近日，同济大学携手沙特阿美、《21世纪经济报道》发布《双碳战略下的先进建材转型白皮书》，系统阐述了先进石化基材料这一高性能产业材料的技术路径与产业价值，介绍了其规模化应用，既为当下基础设施建设提供了性能更优的解决方案，又为将来相关行业探索绿色低碳转型贡献了全新的路径与思路。

本版文字除署名外由本报记者 王钰杰 提供

知识名片

是指以石油化工产品为主要原料，通过分子设计、复合改性等先进工艺制备的高性能材料，具有强度高、重量轻、耐腐蚀、寿命长、可设计等优异特性。其核心技术载体包括纤维增强聚合物（FRP）、高性能聚合物、特种功能材料等，广泛应用于建筑基建、能源装备、交通运输、海洋工程等领域。

先进石化基材料产业发展的时代机遇

当前，全球能源转型与产业升级进入深度交汇期，碳氢资源的利用方式正发生根本性转变：从燃烧驱动的一次性能源利用，转向结构构建的长周期材料化固碳（即将碳元素固定于工程材料中）；从燃料型炼厂的单一生产模式，转向材料型工厂的全价值链布局。上述转变正重塑全球石化产业的价值分配规则，也为基础设施领域的绿色低碳转型带来全链条材料解决方案。

同时，传统建材体系正形成持续的碳负债 （即材料全生命周期的累积碳排放）。传统材料在生产阶段碳排放强度高，进入服役期后腐蚀、疲劳引发的频繁维修与更换，还会持续产生新的碳排放。这种现象被称为“碳锁定效应”——一旦确定材料方案，未来半个世纪的碳排放轨迹即被基本锁定。而基建项目50年以上的设计寿命更决定了这种锁定具备极强的刚性，中期调整的空间有限。

根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告，通过推动能效改造、可再生能源应用和热泵技术普及，建筑与基础设施行业具备极大的减排潜力。若能有效实施综合政策组合，全球既有和新建建筑有望在2050年实现净零排放目标，此类减排措施兼具成本效益，也有助于提升建筑能源安全水平。

为实现建筑行业碳达峰与碳中和目标，需强化产业链各环节协同发力：在建材生产环节，通过优化生产工艺、推广低碳替代原料、提升能源利用效率等方式削减碳排放；在拆除回收环节，推广新能源拆除设备，加强建筑废弃物分类处理与循环利用；在材料选择环节，优先选用全生命周期碳排放更低的方案，积极推广新型胶凝材料、低碳混凝土及纤维增强聚合物（FRP）等新型建材，从源头减少传统材料用量，降低隐含碳排放。

先进石化基材料的性能优势

建筑行业长期面临高昂的运维成本与高碳排放，成为制约行业可持续发展的主要问题。在数十年的建筑服役周期内，运维成本在全生命周期总成本中占比较高，这部分支出主要来自持续的能源消耗与频繁的维修需求，根源则在于传统建筑材料在热工性能、耐久性、耐腐蚀与抗老化能力上的天然短板。

传统材料性能不足，在导致建筑能效低、能耗居高不下的同时，还易出现老化损伤，需持续投入资金进行维修、更换部件，进一步推高全生命周期总成本，既增加了运营负担，又难以有效降低碳排放。

先进石化基材料凭借优异的耐久性、抗腐蚀性与热工性能，可直接减少建筑全生命周期内的维护频率与能源消耗，同时显著降低隐含碳排放。推广应用兼具优异力学性能与低碳属性的高性能绿色建材，已成为摆脱行业困境的有效路径。

基于现有工程数据与模型推演，先进石化基材料的规模化应用有望大幅降低行业碳排放与全生命周期运维成本，推动基础设施从被动维修的恶性循环转向主动免疫的良性循环，通过材料本身的长寿命、耐腐蚀与低碳属性，从源头减少维护频率与碳排放，实现全生命周期的价值升级。

FRP是先进石化基材料的核心技术载体，由高性能连续纤维作为增强相、高分子树脂作为基体相复合而成，与传统金属材料相比，在密度、强度、耐腐蚀、碳足迹和设计寿命等主要指标上具备系统性优势，从根本上改变了工程结构的设计逻辑。

FRP的核心技术优势体现在3个维度：一是轻质高强，密度仅为钢材的20%~25%，在减重增效类工程场景中有不可替代的优势，尤其适用于大跨度结构、桥梁加固与轨道交通车体；二是耐腐蚀，可显著降低海洋、高盐雾、化工等极端环境下的腐蚀风险，传统钢结构在腐蚀环境下通常5~15年就需重新涂装防护、整体更换周期最短仅10~20年，而FRP结构设计寿命可达50年以上，部分场景甚至可达100年，全生命周期维护成本明显降低；三是具有碳足迹优势，以玻璃纤维增强聚合物（GFRP）为例，全生命周期碳足迹优势主要体现在服役阶段的免维护与长寿命，虽然生产阶段碳排放略高于钢材，但凭借轻量化带来的使用阶段大幅减排，全生命周期碳排放将显著低于传统金属。

基于上述特征，先进石化基材料的大规模应用将带来工程建设底层逻辑的转变。首先是材料属性转变，从需要定期更换的工程消耗品转向长寿命结构构件。传统钢材及混凝土结构在腐蚀环境下需定期防腐、维修、更换，全生命周期会持续产生成本和排放；FRP等先进材料凭借优异的耐腐蚀性，可大幅降低维护需求，改变了工程材料的性能预期。

其次是决策逻辑转变，从初始采购成本导向转向全生命周期成本效益导向。传统低价中标模式本质上是将建设阶段的成本压力转移至后续运维阶段，随着碳市场建设推进，环境外部成本逐步内部化，全生命周期成本效益将上升为材料选型决策的主要评价维度。

最后是产业逻辑转变，从“开采—生产—废弃”的线性模式转向“资源—产品—回收—再生”的循环模式。先进石化基材料通过化学回收技术可实现碳的循环利用，从源头减少建筑垃圾与资源消耗，推动工程建设领域循环经济落地。

先进石化基材料产业的五大发展趋势

AI与数据驱动重塑材料研发范式

一种新材料从实验室发现到产业化应用平均需要10~20年，研发成本高、周期长。随着材料基因组工程与人工智能（AI）技术的突破，这一范式正被改写。

美国2011年启动的“材料基因组计划”明确提出目标：将先进材料研发周期缩短一半以上、研发成本降低一半。经过十几年发展，这一目标已在多个领域取得实质性进展。中国材料基因组工程同样将缩短研发周期、降低研发成本作为核心目标，并提出，5年内将先进材料研发周期缩短60%、性能提升30%。

AI的加入加速了这一进程。通过机器学习、分子动力学模拟与高通量实验的结合，材料研发正从实验试错转向数据驱动的逆向设计，即只需提供预期性能目标，AI模型即可输出配方与工艺参数，大幅减少物理实验次数。

沙特阿美已在AI驱动的材料研发领域积极布局。今年5月，沙特阿美与英矽智能联合推出Sanity Pipeline AI平台，加速金属有机框架（MOFs）等先进纳米材料的发现与优化，覆盖氢能存储、碳捕集、电池技术等清洁能源应用场景。

碳足迹核算从可选项变为必选项

当前，建材产品的碳足迹核算主要是企业自愿行为，标准不统一、数据质量参差不齐。但随着全球碳定价机制的快速推进，这一局面正发生根本性改变。欧盟碳边境调节机制（CBAM）今年已进入实施阶段，覆盖钢铁、水泥、铝、化肥、电力、氢气六大行业，相关进口商需购买与产品碳排放额度对应的证书。

同时，欧盟委员会此前已提议，2028年将碳边境调节机制的覆盖范围扩至钢铝密集型下游产品（如机械、汽车零部件等），碳定价边界正从原材料向制成品延伸。对于先进石化基材料而言，这既是挑战，也是机遇。FRP等材料的全生命周期碳减排优势，需要通过标准化的碳足迹核算才能被市场认可。随着碳市场向建材行业扩容，传统高碳材料的外部环境成本将持续提高，先进石化基材料的成本竞争力将进一步凸显。

化学回收技术走向产业化

先进石化基材料的回收此前一直是制约行业规模化发展的瓶颈。当前FRP等材料的回收以物理粉碎为主，回收后作为填料再利用，性能下降明显，难以实现高值化利用。化学回收虽可回收高价值纤维和树脂，但技术复杂度高、成本居高不下。

这一局面正在迅速改变。近年来，催化溶剂分解法等全球多条技术路线持续取得突破，可在温和反应条件下实现环氧树脂选择性降解，最终回收的碳纤维可保留逾95%的原始性能。此外，催化剂本身可通过沉淀分离方式回收复用，进一步降低回收过程的化学成本与环境负担。

一体化设计重塑工程建造模式

传统工程建设中，材料选型、结构设计与施工工艺是3个相对独立的环节，设计师按规范选定材料，施工方按图纸施工，每个环节各自优化，但整体效能未必最优。随着先进石化基材料性能不断取得突破，这种相互割裂的传统设计模式正被面向制造与装配的设计（DFMA）取代。

DFMA将材料性能、结构形式与施工工艺作为一个系统同步优化，从先定结构再选材料转向材料与结构协同设计。FRP等先进石化基材料的纤维方向、树脂配方、截面形式等内容均可定制，为一体化设计提供了技术基础。

学术研究表明，DFMA可使设计周期缩短40%、生产错误减少48%、资本支出降低9.5%、项目工期缩短13%。

标准加速确立

统一标准是先进石化基材料实现规模化应用的基础。当前，各国先进石化基材料的标准体系相对独立，技术参数、测试方法、验收规范差异较大，客观上形成了市场壁垒，制约了技术推广。

这一格局正在改变。国际标准化组织（ISO）正持续完善相关标准体系。今年1月，《混凝土结构用纤维增强聚合物（FRP）——第1部分：FRP片材规范》发布第二版，为全球FRP应用提供了统一的技术标准。

标杆项目

沙特胡拜尔足球场

项目痛点：需要克服中东沿海高盐、高温、强紫外线的恶劣环境导致的传统钢筋混凝土结构腐蚀严重、场馆全生命周期维护成本高等障碍，同时要满足国际足联的建设标准，大幅降低全生命周期的碳排放与维护成本。

技术方案：设计方案采用先进石化基材料，以火山灰质材料部分替代水泥，提高绿色混凝土使用比例；引入非金属聚合物模块化雨水调蓄池替代传统钢筋混凝土水池，兼具长寿命、高承载与高储水孔隙率特性，上方土地可作为停车场、公园等公共设施使用；地面板设计采用GFRP筋替代传统钢筋，在显著降低腐蚀风险的同时，全生命周期碳排放、建设成本与维护成本较传统方案均有望显著降低，同步提高结构耐久性；屋面系统选用铝制直立锁边金属屋面，配合多层保温构造限制热量传递、降低太阳辐射；场馆配备集成冷却系统，草坪采用真空通风系统，并利用自然采光设计降低照明能耗。

量化效益：与传统混凝土水池相比，模块化调蓄池在安装效率与综合成本上有明显优势。通过绿色混凝土、GFRP筋等先进材料的组合应用，配合被动式节能设计（如自然遮阳、强化隔热）、主动式能效系统（如集成冷却系统）和需求响应管理，项目全生命周期碳排放、建设成本与维护成本较传统方案均有望显著降低。

越南丁安港

项目痛点：在海洋高盐环境下，传统钢筋混凝土结构在服役期内极易因钢筋锈蚀出现顺筋开裂与保护层剥落现象，承载力逐步下降，全生命周期维护成本高昂，是海工结构的世界性难题，材料替代需求尤为迫切。

技术方案：高性能FRP筋材抗拉强度（材料在拉伸过程中所能承受的最大应力，即材料断裂前的极限承载能力）达800兆帕，其耐腐蚀特性可有效抑制氯离子侵蚀，显著降低化学腐蚀风险，将海工结构耐久性从被动涂层防护升级为主动长效防腐。

量化效益：FRP筋密度仅为钢筋的1/42，运输与安装便捷，可缩短工期，降低运输与施工阶段的能耗；结构设计使用年限不低于50年，全生命周期内几乎无须大规模维修，可大幅降低成本与碳排放。

埃及复合材料通信塔

项目痛点：传统钢制通信塔自重大，山区运输困难、物流成本较高；沿海地区需频繁开展防腐维护，全生命周期维护成本较高。

技术方案：项目采用高度集成模块化设计，所有构件在工厂预制完成，现场仅需简单拼装即可，无须大型吊装设备。全塔材料采用高效拉挤成型工艺制成的聚氨酯树脂和玻璃纤维，抗老化性能优异，可减少制造过程中的碳排放。

量化效益：18米的复合材料通信塔仅重1.5吨，较同高度金属铁塔减重50%、占地面积减少30%，可抗140公里/小时的强风，承载的天线数量也更多。此外，复合材料通信塔全寿命周期成本低于传统铁塔，生产阶段即可减少43%的碳排放。