别材料收敛和数字资产需要大量的开发和营销活动向终端客户靠近，以推动和加速创新，重塑和颠覆现有的价值链，例如原始设备制造商（OEM）的传统结构以及顺序的Tier 1、2和3供应商。（图5） 驶向材料未来材料革命展望光明未来。然而，创新通常基于现有材料的额外发展，这意味着它很大程度上依赖于现有的生产能力——而对于欧洲的化工及其他材料公司来说，这构成了一个挑战。如何改变会发生 -80%-60%-40%-20%0%20%-26%-7%10%驶向材料未来欧盟材料生产商全球市场份额变化，2020年与2000年比较（2000年份额指数=100）图6：全球材料市场的欧洲份额GDP镍木材来源：埃森哲研究、美国地质调查局（USGS）、CEMBUREAU、ICIS、Statista、GEA、Fastmarkets RISI、世界采矿数据、牛津经济学——实际国内生产总值（2015年价格，以亿美元计）。欧洲指欧盟28国；镍和铜等矿产基于开采生产数量。在过去的二十年中，欧洲在全球市场中的份额在几乎所有材料类别中都下降了（图6）——其中大部分份额被中国所取代。这不仅仅是全球GDP份额减少的结果：在许多材料类别中，市场份额的减少速度远超GDP份额的损失速度。 -18%-31%-48%纸板铜塑料平板玻璃例如，与国内生产总值份额下降26%相比，钢铁和水泥的欧洲份额分别下降了70%和67%。这表明，在利用创新材料的竞争中，欧洲可能会发现自己可动用的相对较少的制造能力。 驶向材料未来同时，欧洲公司可以借助当今日益强大的“科学技术”（科技）来提升创新努力。科学技术基于并融合云计算、数据、分析、人工智能和自动化，允许对新材料进行虚拟而非物理的实验，为创新带来更高的速度和更好的针对性。埃森哲对优先专利的分析显示，在钢铁、水泥、玻璃等领域，基于“传统”方法的申请在过去几年中有所下降或仅略有增长。与此同时，那些涉及通过计算化学（一种科学技术）产生的颠覆性创新的申请则有显著增加。另一方面，欧洲的行业可以从一些积极因素中受益。在全球范围内，新材料领域仍在兴起和变化中，初创企业在其发展中发挥着重要作用。（图7）欧洲拥有一大批这样的初创企业，它们在复合材料、生物基材料和传感器等领域带来了投资。这些初创企业代表着人才、知识和能力的不断增长，行业有机会与该群体合作并利用其来推进创新。这意味着，企业和政府应该努力提供有利于初创企业发展的环境，以加强该地区的新材料业务。 驶向材料未来迈出下一步• 投资于建设新技能、人才、创新者和企业家，重点在于新材料。• 为工业资产和工厂的规模化转型提供资金，以支持温室气体减排和材料创新。• 扩大对材料领域企业创新和初创企业的资金支持。• 建立支持协作和能力聚焦于材料类别趋同以及材料和数字世界融合的框架、结构和生态系统。为了向下一代材料转变，行业、公司和政府都需要将材料创新作为优先事项，并追求几项关键行动： 机遇实在太大而无法忽视。材料革命不仅将为市场提供新产品，它还将通过使欧洲化工和其他材料公司能在创新而非仅仅是成本上进行竞争来改变竞争格局。它将使该行业在提高可持续性和构建循环经济方面发挥关键作用。它还将让欧洲公司不断发现在全球市场上取胜的新方法。 免责声明访问我们的网站 www.accenture.com埃森哲是一家领先的全球专业服务公司，帮助世界顶尖的企业、政府及其他组织构建其数字核心、优化运营、加速收入增长并提升公共服务——以速度和规模创造切实价值。我们是一家以人才和创新为引领的公司，拥有738,000名员工，服务全球超过120个国家。技术是当今变革的核心，我们凭借强大的生态关系，成为推动这一变革的世界领导者之一。我们将技术优势与无与伦比的行业经验、职能专业知识及全球交付能力相结合。凭借我们在战略与咨询、技术、运营、行业X和埃森哲云等领域的广泛服务、解决方案和资产，我们能够独特地实现切实成果。这些能力，加上我们共享成功的文化和对创造360°价值的承诺，使我们能够帮助客户取得成功并建立信任、持久的合作关系。我们通过为客户、彼此、股东、合作伙伴和社区创造360°价值来衡量我们的成功。本内容仅供一般信息目的，不打算用作替代咨询我们专业人士的机会。本文件涉及由第三方拥有的标志。所有此类第三方标志均为其各自所有者的财产。本内容非由此类标志的所有者提供赞助、认可或批准，无论是明示的还是暗示的。 了解更多访问 Accenture Chemicals 网站：www.accenture.com/chemicals1 Accenture 研究分析基于消费的全球生产量估计为 2020 年。数据来源包括：Wood Mackenzie、Fastmarkets RISI、CemNet、国际玻璃委员会、美国地质调查局 (USGS)、牛津经济学、Statista 和世界银行。对于锂、镍、钴和铜，仅假设为矿山/原生材料。玻璃包括平板玻璃、容器和国内玻璃。有些数字是精确的；其他的则被四舍五入。2 联合国，17项可持续发展目标，https://sdgs.un.org/goals。 作者贡献者特别感谢 Accenture 公司的 Ruben De Pau