6 Transportation, Space, and Technology
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Transportation, Space, and Technology A RAND INFRASTRUCTURE, SAFETY, AND ENVIRONMENT PROGRAM THE ARTS CHILD POLICY CIVIL JUSTICE EDUCATION ENERGY AND ENVIRONMENT This PDF document was made available from www.rand.org as a public service of the RAND Corporation. Jump down to document6 HEALTH AND HEALTH CARE INTERNATIONAL AFFAIRS NATIONAL SECURITY POPULATION AND AGING PUBLIC SAFETY SCIENCE AND TECHNOLOGY SUBSTANCE ABUSE The RAND Corporation is a nonprofit research organization providing objective analysis and effective solutions that address the challenges facing the public and private sectors around the world. TERRORISM AND HOMELAND SECURITY TRANSPORTATION AND INFRASTRUCTURE WORKFORCE AND WORKPLACE Support RAND Purchase this document Browse Books & Publications Make a charitable contribution For More Information Visit RAND at www.rand.org Explore the RAND Transportation, Space, and Technology Program View document details Limited Electronic Distribution Rights This document and trademark(s) contained herein are protected by law as indicated in a notice appearing later in this work. This electronic representation of RAND intellectual property is provided for non-commercial use only. Unauthorized posting of RAND PDFs to a non-RAND Web site is prohibited. RAND PDFs are protected under copyright law. Permission is required from RAND to reproduce, or reuse in another form, any of our research documents for commercial use. For information on reprint and linking permissions, please see RAND Permissions. This product is part of the RAND Corporation technical report series. Reports may include research findings on a specific topic that is limited in scope; present discussions of the methodology employed in research; provide literature reviews, survey instruments, modeling exercises, guidelines for practitioners and research professionals, and supporting documentation; or deliver preliminary findings. All RAND reports undergo rigorous peer review to ensure that they meet high standards for research quality and objectivity. TECHNICAL R E P O R T 全球技术革命–中国 深度分析 天津滨海新区（TBNA）与天津经济 技术开发区（TEDA）面临的新兴技 术机遇 Richard Silberglitt • Anny Wong 其他作者 S. R. Bohandy • Brian G. Chow • Noreen Clancy Scott Hassell • David R. Howell • Gregory S. Jones Eric Landree • Parry Norling 由天津滨海新区与天津经济技术开发区提供资助 Transportation, Space, and Technology A RAN D I N FR A ST R UC T UR E , SA FE T Y, A N D E NVIRONMENT PROGRAM 本研究的发起者为天津滨海新区（TBNA）与天津经济技术开发区（TEDA），并在兰德公司 基础设施、安全与环境研究中心（TST）的交通、空间与技术项目组（TST）的资助下开展。 兰德公司（RAND Corporation）是一家非营利性研究机构，针对世界范围内公共部门和私人 部门面临的挑战，提供客观的分析和有效的解决方案。兰德公司的出版物不一定代表其研究 客户或赞助商的观点。 RAND®是已注册的商标。 © Copyright 2009 RAND Corporation 本文献仅允许以个人使用为目的进行复制，并须保持其未经改变和完整性。不得因商业目的 进行复制。严禁在未经授权的情况下，在不属于兰德公司的网站发表兰德公司的文献。兰德 公司的文献受版权法的保护。涉及翻印和链接授权的信息，请查询兰德公司有关授权许可的 网页（http://www.rand.org/publications/permissions.html）。 Published 2009 by the RAND Corporation 1776 Main Street, P.O. Box 2138, Santa Monica, CA 90407-2138 1200 South Hayes Street, Arlington, VA 22202-5050 4570 Fifth Avenue, Suite 600, Pittsburgh, PA 15213-2665 RAND URL: http://www.rand.org 定购兰德公司文献或获取额外信息，请联系： 分销服务：电话 (310) 451-7002； 传真：(310) 451-6915；Email: order@rand.org 前言 关于本报告 2007 年，位于中国东北的天津滨海新区（TBNA）及其行政区天津经济技术 开发区（TEDA）委托兰德公司（RAND Corporation）展开一系列技术上的前瞻 研究，帮助他们制定和实施一项战略性的远景规划，以通过技术创新达到经济的 增长。本报告描述了这些研究的结果。主要目的包括： （1）指出适合滨海新区与 开发区的最有前景的新兴技术应用（TAs），作为其发展规划的一部分；（2）分 析他们在各种状况下将面临的动力与障碍； （3）针对每种技术应用推荐行动计划。 在展开研究的过程中，兰德公司的研究者与滨海新区和开发区的相关代表在 中国和美国都进行了商谈。我们也通过现场调研以及查阅相关的国际文献收集了 数据。我们的方法、数据及分析都基于兰德公司 2006 年的报告：全球技术革命 2020，执行摘要：生物/纳米/材料/信息领域的趋势、动力、阻碍与社会意义（GTR 2020 Executive Summary）；全球技术革命 2020，深度分析：生物/纳米/材料/信息 领域的趋势、动力、阻碍与社会意义（GTR 2020 In-Depth Analyses）。两部分合 称为 GTR 2020。 这份报告对于滨海新区、开发区、中国其他地区与更多发展中国家的执行总 管、管理者、规划者、商业人士、科学家、工程师和当地居民都具有一定的参考 意义。报告在新兴技术的发展、应用与实施方面也对国际发展组织、学术机构、 政府、私人部门与个人具有参考意义。 兰德公司的交通、航天与技术项目组 本研究是在兰德公司基础设施、安全与环境部门（ISE）的交通、航天与技 术项目组（TST）的赞助下开展的。兰德公司基础设施、安全与环境部门的使命 在于，改善对社会重要有形资产和天然资源的开发、运作、利用与保护，提高与 迁移中、工作地和社区内的个人的安全保障相关的社会资产。TST 的研究涵盖了 交通系统、空间探索、信息与通信技术、纳米与生物技术的政策领域，以及科技 政策的其他方面。 iii iv 全球技术革命–中国，深度分析 如 果 关 于 本 报 告 有 问 题 或 评 论 ， 请 与 项 目 负 责 人 Richard Silberglitt （Richard_Silberglitt@rand.org）联系。关于交通、航天与技术项目组的信息可以 在线查看（http://www.rand.org/ise/tech）。关于该项目组研究的咨询信函请发送至 如下地址： Martin Wachs, Director Transportation, Space, and Technology Program, ISE RAND Corporation 1776 Main Street P. O. Box 2138 Santa Monica, CA 90401-2138 310-393-0411, x7720 Martin_Wachs@rand.org 目录 前言.............................................................................................................................. iii 图片目录.......................................................................................................................ix 表格目录.......................................................................................................................xi 摘要............................................................................................................................ xiii 致谢......................................................................................................................... xxvii 缩写...........................................................................................................................xxix 第1章 导言 ..............................................................................................................1 滨海新区：对未来充满雄心展望 ............................................................................3 天津滨海新区的角色 ................................................................................................4 通过前瞻分析实现国务院对滨海新区的展望 ........................................................5 报告的结构 ................................................................................................................6 第一部分：滨海新区和开发区科学与工程方面最富前景的契机............................7 第2章 到 2020 年滨海新区和开发区最富前景的技术应用................................9 我们如何为天津滨海新区及经济开发区选取最有前途的技术应用 ..................10 第3章 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础........................13 滨海新区成为特别试验区的目标 ..........................................................................13 成为现代制造业、研发和科技转化以及国际运输物流中心...........................13 金融部门改革.......................................................................................................14 致力于环境治理改革...........................................................................................15 中国对于先进研发和创新的需求和推动力 ..........................................................15 减少农村贫困.......................................................................................................16 应对数量巨大的老龄化进程中的人口的需求...................................................16 满足健康和卫生方面的需求...............................................................................17 满足日益增长的能源需求...................................................................................17 改变水资源短缺现状...........................................................................................18 减少污染...............................................................................................................18 保持经济高速增长...............................................................................................20 国家层面的对发展高新技术的动力和障碍 ..........................................................21 滨海新区和开发区的本地生产能力：研发、生产和科技产业化 ......................24 研发能力...............................................................................................................24 v vi 全球技术革命–中国，深度分析 制造能力...............................................................................................................27 科技产业化的能力...............................................................................................39 第二部分：滨海新区和开发区最富前景的技术应用分析......................................43 第4章 廉价太阳能 ................................................................................................45 对于滨海新区和开发区的重要性 ..........................................................................45 科技和市场现状及未来前景 ..................................................................................46 技术概况...............................................................................................................46 环境因素...............................................................................................................49 市场概况...............................................................................................................50 滨海新区和开发区具有的相关实力 ......................................................................51 动力与障碍 ..............................................................................................................52 可能的发展途径 ......................................................................................................53 第5章 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 ....................................55 对于滨海新区和开发区的重要性 ..........................................................................55 科技和市场现状及未来前景 ..................................................................................55 显示器...................................................................................................................56 存储器...................................................................................................................57 电池和电量的储存...............................................................................................59 传感器和天线.......................................................................................................61 集成电路...............................................................................................................62 移动通信协议.......................................................................................................63 无线射频识别系统...............................................................................................63 移动通信设备的未来...........................................................................................64 滨海新区和开发区具有的相关实力 ......................................................................64 动力与障碍 ..............................................................................................................65 可能的发展途径 ......................................................................................................66 第6章 快速生物检测 ............................................................................................69 对于滨海新区和开发区的重要性 ..........................................................................69 科技和市场现状及未来前景 ..................................................................................69 技术概况...............................................................................................................69 市场概况...............................................................................................................75 滨海新区和开发区具有的相关实力 ......................................................................76 动力与障碍 ..............................................................................................................77 可能的发展途径 ......................................................................................................78 第7章 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂....................................................81 目录 vii 对于滨海新区和开发区的重要性 ..........................................................................81 科技和市场现状及未来前景 ..................................................................................81 薄膜.......................................................................................................................82 过滤器...................................................................................................................83 催化剂...................................................................................................................85 反渗透脱盐的替代方法.......................................................................................86 滨海新区和开发区具有的相关实力 ......................................................................86 动力与障碍 ..............................................................................................................87 可能的发展途径 ......................................................................................................88 第8章 分子级药物的设计、开发与给药............................................................89 对于滨海新区和开发区的重要性 ..........................................................................89 科技和市场现状及未来前景 ..................................................................................89 研究领域一：给药及成像的靶向性载体...........................................................89 研究领域二：药物可控释放...............................................................................94 研究领域三：药物投放.......................................................................................94 研究领域四：药物可溶性...................................................................................95 滨海新区和开发区具有的相关实力 ......................................................................96 动力与障碍 ..............................................................................................................96 可能的发展途径 ......................................................................................................98 第9章 电动与混合动力汽车..............................................................................101 对于滨海新区和开发区的重要性 ........................................................................101 科技和市场现状及未来前景 ................................................................................101 技术概况.............................................................................................................101 市场概况.............................................................................................................107 滨海新区和开发区具有的相关实力 ....................................................................109 动力与障碍 ............................................................................................................110 可能的发展途径 ....................................................................................................112 建立研发能力.....................................................................................................112 发展工业基地.....................................................................................................112 为滨海新区和开发区在全球市场定位.............................................................113 第 10 章 绿色制造 .............................................................................................. 115 对于滨海新区和开发区的重要性 ........................................................................115 科技和市场现状及未来前景 ................................................................................116 技术概况.............................................................................................................116 监管概况.............................................................................................................118 市场概况.............................................................................................................119 滨海新区和开发区具有的相关实力 ....................................................................121 动力与障碍 ............................................................................................................121 可能的发展途径 ....................................................................................................123 viii 全球技术革命–中国，深度分析 第三部分 建筑滨海新区的未来：将天津经济技术开发区建成先进的科学与工程 中心............................................................................................................................125 第 11 章 结论 ..........................................................................................................127 在目前基础上为滨海新区和开发区的未来定位 ................................................128 将具体行动计划融入到综合战略部署之中 ........................................................128 建立先进的研发项目.........................................................................................128 更新和拓展滨海新区的生产基础.....................................................................129 将滨海新区和开发区定位于国际市场.............................................................129 附录............................................................................................................................131 A. 兰德公司“天津滨海新区科学技术愿景”研讨会 2007 年 8 月 8 日－2007 年 8 月 9 日........................................................................................................................133 B. 经济技术开发区会议议程，2007 年 12 月 5 日，以及与会者名单 ..............137 C. 各国政府绿色化学奖 .........................................................................................143 D. 部分中国近期的绿色制造会议和学术研究 .....................................................147 参考文献....................................................................................................................149 图片目录 图 图 图 图 图 图 1.1 天津滨海新区，位于直辖市天津 ...........................................................1 1.2 天津滨海新区的行政区 ...........................................................................2 3.1 2007 年，经济技术开发区不同行业的工业产值(%)..........................28 3.2 1984－2005 年，经济技术开发区财富 500 强企业数量的增长 ......29 3.3 2001－2007 年，经济技术开发区的 GDP 增长 ................................34 3.4 2004－2007 年，经济技术开发区用电量与电力供应 .......................35 ix 表格目录 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 表 2.1 为新区和开发区选定的七种技术应用..................................................11 3.1 部分在经济技术开发区投资的财富 500 强企业..................................29 3.2 2007 年在经济技术开发区投资最多的中国企业名单..........................31 3.3 细分经济技术开发区的工业生产总值..................................................32 3.4 四大支柱产业和经济技术开发区的工业生产总值..............................33 3.5 三大工业园区的工业产值 (百万元人民币).........................................33 3.6 根据产业细分的经济技术开发区 GDP (10 亿元人民币)....................34 3.7 1994－2004 年大专院校和职业学校的新生注册人数（千人）..........38 3.8 1994－2004 年大专院校和职业学校毕业生人数（千人）..................39 4.1 2007 年 1 月－7 月全球最大的 10 家光伏生产企业.............................51 7.1 被新兴技术阐述的水净化应用..............................................................83 xi 摘要 天津滨海新区（TBNA）沿着中国东北部大型直辖市1天津的 150 公里海岸线 而建，在国家的经济发展战略中扮演了关键性角色。天津市于 1994 年首次划设 了约 2200 平方公里的新区区域。当时，滨海新区作为一片贫瘠与未开发的土地， 被赋予了刺激天津工业增长的宏伟使命。仅仅十年间，这里已成为 140 万人口的 常住地，中国北方最大的集装箱港，以及工业和制造业的大型基地。 2006 年，国务院将天津市的这一工业中心命名为“特别试验区”，并委以成 为国家下一个地区经济增长引擎的重任。在此背景下，滨海新区将对中国其他地 方的区域发展与经济改革起到榜样作用。现在滨海新区直接向国务院汇报工作， 并受益于一系列国家政府为吸引国内外投资与促进贸易提供的有利政策和税收 优惠。天津滨海新区被预计成为中国下一个经济发动机，如同之前上海、苏州对 长江三角洲地区，广州、深圳对珠江三角洲地区发挥的作用一样，激励西北环渤 海地区的经济发展。 天津经济技术开发区（TEDA）属于滨海新区的三个行政区之一，同时也是 新区的工业制造业基地和金融商业活动中心。开发区将在滨海新区的经济增长远 景中发挥关键性作用。开发区建于 1984 年，如今已成为繁忙的综合型工业园。 园区拥有一个健全的制造业基地，基地包括了电子、汽车及零部件、食品加工和 生物制药方面的支柱产业。许多世界财富五百强企业、中国顶尖企业、其他重要 跨国公司都在开发区内有显著的活动。 对滨海新区和开发区的未来展望 作为滨海新区的直接管辖者，国务院明确提出新区将发展重心放在三个领 域，并最终在以下三方面成为中国北方的中心： • 先进的研究开发（R&D）与技术孵化器 • 一流的现代制造业 • 国际运输和物流业 与此同时，在经济发展之外，国务院还意图使滨海新区成为解决许多国内紧 迫问题的带动者。稳定增长的能源需求，逐渐稀缺的可利用水资源，以及严重升 级的城市污染属于中国最为关注的问题。考虑到这些需求，滨海新区作为一个试 验区，需要提出与传统工业经济不同的发展方案，形成可持续发展与环境友好性 工业的一个典范模式，该模式有助于应对所有这些挑战。 科学技术（S&T）创新，尤其是前沿的研发创新，处于这一经济和环境发展 远景的核心。为了实现这一目标，滨海新区将有必要采取切实的步骤，开发区则 将是其中的最前线。在其已有的制造基地的基础上，开发区旨在由一个成功的综 1 中国的“直辖市”与西方“市”的概念不同，是一个范围广阔的行政单位，由一个人口密集的城市核心 向外延伸到非常大的周边地区。中国仅有四个直辖市，与省同级，直接向中央政府汇报工作。 xiii xiv 全球技术革命–中国，深度分析 合型工业园转变为最先进的重大新兴技术的科学与工程（S&E）中心。分布在滨 海新区其他地方的具有相关能力的其他企业将跟随其后。期望的最终结果是，研 发创新达到国际标准，滨海新区占据全球技术领跑者的地位。 通过前瞻分析实现滨海新区和开发区的远景 天津滨海新区和开发区的高层官员在为这次宏伟转型制定战略规划的早期， 发现了兰德公司（RAND Corporation）于 2006 年撰写的报告：全球技术革命 2020， 执行摘要：生物/纳米/材料/信息领域的趋势、动力、阻碍与社会意义（GTR 2020 Executive Summary）；全球技术革命 2020，深度分析：生物/纳米/材料/信息领域 的趋势、动力、阻碍与社会意义（GTR 2020 In-Depth Analyses）。这两部分合称 为 GTR 2020。报告是一项综合性的前瞻分析，指出了 2020 年之前最有望实现的 技术应用（Technology Applications, TAs），有能力获得这些技术的国家，以及它 们可能对社会产生的影响。研究重点关注新兴的技术潮流引向的应用而非技术本 身，因为技术自身很少为现实世界的问题提供解决方案。相反，解决方案来自于 技术被投放于实益用途的过程。因此，GTR 2020 强调如廉价太阳能等技术应用， 而非光伏（PV）材料这样的技术。 在了解 GTR 2020 的报告内容后，滨海新区和开发区的管理者联系兰德公司， 以针对园区的目标开展一系列的前瞻性研究。兰德公司被委托进行如下工作： • 为开发区和滨海新区的其他高技术中心指出最有前景的新型技术应用，作 为滨海新区的整个经济增长战略规划的关键部分进行实施； • 指出实施这些技术应用所需的能力，以及可能促进或阻碍实施过程的关键 性动力和阻力； • 为每项技术应用制定战略和行动计划；2 • 为这些技术应用如何融入滨海新区经济发展的总体战略规划提供指导。 对于滨海新区最富前景的技术应用概述及其选择理由 根据我们的分析，对于力图完成国务院委任的滨海新区来说，七种创新性的 技术应用特别具有前景： • 廉价太阳能：足够低廉的太阳能系统，能够广泛应用于发展中或欠发达国 家以及弱势群体3； • 先进的移动通信和无线射频识别（RFID）：感应、处理、储存及交流信息 的多功能平台；无线射频识别包括了信息储存及短程无线传输技术； • 快速生物检测：迅速检测特定生物物质的存在与否的测试，并能同时进行 多项测试； • 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂：淡化、消毒、净化并高度可靠地确 保水质的新型材料； 2 3 摘要部分将对各技术应用的战略进行描述。具体的行动计划详见报告第 II 部分中针对各类应用的章节。 此处及以下定义都基于 GTR 2020。 摘要 xv • 分子级药物的设计、开发与给药：在纳米层次设计、开发与给药的能力， 在不损害健康的组织与细胞的同时抗击特定的肿瘤或病原体，并改进诊断 方法； • 电动与混合动力汽车：具有结合内燃与其他动力源的动力系统的可供于大 众市场的汽车； • 绿色制造：能够最小化浪费和环境污染以及优化资源的使用和再利用的制 造过程的开发及应用。 为了做出以上选择，我们首先从 GTR 2020 指出的中国在 2020 年以前能够 获得的 12 项技术应用开始考虑。接下来，我们结合了对滨海新区及整个中国的 现实情况、环境和问题的严格研究，该研究参考了中文和英文文本的多种资料： • 描述滨海新区和开发区的使命、历程和现状的中英文材料； • 关于中国的社会、环境和经济需求以及中国政府为满足需求已采取的措施 的中英文文献； • 在滨海新区、经济技术开发区、天津港、整个天津市以及北京市开展的现 场访谈； • 对在滨海新区和开发区之外能提供支持的科技机构的走访，包括清华大学 和中国科学院； • 在开发区举行为期两天的研讨会，参与对象为开发区的科研机构、企业和 管理部门的关键人物。 在此分析的基础上，我们将中国最优先考虑的十二项技术应用进一步收缩到 七项。它们有的直接来自 GTR 2020 报告，有的是对十二项应用中若干项的混合。 滨海新区未来科学技术发展的基础 我们选择技术应用，以至提出战略和行动计划建议，都将四个主要因素考虑 在内： • 国务院对滨海新区和开发区要求的使命； • 中国迫切的国家需求； • 技术创新在中国普遍面临的动力和障碍，以及在滨海新区特有的动力和障 碍； • 滨海新区和开发区目前可以获得的在本地或更广范围内进行研发、生产和 科技产业化的实力。 滨海新区和开发区作为经济和环境发展特别试验区的使命 在相对较短的时间里，滨海新区和开发区成功地建立了一个强大的制造业基 地。作为对滨海新区“三管齐下”的要求之一，国务院现在要求新区和开发区进 一步建设此基地，以建立现代化、高技术的生产能力，其中强调对创造附加值和 高薪就业机会的产品生产的研究开发。这类生产以知识为基础，因此，科学技术 将是这个转型过程中至关重要的部分。科技产业化的能力也非常关键，这样新区 xvi 全球技术革命–中国，深度分析 和开发区通过研发设计出的产品具有高度可销售性，并能使用创新性的制造工艺 进行生产。 国务院还要求滨海新区成为国际运输和物流中心，这部分要求与研发和生产 的目标是紧密结合的。为了实现这一目标，滨海新区需要使目前研发活动中出现 的尖端的供应链和物流技术具备可操作性。 一个相伴随的要求，即滨海新区进行金融部门改革的试验，促进确定了科技 开发的首选商业领域。2007 年 12 月，滨海新区与国家开发银行签订了一项协议， 共同资助 20 亿人民币（折合 2.93 亿美元4）的风险投资基金，以推动新区内的高 新技术创业。基金指定了优先投资的领域：电子、生物工程、新材料、新能源、 环境保护，以及自动化生产。 由于认识到三十年的迅速经济增长给中国带来了沉重的环境代价，国务院要 求滨海新区在经济发展同时实施创新性的环境保护计划。经济发展必须继续，但 也必须具有可持续性。滨海新区已经切实采取相应环境保护要求的第一步措施， 包括循环经济计划和中国-新加坡天津生态城（Sino-Singapore Tianjin Eco-City） 计划。5前一个计划是指对资源进行可持续循环地使用和再生产，以使工业废弃 物和污染减到最低。计划容纳 35 万人口的生态城将采用先进的绿色技术建造和 运行，而新加坡将在可再生能源、绿色制造、低污染公共交通及水和废弃物再循 环方面提供经验指导。这些努力仅仅是滨海新区推动建设可持续发展和环境友好 型制造方法的示范样本的开端。滨海新区提供的成功模式将最终推广到全中国。 中国迫切的国家需求 就在中国经济保持增长，新兴的中产阶层随之享受到更高的生活水准的同 时，国家也面临着严峻的挑战： • 减少农村贫困：中国迅猛的经济增长显著地减低了繁忙的城市商业区的贫 穷状况，但广大农村仍然保持着贫困。中国需要的技术应用要有助于为农 村居民创造机遇、提高生活水平，减轻他们迁移至城市中心寻找工作的压 力。 • 准备应对迅速老龄化的庞大人群：尽管抑制住了人口增长，但中国仍有超 过 10 亿的居民，其中许多是老年人。与此同时，中国正在向新的社会福 利体制过渡，该体制要求处于就业年龄段的人群承担起大多数以前由政府 提供的服务的成本。因此，有助于提供高薪就业机会的技术应用是最重要 的，例如医疗上的创新有助于应对老年居民特有的健康需求。 • 满足人口的健康与卫生需求：中国拥有的如此庞大的人口对医疗保健的需 求量也是惊人的。尽管部分传染性疾病仍是待解决的问题，目前最主要的 关注点还是非传染性疾病。医疗保健上的负担在农村地区不成比例地偏 高。中国需要的技术应用要能够改善私人和公共的医疗体系，并且成本有 效地提高水和环境卫生的质量，尤其是对于农村地区。 • 满足日益增长的能源需求：中国是世界上最大的能源消耗国之一，而且能 源需求呈稳步上升的曲线。随着正在扩大的中产阶层群体中越来越多人购 买汽车，对机动车所需的石油和天然气有特别高的需求。中国需要的技术 4 5 2008 年 11 月 5 日，人民币对美元汇率为 0.146445 美元/人民币元。 “循环经济”（Circular Economy）对能源、水和原材料进行可持续循环使用，以最小化浪费和污染。 摘要 xvii 应用要能够开辟替代能源，降低石油需求，提高能源效率，同时减少工业 的能源需求。 • 扭转水资源的缺乏：总体而言，清洁水在中国是稀缺资源。对降雨量极少、 地下水源缩减的中国北方来说，短缺的状况尤为严重。然而，居民用水和 工业用水需求丝毫没有减少的迹象，因而水供应难以跟上。能够从多种来 源获取清洁水的技术应用至关重要。 • 减少污染：中国的经济腾飞也使其面临严重的污染状况。酸雨、大气污染、 城市过分扩张、耕地减少、赤潮现象都属于最严重的问题。中国需要的技 术应用要通过减少汽车和工业排放中的有毒物质、资源循环利用和提高能 效，促进经济发展与环境保护的平衡。 • 维持经济高速增长：中国必须继续建设和发展自身经济，以解决国内问题、 创造就业机会、提高国民生活质量。国家现在正处在一个重要关口，知识 驱动的经济增长对于未来具有关键的意义。其中，增长的核心将是这样的 技术应用，它们有助于中国减少对国外技术依赖性，跻身世界前沿科技国 家，以及改变由一系列倍受关注的事件导致的民族品牌缺乏质量保障的形 象。 全国范围和滨海新区内技术创新的动力和障碍 任何技术应用获得大范围、可持续的实施都取决于促进实施的动力和妨碍实 施的阻力之间的平衡。某个单一因素可能成为动力或者障碍。例如成本和融资： 如果能获得足够的风险投资，则资金会成为动力，而缺乏资助则使其成为障碍。 在我们看来，以下因素对中国成功实现尖端研发和技术创新的能力具有最大 的影响： • • • • • • 国家需求 国家的研发政策 其他能够创造对某些技术应用的需求（或酌情降低需求）的国家政策 知识产权（IPR）保护 金融和银行法律法规 地方政策、法律和规范，能够直接影响个人和机构进行尖端研发和创新性 技术的产业化的能力 • 人力资本 • 研发和创新文化 这八个因素对于滨海新区开发和实施选定的技术应用的能力也同样具有最 大的影响。对中国大部分地区来说，其中一些因素明显属于动力或障碍两者之一。 但个别时候，不同的当地情况使这些因素在某个组织或地区（或对于某特定的技 术应用）相较于其他地区成为更强或更弱的动力或障碍。 其中，若干因素对于滨海新区而言是明白无误的障碍，且适用于全部七种技 术应用。例如，在滨海新区以至全国范围内，知识产权保护问题对于本土创新以 及外国的资本人才参与新研发和技术创业来说，都始终是一种障碍。同样，金融 和银行法律法规的缺失阻碍了风险资本的投入，对于滨海新区以至全国也是一种 障碍。但对于某些技术应用来说，滨海新区在一些特定技术上拥有风险投资来源， 这从一定程度上弱化了该障碍。缺少研发和创新文化是滨海新区以至整个中国面 xviii 全球技术革命–中国，深度分析 临的第三项障碍，它抑制了新的技术创业中的冒险行为，而这对于从事突破性研 发并进行商业化是至关重要的。 人力资本对于滨海新区而言是七种技术应用共有的动力。这来自于滨海新区 现有制造基地的实力、相应的劳动力，以及天津市分布密集的研究机构。然而， 中国的年轻人倾向于避开技术和职业培训，而国内对科学和工程人才的竞争非常 激烈。两方面因素都削弱了这一动力。 滨海新区和开发区目前拥有的能力 为了完成国务院的要求，滨海新区和开发区需要获得三方面的能力： （1）研 究开发； （2）生产制造； （3）科技产业化。来自本地的能力——滨海新区、开发 区和整个天津市内——与来自国内其他地方或国外的能力都将在其中发挥作用。 在研发能力方面，滨海新区和开发区拥有数量不断增长的提供尖端研究设备 的机构，以及一支由训练有素的科学家和工程师组成的专业队伍。但园区也面临 着国内外对这一层次人才的激烈竞争。 在生产能力方面，开发区近 25 年的建设为滨海新区和开发区奠定了坚实的 工业基础。这一基础的实力体现在一批财富 500 强企业的投资、工业产值增长的 业绩记录，以及上升的国内收入总值（GDP）等方面。滨海新区还在不断完善建 设对于生产能力所必需的基础设施——电力、货运设施和废弃物处理工艺。但生 产所需的熟练工人和技师的潜在短缺，以及劳动市场上对这类人的更激烈竞争， 都是真正的挑战。 在科技产业化方面，滨海新区和开发区运行着一个研究园区和技术孵化器的 良好网络，其目标在于支持新兴的高技术企业。充足的财政激励有利于促进企业 发展和吸引人才。但是，由于中国更好地保护知识产权以及改革金融和银行法规 政策的需要，这些企业面临相当大的挑战。同时，研发机构和商业性工业界之间 也缺少有力的联系来促进高科技产品向市场转化。 对七种最具前景的技术应用的进一步分析 这七种对滨海新区呈现出最大的潜在效益的技术应用，建立在技术和工业界 兴起的两个影响巨大的全球性趋势的基础上。首先是微米和纳米级技术。GTR 2020 报告中提出的大多数技术应用都包含微米和纳米级的技术进展以及生物、 纳米、信息和材料技术的整合。类似地，给滨海新区建议的技术应用中的六种应 用包含了这一领域的技术。第二个趋势在于，当今的产业界和消费者都明显地向 绿色制造过程和技术的方向发展。为滨海新区选择的技术应用中的四种应用都着 力于比以往更加有效地利用能源、水和其他资源。 廉价太阳能 廉价太阳能在世界市场上具有很强的潜在需求。受政府激励政策和可再生能 源补贴的推动——特别是在德国和日本——太阳能发电产业在过去的五年内达 到了 44％的平均增长率。2007 年，产业增幅为 55％，达 130 亿美元。为保持增 长，相关企业正在竞相降低太阳能系统的价格，提高其效率。 中国需要推进能源发展，但同时也须发展可再生能源，改善空气质量，以及 摘要 xix 减少污染。发展廉价太阳能技术与这些需求是一致的，因为它能替代目前主要由 燃煤电厂提供的能源。 太阳能发电技术可分为三代。主要基于多晶硅的第一代技术占现有全球销售 额的 90%多。正在发展中的第二代和第三代系统基于薄膜材料及新型纳米级技 术，能提供更低的成本和更高的效率，具有促进产业转型的潜力。全球市场需求 的增长取决于这两代技术。 现有实力。天津地区为滨海新区实施廉价太阳能应用提供了切实的能力。南 开大学的研究小组与北京市太阳能研究所合作，从事薄膜材料的研发，即是一个 著名的例子。另一例是位于天津经济技术开发区的国家纳米技术与工程研究院 （CNANE）。该研究院具有研发第三代太阳能材料所需的纳米级的技术和安装能 力。 动力与障碍。中国须在减少环境污染、改善空气质量的前提下保证能源发展 的需求是给这项技术应用的动力。包括支持太阳能示范项目的研发政策以及其他 国家政策也具有推动作用。 地方政策和法律——特别是建筑规范与建筑电气设施的监管制度——往往 是阻碍实施太阳能发电系统的因素。这是因为，房屋验收者与地方电力公司可能 要求的系统平衡设备（如电池和变频器）以及其他的安全和计量设备造成相当大 的花销。如果重新审视建筑标准与电气设施连接的规范，保证针对太阳能发电的 系统平衡设备要求在提供安全保障的同时没有增加成本，那么滨海新区有机会缓 解这些问题，甚至有可能将其转化为动力。 金融和银行法律法规确实也是一项障碍。但对于廉价太阳能而言，其程度相 较其他技术应用有所减轻，因为天津经济技术开发区的纳米科技风险基金以及清 华大学的绿色风险投资基金“青云创投”都是滨海新区发展这项技术应用的潜在 投资基金来源。 战略建议。中国的第一代太阳能发电产业已经发展得很成熟。因此，我们认 为滨海新区和开发区的最大机遇不在于进入第一代太阳能市场，而是成为第二和 第三代系统的研发和制造中心。首先着眼于全球出口市场，伴随更长期的发展而 进入中国国内市场。 先进的移动通信和无线射频识别（RFID） 移动通信设备逐渐已不局限于语音数据的交换，而能作为感应、处理、存储 和传送多种新式数据的平台。与此同时，无线射频识别（RFID）设备已经愈发 的廉价与精密。这类设备已经在供应链与多种商务交易的领域得到广泛应用，目 前正准备整合入移动通信设备。 全球范围内，城市和农村市场对于多功能无线通信的需求正迅速增长。亚太 地区和中国尤其如此。另外，滨海新区有义务成为以天津港为枢纽的国际运输和 物流中心，因此迫切需要发展先进的移动通信和 RFID 技术，从而优化货运物流， 降低港口运营成本，并加强运输安全性。 先进的移动通信设备和 RFID 系统均由多种独立的组件技术构成——如显示 器、存储器、电池和电量存储、传感器和天线。每种技术都形成了自身的产业， 并将决定无线计算平台的未来发展方向。随着对这种技术应用的全球需求增长， 这些组件技术的市场也会相应扩大。 现有实力。2006 年，天津经济技术开发区生产了超过 1.05 亿移动电话耳机 ——约为全球移动电话销售量的 10%。开发区的综合性生产基地包括韩国三星公 xx 全球技术革命–中国，深度分析 司最大的移动电话工厂。滨海新区在组件技术上也具备实力。天津大学（TU） 的两个研究团队正在进行前沿的显示器技术的研发工作。此外，开发区内的一家 企业还生产世界上最小的储氢罐（只有 AA 电池的大小），能为手机充电器和燃 料电池提供氢储备。 动力与障碍。中国对刺激经济发展和提高生产力的需求是对这项技术应用的 推动力。先进的移动通信有助于供给国家日益增长的移动电话市场，从而促进消 费。RFID 在供应链和物流上的应用具有大幅度改进生产与运输的潜力。中国支 持集成电路、软件与网络发展的研发政策是另一种动力。 其他国家政策——尤其是中国至今对于移动通信国际标准的抵制——可能 成为阻碍。 战略建议。滨海新区应旨在成为移动通信设备和 RFID 系统的研发和制造中 心。首先着眼于国内市场，然后扩展到全球市场。同时，应在显示器和电源两种 组件技术上建设最先进的研发项目。然而，滨海新区不应试图在集成电路领域设 定研发趋势。 快速生物检测 针对检测个人健康和公共卫生以及进行环境监测的更优良技术的全球市场 正在迅速壮大。中国尤其需要最先进的应对公共卫生和环境挑战的技术。检测分 析基因和蛋白质的新型芯片使迅速测试疾病和病原体成为可能。生物检测技术的 针对性和精密性已经发展到一定高度，即某些芯片实验室（Lab-on-a-Chip）利用 微型设备，可以作为小规模的实验室发挥功用。这些类型的生物检测技术能够识 别或消除公共卫生面临的威胁，大幅度地提高患者治疗效果，并准确识别环境或 食品供应中的病原体。 现有实力。天津经济技术开发区是中国五个国内生物芯片研发基地之一，天 津生物芯片技术有限公司的所在地。该公司自行生产生物芯片，并生产化学试剂 和其他用于生物检测的一次性器材。此外，公司还提供用来检测大肠杆菌、志贺 氏杆菌和沙门氏菌的诊断性生物检测设备。公司与本领域的全球领先企业美国昂 飞公司（Affymetrix）是合作伙伴。 动力与障碍。这种技术应用有若干推动力。其一为中国对改进公共卫生、减 少环境不良影响的需求，特别还有对提高水供应质量的需求。其二为国家研发政 策，卫生、医学和生物技术被视为重点支持领域。其他国内政策（尤其是针对更 有效地进行食品和药物监管的政策）是第三种动力。 战略建议。滨海新区的长期战略应是在全球市场上成为最先进的快速生物检 测技术的领跑者。但开始的重点应在于利用技术许可和合作协议来吸引领先企业 进入滨海新区和开发区。在此期间，滨海新区应当建设生物检测器材和设备的转 售者的能力。最后，滨海新区的企业应开始自行生产这些产品。中国国内市场应 是初步的目标，其后为全球市场。 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 保障在可承受成本内获取洁净水是一个全球性的挑战。对于是全世界水和污 水处理技术的前五大增长市场之一的中国来说，这个挑战尤为严峻。而在可利用 水资源极度稀缺的环渤海地区和滨海新区，问题更为严重。 水净化技术是一个重要的新兴科技领域，现有四个方面的应用： 摘要 xxi • • • • 脱盐：从海水中去除盐分 消毒：去除微生物 净化：去除有毒物质 质保：检测潜在的有害物质 新的纳米材料能够改进目前的滤膜系统，并大大增加成本效益。例如纳米合 成和仿生薄膜6，纤维介质的过滤器，纳米渗透过滤器，纳米级催化剂，以及 DNA纳米颗粒合成物等。主要的挑战在于新材料如何从实验室走向规模化的商业应 用。 现有实力。天津经济技术开发区是天津膜天（Motian）膜工程科技有限公司 的所在地。Motian 公司为工业、私人、水利设施和医疗领域生产水过滤膜（包 括反渗透脱盐）已有 20 年的历史。国家纳米技术与工程研究所（CNANE）具有 开展纳米过滤器与催化剂研究的能力。天津大学化学工程技术学院拥有一个很强 的脱盐研发项目，包括一个淡化水的示范项目，并在设计、制造和测试纳米过滤 器。作为开发区内从事纳米技术转让与产业化的机构，纳米科技工业基地公司 （NIBC）和纳米科技风险投资公司（NVCC）将纳米级水净化过滤器作为产业 化的核心目标。 动力与障碍。中国对改善公共卫生与个人健康、满足清洁水供应的需要是这 项技术应用的推动力之一。国家拨款资助净化水技术的研发政策，以及其他旨在 为国民提供清洁水的政策则是另外两个动力。 政府的补贴使水价低于脱盐和净化带来的成本。这些补贴作为其他国家政策 的一部分，使国家政策在具有推动作用的同时也有阻碍性。 战略建议。我们为滨海新区设立两项长期目标： （1）成为纳米薄膜、过滤器 与催化剂技术的研发中心； （2）成为生产最先进的水净化膜的领跑者。对于滨海 新区来说，至关重要的一点是要加强研究实验室与企业的紧密联系，以促进技术 的商业应用。 分子级药物的设计、开发与给药 中国和全世界都在增加对更新、更有效、更低剂量和副作用更小的药物疗法 的需求。分子级药物疗法和诊断法基于纳米技术和生物技术的交叉领域的最新进 展。这一年轻而富有前景的纳米医学领域能够满足上述市场需求。其中，四类创 新性应用受到特别关注： • • • • 给药及成像的靶向性载体 药物可控释放的平台和材料 药物投放的新方法 增加药物可溶性的手段 现有实力。在研发能力方面，天津经济技术开发区的纳米科技中心，中国纳 米技术与工程研究院（CNANE）正在开展一项药物研发。天津大学和南开大学 拥有世界一流的研究团队，他们正合作开发一种振奋人心的新型给药平台：碳纳 6 模拟自然界机理的薄膜。 xxii 全球技术革命–中国，深度分析 米角。天津溥瀛生物技术有限公司也位于开发区，该公司正在开发生物技术和处 在临床前试验阶段的基因疗法。天津市具有一个强大的制药工业基地，其中包括 若干个世界顶尖的制药企业。生物医药与用于给药的纳米生物材料被称为滨海新 区技术转移和产业化的重点领域。 动力与障碍。这项技术应用的推动力之一是中国对改善公共卫生与个人健康 的需求。国家的研发政策也是一个推动力。政策支持的重点包括：疾病疫苗和转 基因药物的商业生产示范项目，完善现代中医药，以及提高新药发明和生产的能 力。 其他国家政策则有阻碍作用——特别是一些监管制度，提高了研发的成本， 阻碍了新药的临床试验与营销。7 战略建议。滨海新区应旨在成为生物纳米技术制药的研发和制造中心。首先 着眼于吸引外商投资，随后积极地建设本地研发能力。最后，引导研发活动走向 新型疗法和技术的商业化。 电动与混合动力汽车 根据当前全球市场的趋势，同时考虑到油价和全球变暖问题，使用电力和混 合动力技术的车辆的市场份额将会增加。与此同时，中国面临严重的城市污染问 题。减少尾气污染和降低石油需求属于国家优先考虑的问题。 混合动力汽车已经成为一个领先的全球性汽车市场。插入式混合电动车的出 现使电池可以脱离汽车本身独立充电，进而电动车与混合动力车之间不再有明显 差别。考虑到这一点，我们提出了这个结合型的技术应用，包括四种汽车类型： • • • • 纯电动汽车 传统混合动力车，利用内燃引擎进行充电 插入式混合动力车 串联混合动力车，利用车载能量源进行充电 这类汽车需要的许多组件同样也具有增长的市场需求以及发展的巨大潜力。 其中包括电池、电力电子和电机、传动系统、内燃机和排放控制装置。以电池为 例，其技术的进步正在扩大电动和混合动力车的行驶距离，并改善其性能。 现有实力。据我们所知，混合动力车尚未在滨海新区进行生产。但滨海新区 确实具备了进行电动汽车研发和制造的综合实力。天津经济技术开发区内的天津 清源电动车辆有限公司生产电动轿车、公交车和卡车，并向全球销售。 滨海新区也具备生产电动汽车零件的能力。清源公司正在与美国阿贡国家试 验室（Argonne National Laboratory）在传动系统技术及其他零件领域进行合作研 究。EV Battery 公司作为清源公司的利益相关者之一，正在开展电池研究。开发 区的纳米科技中心，国家纳米技术与工程研究院（CNANE）在电动车的纳米级 电容器方面有积极的研究项目。而在科技产业化方面，中国汽车技术研究中心 （CATARC）从事标准和认证测试，其对于发展电动与混合动力汽车市场具有重 要意义。CATARC 的总部位于天津市。 动力与障碍。中国对提高能效与减少环境污染的需求是这项技术应用的一个 7 尽管存在这些问题，Nature Biotechnology（自然生物技术）的最近一篇文章仍将中国的生物技术制药评价 为“正开始起飞” （Frew, et al., 2008）。这篇报告的详细数据来自与 22 家中国本土健康生物技术企业的访谈， 包括天津溥瀛生物技术公司。报告撰写者指出，这仅占“本行业数千家企业”的很小一部分。 摘要 xxiii 推动力。促进节油车辆的制造和购买的国家政策是另一个推动力。 但其他一些国家法律和政策具有阻碍作用。例如汽车部件的进口关税，国外 公司把持的混合动力车的零件专利，国家控制的低油价，大城市对电动车辆的限 制等。 战略建议。考虑到电动车和混合动力车的巨大市场潜力，我们建议，滨海新 区在这类汽车的子系统和零件技术方面发展和扩大合作研发。与此同时，应当发 展混合动力汽车的生产能力以及电动和混合动力车的零件生产能力。目标应首先 对准全球市场，然后指向国内市场。 绿色制造 世界范围内的跨国公司与消费者都越发认同绿色制造。例如许多发达国家的 政府已经为工业界设置了国家绿色化学奖励。中国也不例外：绿色制造工厂开始 在国内出现，清洁技术的风险投资也开始注入。国家指令，例如国务院对滨海新 区建立循环经济的要求，则是这股趋势的另一个标志。 绿色制造的方法包括四个方面： • 绿色化学：对环境友好的化学流程和产品； • 绿色工程：将污染以及对健康和环境的风险最小化的可行性流程和产品； • 本质安全的流程设计：降低有害材料的含量，减少使用有害材料，以及替 代性的反应路径或工艺条件； • 生产质量管理规范/优良制造（GMPs）：制造符合标准规范的高质量可再生 产品的方法、设施和控制流程。 现有实力。滨海新区的一些公司（比如奥的斯，摩托罗拉）已经在绿色化学 方面设立项目并将绿色制造投入应用。部分获得美国环保署（EPA）颁发的总统 绿色化学挑战奖的企业也在开发区建立了分厂，如 PPG 工业集团和诺维信公司。 美国奥的斯电梯公司在开发区建造了世界上第一座绿色电梯生产厂。 动力与障碍。中国需要提高能源效率，并减少污染和其他对环境的不良影响， 这对于发展绿色制造是一个推动力。另一个动力是着眼于节约资源和减少污染的 国家政策。其中，部分政策明确地支持绿色制造。 成本问题，尤其是已有工厂“变绿”的更新与替换成本可能成为障碍。但在 许多情况下，绿色制造能够提供竞争优势，从而减弱其阻碍作用。 战略建议。天津经济技术开发区应当成为中国的绿色制造中心。首先应着力 于将绿色化学和工程的领先企业引进滨海新区。随着时间推移，滨海新区自身应 展开新的绿色制造工艺的研发，并最终在新区和开发区内进行实施。在制定绿色 制造计划时，滨海新区应强调新工厂的建设，并重点关注节省成本的工艺流程。 建设滨海新区的未来：将七个行动计划整合为一项总体的战略规划 我们认为，在滨海新区向最先进的科学和工程中心转变的战略规划中，七种 技术应用应该构成一个枢轴性部分。所有这些技术应用和有前景的全球趋势都保 持一致，很好地切合了滨海新区、开发区和天津市当前的实力并建立在已有支柱 性产业的基础上，而且支持中国政府优先考虑的议题。 xxiv 全球技术革命–中国，深度分析 总体战略规划的一部分应当用来解决目前阻碍全部七种技术应用的普遍性 挑战。其中之一是保护知识产权。规划应该包括帮助滨海新区和开发区加强这一 领域的现行法律的措施。第二点是让在技术开发不同阶段工作的人们进行合作。 我们建议滨海新区和开发区在规划中纳入这部分内容，即为研究机构和工业界之 间的合作提供充足的机会。最后非常重要的一点是，滨海新区需构建研发和创新 的文化。规划应包括促进滨海新区和开发区资助的创业活动的灵活性和冒险精 神。 除此之外，滨海新区可以利用三管齐下的框架，将针对每种技术应用的行动 计划整合到一个总体的战略规划中： • 在相关领域发展最先进的研发能力 • 更新并拓展已有的生产基地 • 构建科学技术产业化的能力 这三个方面需要同步进行。每个部分都需要利用和扩展已有的本地能力，并 引入新的能力。在开始新的研发项目、拥有最先进能力的新公司的加入将整体实 力提升到世界一流水平的同时，新的进步应该源于并扩展已有的能力基础。另外， 三个方面还应互相支持。 在相关领域发展最先进的研发能力 战略规划应该为每种技术应用设置三方面的议程： （1）最优化的利用本地的 研发能力； （2）扩展现有研发项目的范围； （3）开展全新的研发项目。这三个方 面的努力需要相继展开。现有的本地研发包括位于开发区的纳米技术中心 （CNANE）、天津大学和南开大学的项目。滨海新区可以提供资源，从而在支持 七种技术应用的领域扩充这些项目——例如生物纳米技术、纳米过滤和微流体技 术。在扩展现有研发项目的范围方面，国家纳米技术与工程研究院清源电动车公 司与美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的合作是一个好的典型。 这在公共-私人部门合作与跨文化合作上都是出色的范例。 开展全新的研发项目的第一步是巩固与有关企业的联系，这些全球性企业在 开发第二、第三代太阳能集热器，纳米级过滤设备和薄膜，以及纳米制药等方面 处于领先位置。这些企业可以与滨海新区、开发区或整个天津市内的合适的研究 研究机构合作。建设新项目还包括吸引已经拥有尖端的研发能力的企业进驻滨海 新区。 更新并拓展已有的生产基础 滨海新区的战略规划应当包含有关措施，以确保目前在新区和开发区运营的 企业利用设计和技术上的最新进展。例如，滨海新区可以给采用绿色制造工艺的 企业提供一套补贴和奖励。还可以建设相关设施，从而为企业采用绿色制造提供 便利。同时，滨海新区应该在规划中做出相应的规定，将采用先进生产流程所需 进行的工人培训制度化。 此外，引进新的拥有最先进生产能力的企业也是至关重要的一个方面。针对 生产第二和第三代太阳能集热器、先进移动通信设备的系统组件或芯片实验室生 物检测设备的全球企业，滨海新区可以与之进行接触，并提供一套激励制度，鼓 摘要 xxv 励他们到新区和开发区建厂。 构建科学技术产业化的能力 战略规划应该包含有关计划，以确保滨海新区和开发区的制造工厂和流程达 到国际标准。例如，可以对进行 ISO 14001（全球认可的环境管理标准）等认证 做强制要求。 规划还应设置相关步骤，将滨海新区定位于为国际市场服务。新区应利用天 津本地市场作为将销往国内其它地方以至全世界的产品的试验场地，制定一套标 准做法。其中应当包含有关规定，以保证通过试验的产品符合全球目标市场接受 的通行规则和标准。例如，电动和混合动力汽车在排放量和里程性能上需要达到 最为严格的美国和欧盟（EU）标准。滨海新区开发的食物和水的生物检测技术 将需要满足美国和欧盟关于病原体检测展示水平的标准。 致谢 本报告的作者十分感谢在中国访问时滨海新区与开发区的许多成员的热情 招待，以及他们乐意与我们分享重要的想法、经验、数据与其他信息来配合我们 的分析。我们也非常感谢滨海新区和开发区的高层管理者们，他们在中国和美国 都与我们进行了交流；感谢 Mu Dan Ping 给我们提供了一个关于滨海新区和开发 区的历史和正面临问题的重要观点；感谢 Qian Gu，Jianhui Hu，Xiaoyan Li，Xiao Wang，Xin Wang，Mengjie Wu，Shinyi Wu 以及 Henu Zhao 在中文翻译上的宝贵 协助；感谢 Yong Kang 帮助我们安排了一系列与清华大学的会谈；感谢 Matthew Southerland 对中英文文献的重要研究；以及我们的同事 Susan Everingham，Julie Kim，Debra Knopman 和 Martin Wachs 的明智建议和指导。我们同样感谢 Lisa Spear 在报告撰写过程中提供的专业性行政支持。 我们特别要感谢同行审稿人 Steven Berner，William Blanpied 以及 Carl Dahlman。他们富有洞察力的分析和建议促使我们对报告进行大力修订和改进。 xxvii 缩写 3G 第三代无线通信技术 third generation 863 Program 中国高技术研究发展计划 National High-Technology Research and Development Program of China 8th ISGCC’ 第八届国际绿色化学研讨会 Eighth International Symposium on 2007 Green Chemistry in China AC 交流电 alternating current AIChE 美国化学工程师学会 American Institute of Chemical Engineers AIDS 获 得 性 免 疫 缺 陷 综 合 症 / 艾 滋 病 acquired immunodeficiency syndrome atm 大气压 atmosphere BNP 双金属纳米粒子 bimetallic nanoscale particle CAH 天津卡达克汽车高新技术公司 China Automotive Technology and Research Center Auto High-Tech Company CAS 中国科学院 Chinese Academy of Sciences CASIEE 中国科学院电工研究所 Chinese Academy of Sciences Institute of Electrical Engineering CATARC 中 国 汽 车 技 术 研 究 中 心 China Automotive Technology and Research Center CBRC 中 国 银 行 业 监 督 管 理 委 员 会 China Banking Regulatory Commission CCP 中国共产党 Chinese Communist Party CDC U.S. 美国疾病控制中心 Centers for Disease Control and Prevention CDMA 码分多址 code division multiple access CdTe 碲化镉 cadmium telluride CIAPS 中国化学与物理电源行业协会 China Industrial Association of Power Sources CIGS 铜铟硒化镓 copper indium gallium selenide CIP 化学工业园 chemical industrial park CMOS 互 补 金 属 氧 化 物 半 导 体 semiconductor CNANE 国 家 纳 米 技 术 与 工 程 研 究 院 China National Academy of Nanotechnology and Engineering xxix complementary metal-oxide xxx 全球技术革命–中国，深度分析 CNT 碳纳米管 carbon nanotube CO2 二氧化碳 carbon dioxide CPV 聚光光伏技术 concentrating photovoltaic CTCL 皮肤T细胞淋巴瘤 cutaneous T-cell lymphoma DC 直流电 direct current DLP® 数字光学处理技术 Digital Light Processing® DMFC 直接甲醇燃料电池 direct-methanol fuel cell DNA 脱氧核糖核酸 deoxyribonucleic acid DOE 美国能源部 U.S. Department of Energy dpi 扫描精度：每英寸面积内像素 dots per inch DRAM 动态随机存储器 dynamic random-access memory EI 工程索引（EI公司）Engineering Index EPA 美国环保局 U.S. Environmental Protection Agency ESIA 欧洲半导体行业协会 Association EU 欧盟 European Union EV 电动汽车 electric vehicle FDA 美国食品和药品管理局 U.S. Food and Drug Administration Fe 铁 iron Fe2O3 氧化铁 ferrous oxide FeRAM 铁电存储器 ferroelectric random-access memory F-T 费托合成（燃料） Fischer-Tropsch ft2 平方英尺 square foot G24i 英国能源公司 G24 Innovations GaAs 砷化镓 gallium arsenide GB 千兆字节 gigabyte GDP 国内生产总值 gross domestic product GE 通用电气公司 General Electric GM 通用汽车公司 General Motors GMP 药品生产质量管理规范 good manufacturing practices GREET 温室气体、排放控制和交通运输用能源模型Greenhouse Gases, Regulated Emissions, and Energy Use in Transportation GSCN 绿色和可持续化学网络 Green and Sustainable Chemistry Network GSM 移动通信技术标准：特别移动组 Groupe Spécial Mobile European Semiconductor Industry 缩写 xxxi GPRS 移动通信技术标准：通用分组无线业务 general packet radio service GW 千兆瓦特 gigawatt HCCI 发动机燃烧技术：均质压燃 homogeneous charge–compression ignition HEV 混合电动力车 hybrid-electric vehicles HIV 人体免疫缺陷病毒/艾滋病病毒 human immunodeficiency virus HPB 加拿大卫生保健局 Canadian Health Protection Branch HPV 人乳头状瘤病毒 human papillomavirus HTIG 美国 Headwaters 技术创新公司 Headwaters Technology Innovation Group HTS 大规模药物筛选技术 high-throughput screening IC 内燃机 internal combustion IEC 国际工程联合会 International Engineering Consortium IL-2 白细胞介素-2 interleukin-2 IPR 知识产权 intellectual property rights ISGCC 中国第九届国际绿色化学研讨会 International Symposium on Green Chemistry in China ISE 基础设施、安全与环境 Infrastructure, Safety, and Environment ITRS 国际半导体技术发展路线图 International Technology Roadmap for Semiconductors JEITA 日本电子信息技术产业协会 Japan Electronics and Information Technology Industry Association kg 公斤 kilogram km 公里 kilometer kPa 千帕斯卡 kilopascal KSIA 韩国半导体工业协会 Korean Semiconductor Industry Association kWh 千瓦时 kilowatt-hour L 升 liter LED 发光二极管 light-emitting diode LEP 发光聚合体 light-emitting polymer Li-ion 锂离子 lithium ion m3 立方米 cubic meter MB 兆字节 megabyte Mbit 兆比特 megabit xxxii 全球技术革命–中国，深度分析 MEMS 微机电系统 microelectromechanical system MIP 微电子工业园 microelectronics industrial park MIT 麻省理工学院 Massachusetts Institute of Technology µm 微米 micrometer mpg 每加仑燃油对应的英里数 mile per gallon mph 英里每小时 mile per hour MRA 磁共振血管成像 magnetic resonance angiography MRAM 磁阻随机存取内存 magnetoresistive random-access memory M-RFID 移动射频识别 mobile radio-frequency identification MRI 磁共振成像 magnetic resonance imaging MW 兆瓦 megawatt NASA 美 国 国 家 航 空 航 天 局 U.S. National Aeronautics and Space Administration NEMS 纳机电系统 nanoelectromechanical system NIBC 纳米技术产业基地公司 Nanotechnology Industrial Base Company NiMH 镍氢电池 nickel-metal hydride nm 纳米 nanometer NNTIB 国 家 纳 米 技 术 产 业 化 基 地 National Nanometer-Technology Industrialization Base NOx 氮氧化合物 nitrogen oxide NVCC 天津纳米创业投资公司 Nanotechnology Venture Capital Company NZVI 纳米级零价铁 nanoscale zerovalent iron OECD 经 济 合 作 组 织 Organisation for Economic Co-Operation and Development OLED 有机发光二极管 organic light-emitting diode PAMAM 聚酰胺胺(PAMAM)树形分子 polyamidoamine Pap 巴氏染色法 Papanicolaou Pb 铅 lead PCM 相变存储 phase-change memory PCR 聚合酶链式反应 polymerase chain reaction PEG 聚乙二醇 polyethylene glycol PHEV 外接充电式混合动力电动汽车 plug-in hybrid-electric vehicle PLED 聚合物发光二极管 polymer light-emitting diode PM 颗粒物质 particulate matter PNNL 美国西北太平洋国家实验室 Pacific Northwest National Laboratory 缩写 xxxiii PSAT 传动系统分析工具 Powertrain System Analysis Toolkit PV 光伏 photovoltaic R&D 研发 research and development RACI 澳大利亚皇家化学会 Royal Australian Chemical Institute RAM 随机存取记忆 random-access memory RF 射频 radio frequency RFID 射频识别 radio-frequency identification RMB 人民币 renminbi RNA 核糖核酸 ribonucleic acid RNIP 活性纳米铁颗粒 reactive nanoscale iron particle RoHS 有害物质使用限制 restriction on hazardous substances RRAM 阻抗性随机存取记忆体 resistive random-access memory S&E 科学与工程 science and engineering S&T 科学与技术 science and technology SAMMS™ 介孔支撑材料中进行单层自组装 self-assembled monolayers on mesoporous supports SARS 严重急性呼吸道综合症 severe acute respiratory syndrome SCI 科学引文索引 Science Citation Index SCORR 超临界二氧化碳光阻剂去除 supercritical–carbon dioxide resist remover SDR 软件定义无线电 software-defined radio SEPA 中国国家环境保护总局 State Environmental Protection Agency SIA 半导体产业协会 Semiconductor Industry Association SMTA 国际表面黏着技术协会 Surface Mount Technology Association Sn 锡 tin SNP 单核苷酸多态性 single-nucleotide polymorphisms SO2 二氧化硫 sulfur dioxide SONOS 硅氧化氮氧化硅 silicon-oxide-nitride-oxide-silicon sq km 平方公里 square kilometer sq. mi. 平方英里 square mile SUV 运动型多功能车 sport-utility vehicle SWCNT 单壁纳米碳管 single-walled carbon nanotube TA 技术应用 technology application TBC 天津生物芯片技术有限责任公司 Tianjin Biochip Corporation xxxiv 全球技术革命–中国，深度分析 TBNA 天津滨海新区 Tianjin Binhai New Area TD-SCDMA 即 时 分 同 步 的 码 分 多 址 技 术 time division–synchronous code division multiple access TEDA 天 津 经 济 技 术 开 发 区 Development Area TFT 薄膜晶体管 thin-film transistor TSB 天津溥瀛生物技术有限公司 Tianjin SinoBiotech TSIA 台湾半导体产业协会 Taiwan Semiconductor Industry Association TSMC 台 湾 积 体 电 路 制 造 股 份 有 限 公 司 Taiwanese Semiconductor Manufacturing Company TST 交通、航天与技术 Transportation, Space, and Technology TU 天津大学 Tianjin University UCLA 加州大学洛杉矶分校 University of California, Los Angeles UHF 超高频率 ultrahigh frequency UMC 联华电子公司 United Microelectric Corporation USB 通用串行总线 universal serial bus USTC 中国科技大学 University of Science and Technology of China VOCs 挥发性有机化合物 volatile organic compound W-CDMA 宽带码分多址 wideband code division multiple access WEEE 电子电气产品的废弃指令 waste electrical and electronic equipment WiMAX 微 波 存 取 全 球 互 通 Worldwide Interoperability for Microwave Access YSP 逸仙科学工业园 Yat-Sen Scientific Industrial Park Tianjin Economic-Technological 第1章 导言 图 1.1 天津滨海新区，位于直辖市天津 沿海的天津直辖市很久以来就是中国北部金融贸易，重工业及教育的中心。 坐落于渤海湾，作为中国三大沿海经济之一，天津市不是一个西方意义上的城 市。它是一个由高密度人口的城区向外围扩散涵括大面积周围区域，包括县， 城镇，农田及海滨的一个巨大的行政单位1。1984 年，天津市成为中央政府为吸 1 天津和中华人民共和国的其他三大直辖市- 北京，上海，重庆 – 具有省级级别。各个直辖市直接报告 中央政府。 1 2 全球技术革命–中国，深度分析 引国外投资，促进经济改革而设计的第一批经济特区之一2。今日的天津拥有约 1100 万居民3。其城区居于全国第三大，位于上海及北京之后。 从天津城区向中国东部海岸不到一小时的车程的地方坐落着天津滨海新区 （图 1.1）4。滨海新区占地约 2200 平方公里，拥有 150 公里的海岸线5。目前， 140 万人居住于新区。中共天津市委和天津市政府于 1994 年建立该新区。天津 当局指定将这片贫瘠未开发区域建设成工业发展的热点，并给予其特殊政策和 激励机制去达到此项目标。随着去发展，新区被期望不断提升整个渤海湾地区 及更广区域的经济发展。 图 1.2 天津滨海新区的行政区 天津滨海新区内部有三个行政区域（图 1.2）。天津港是渤海湾第一大，全 国第四大港口6，处理客运及货运交通。目前天津港于世界上超过 300 家港口进 行贸易往来。2005 年，其快速扩展的吞吐量已达到 2 亿吨货运——约合上海吞 吐量的一半强（US-China Business Council, 2006）。到 2010 年，该数字预计将 达到 3 亿吨 （Koninkrijk der Nederlanden, undated）。 2 中国政府在 1984 年一共建立了 14 个经济特区，全都位于沿海地区。参见 “Special Economic Zone (SEZ)” (undated)。 3 2006 年底天津人口是 1075 万（国家统计局 Guo Jia Tong Ji Ju，2007）。 4 天津滨海新区又称沿海新区或滨海新区。 5 876 平方英里；93 英里海岸线。 6 2007，前三大港口是上海，宁波和广州（Tianjin Port Development Holdings Limited, 2008） 。 导言 3 在天津港内占地 5 平方公里的天津港自由贸易区是华北最大的自由贸易 区。利用海路，空路，铁路及地面交通组成的交通网及能促进货运快速有效处 理运输的各项政策，该贸易区为渤海湾提供了连接世界市场和中国国内市场的 重要通道。 天津经济技术开发区是天津滨海新区的工业和制造业基地及其行政，金融， 商业活动的中心。占地距中国东部海岸 8 公里处的 33 平方公里面积，天津经济 技术开发区的建立早于滨海新区十年时间：其最初在 1984 年由国务院，中国最 高国家行政权力机构，批准建立成为一个国家级工业园区。其国家级别赋予其 一系列旨在吸引外资企业，启动当时一个不发达地区经济的一系列有利税收政 策和投资激励。作为一个国家级实体，它直接报告给国务院。到 1994 年天津滨 海新区建立的时候，开发区已经向实现其指定的目标做出了重要进步。 滨海新区：对未来充满雄心展望 2006 年，天津滨海新区受到国务院的高度重视。国务院指定其成为一个进 一步促进国家全面经济改革的特别示范区，并将其纳入国家发展战略的一部份。 作为特别示范区，滨海新区被期望去尝试“新的区域发展模式，为全国提供一 个发展和改革的实际先例”（参见 State Council, 2006）。朝向这个目标，国务 院指出，“天津滨海新区要采纳新的想法，新的制度体制和新的机制而逐步壮 大其创新能力，服务能力和国际竞争力。”国务院的决定赋予滨海新区成为出 口导向型，现代国际经济中心的明确指令（State Council, 2006）。国务院对滨 海新区的最终展望是成为中国的一个至关重要的“区域经济发展的新动力” （State Council, 2006）。 国务院为滨海新区设定的首要目标是最终成为如下经济活动的中心： • 一流的现代制造业 • 先进的研发和技术创新 • 国际运输及物流（State Council, 2006）。 通过达到这些目标，滨海新区的雄心在于加快天津市的发展，并为整个渤 海地区的经济发展起到模范带头作用。通过这个角色，滨海新区将于中国沿海 另外两个高度繁荣的区域经济联手：中国东南沿海的珠江三角洲地区和中南部 的长江三角洲。上述两个沿海经济区是有力的先例：当中国政府向世界开放港 口城市广州并在深圳和珠海建立特别出口区7时，珠江三角洲地区为中国现在的 经济繁荣做出重要贡献。长江三角洲地区后来成为中国经济的第二个中心，通 过上海和苏州推动其发展。 在经济发展的目标之下，国务院期望滨海新区在解决国家面临的日益严峻 的能源增长，水资源紧缺和不断增加的环境污染问题的努力中扮演特殊的角色。 作为一个示范区，滨海新区要为国家其他区域提供可持续发展和绿色工业的模 式。在这方面的一个标志性创新就是中国-新加坡天津生态城。这是一个中国和 新加坡政府的一个合作项目。它坐落在滨海新区的中央，其最南端距滨海新区 仅 10 分钟车程。该生态城使用“清洁及可再生能源，具备强化的创新能力和优 7 后称经济特区。 4 全球技术革命–中国，深度分析 化工业结构”（Sino-Singapore Tianjin Eco-City Administrative Committee, undated）从而产生循环经济，一个滨海新区需要实现的概念8。作为对耗竭能源 引起环境污染的传统经济的替代，循环经济采用“‘材料－生产－消费－再生 材料’的封闭环路过程”。其结果是，能源、水和原材料以可持续的循环中使 用从而最小化浪费和污染9。 天津滨海新区的角色 对国务院而言，科技创新是其对滨海新区经济和环境发展展望的关键；国 务院对滨海新区的指令给予科技发展特别优先。滨海新区将在此扮演关键角色。 作为对国务院方针的回应，滨海新区和开发区的领导们开始将滨海新区从一个 工业园区转变成一个为具有高度影响力的新兴技术而设立的先进科学工程中 心。天津经济技术开发区将帮助滨海新区实现国务院的第二个目标：将滨海新 区建设成华北最先进的研发中心。 成为最先进就意味着成为世界最好的之一。这个目标超越了成为国家科学 工程领头人的目标，而成为全球领头人的目标。开发区的专家，研究设施及研 究计划也将要去达到国际标准。其在“具有高度影响力的新兴技术”上的侧重 说出了它取得研发全球卓越的目标。高度影响力就意味着能够将科学及工程创 新推动到一个新的深度和广度的高风险高回报的研发。潜在的回报是巨大的： 如此产生的知识和工具能够为开发区，新区，中国乃至世界面临的最棘手问题 提供明智，简单，划算的解决方案。同样的标准也适用于滨海新区内拥有同样 志向的其他高科技中心。 虽然达到这个目标面临巨大的挑战，开发区特别合适在滨海新区的发展中 扮演次角色。作为一个具有一些支柱制造业的工业园区，开发区提供一个强大， 多元，稳固的制造业基地。事实上，天津经济技术开发区连续十年位于商业部 “ 综 合 投 资 环 境 ” 的 榜 首 (People’s Republic of China Ministry of Commerce,2007)。电子组件和通讯产品占开发区工业产品的百分之五十10。它 是中国最大的电子生产基地及中国最大的移动手机制造基地之一（TEDA, 2007）。此行业中的许多优秀公司都在开发区设有设施设备，包括艾默生 (Emerson)，飞思卡尔(Freesacle)，现代(Hyundai)，IBM，京瓷株式会社(Kyocera)， 摩托罗拉(Motorola)，松下(Panasonic)，三星(Samsung)，三洋(Sanyo) 和雅马哈 (Yamaha)。 机械制造，汽车和汽车配件占开发区工业输出的32%。其汽车工业园是中国 最大的之一，同时也是中国最大的配有1.0升和1.3升发动机的小型车生产者之一。 开发区的国际机械和汽车商包括约翰迪尔(John Deere)，丰田(Toyota)，联合科技 (United Technologies)，大众(Volkswagen)，失崎工业(Yazaki)和Zollern。 食品加工占开发区工业产出的4%。国际投资者包括家喻户晓的品牌，如可 口可乐(Coca-Cola)，龟田制果（Kameda）, 卡夫(Kraft)，雀巢(Nestle)和百事(Pepsi)。 8 一个循环经济使用能源，水和原材料的可持续循环从而最小化浪费和污染。 滨海新区在 2006 年 10 月 22-23 号在天津举办的第三届循环经济国际会议上展示了其循环经济济华。参 见 Salonen (2007)。 10 此数字和本节中所有工业产出百分比均出自 TEDA (2008)。 9 导言 5 生物制药公司占总输出的5%，包括众多跨国公司，如在开发区多年的葛兰素史 克(GlaxoSmithKline)，诺维信(Novozymes) 和Tanabe。 通过前瞻分析实现国务院对滨海新区的展望 2006年兰德公司发表的一系列报告受到新区和开发区高级主管的重视。全球 技术革命2020，执行摘要：生物/纳米/材料/信息领域的趋势、动力、阻碍与社会 意义（GTR 2020 Executive Summary）；全球技术革命2020，深度分析：生物/ 纳米/材料/信息领域的趋势、动力、阻碍与社会意义（GTR 2020 In-Depth Analyses） （两部分合称为GTR 2020）展示了一个具体而广泛的技术前瞻分析的结果，该 前瞻分析指明了未来可能的科技发展及其对全球各国的潜在影响11。GTR 2020 聚焦于新型技术的应用而不是技术本身。这是因为技术本身很难解决现实世界的 问题。他们通常需要被融入于一个产品中以让人们适用他们去获益。例如，GTR 2020中基因改良技术本身不是分析的重点。其重点在于分析如何通过产品利用这 些技术创新，例如用基因改良食品去提高营养成分。 在制定一个为达到国务院期望的战略计划的过程中，开发区和新区的主管相 信GTR 2020中适用的前瞻性分析能够帮助他们认明多产且创新的技术应用，尤 其是适合成为这项努力关键部分的技术应用。他们委托兰德公司进行一项能够帮 助他们制定转型战略规划的前瞻性分析。分析的主要侧重点在于天津经济技术开 发区。但是兰德公司的发现和推荐同样能够在滨海新区的其他地方施行。其最终 目标是推动整个滨海新区的经济发展。新区的其他高科技中心也可能具备所需的 设计结构和能力。 兰德公司项目小组使用GTR 2020中16个最佳技术应用——在2020年最有可 能实现且世界范围内社会影响最大―作为分析的起始点。通过修改2020研究中的 分析手段，兰德公司进行了包括如下五项内容的前瞻性分析： • 从该 16 项技术应用中选出对开发区及新区其他高科技中心追求让新区 成为全球科学工程前沿的最有前途的技术应用。这些技术应用代表着有 新区使命匹配并能利用开发区和新区现有能力的新型市场机会。同时， 这些技术应用也会试图解决对地方，区域乃至全国范围的社会问题，如 减污及公共卫生安全。 • 指明在开发区和新区实施这些技术应用所需的能力。实施世界领先的高 影响力的技术应用要求足够的基于本地及外部的制造，研发科技产业化 的能力。在上诉每个能力区域，新区及开发区都需要充足的人力资本－ 例如，在研发领域，需要能够使用相关领域的科学家和工程师的人才库； 在科技产业化方面，需要熟练的实验室技术人员和管理人员。物理设施， 如先进的设施和运输网络，是必须的。辅助机关，如法律，警察，监管 及标准是上诉三个领域足够能力不可分割的一部分。这个能力的部分现 在就有并可以继续发展；但有些部分新区和开发区需要发展。 11 GTR 2020 updated The Global Technology Revolution: Bio/Nano/Materials Trends and Their Synergies with InformationTechnology by 2015 (Antón, Silberglitt, and Schneider, 2001)指出全球正在进行一场加速整合生 物科技，纳米科技，材料科技和信息科技发展的科技革命。 6 全球技术革命–中国，深度分析 • 对每个技术应用指明新区及开发区可能面对的主要驱动力和阻力。在决 定是否和如何实施一个应用，谁收益，是否可持续及是否产出最优结果 系列问题的有关因素中，驱动力和阻碍之间的平衡是很关键的。驱动力 促进技术应用的实施。阻碍则相反：他们阻碍应用的实施。一项因素既 可以是驱动力也可使是阻力。成本和融资就是很好的例子。充足的风险 资本的存在使得成本和融资成为驱动力，而缺乏足够的资本能将其变成 阻碍。 我们对驱动力和阻碍的分析并非想成为全方位或数量化的分析。我们是 想其成为新区开发区实施应用时可能有益（驱动力）或需要采取行动应 付（阻碍）的各种因素的指南。 • 为每个技术应用提供具体的分析和行动指南，目的在于帮助新区的总体 策略规划。每个行动方案为新区及开发区发展前沿性研究和制造能力并 让新区在全球市场具有竞争能力所需采取的行动提供建议。 • 指出这些最具前途的技术应用如何能够成为新区总体战略规划的一部 分。这些技术应用应成为新区转型成为中国前沿性研发发展驱动力的计 划的一个关键部分。所有的这些技术应用都与最有前途的全球趋势相匹 配，如资源有效利用（如能源和水），卫生和环保；同时也适应于新区开 发区及天津目前的能力；同时支援政府的优先目标。所有技术应用都源 于开发区目前支柱产业中的一个或多个。这一点可以提供一个平稳转型。 在平稳转型中，新的发展源于并发展现存能力；同时新的研发项目及具 有前沿性能力的新公司将整体能力提高到世界标准。 报告的结构 报告的第一部分提供七种技术应用的概述。我们的分析认为这七种技术应 用为新区和开发区经济发展带来最佳契机。报告接下来具体描述甄选这些应用 的方法。第一部分同时提供一份我们做选择并提出行动方案时的四项主要因素 的宏观综述： • • • • 国务院制定的天津滨海新区和开发区的使命 中国迫切的国家需求 中国和滨海新区技术创新的动力和障碍 新区和开发区拥有的在制造、研发、科技产业化方面的相关能力。 第二部分包含七章，每章涵盖一个技术应用。我们在此解释每项技术应用 对新区和开发区的重要性，其目前的科学和市场状况和未来前景，在此种应用 上新区和开发区所拥有的相关能力，和于技术应用相关的驱动力和阻碍。每章 结尾我们描述新区和开发区实施此项应用并将其提高到先进水平所要采取的行 动步骤。 第三部分解释这七项技术应用如何能整合入新区为实现国务院发展先进研 发方针而需制定的综合策略方案。此项计划的一部分就是将开发区建设成为高 度影响力新兴技术的先进科学及工程中心。 第一部分：滨海新区和开发区科学与工程方面最富前景的契机 7 第2章 到 2020 年滨海新区和开发区最富前景的技术应用 天津滨海新区和天津经济技术开发区需要发展先进的科学工程能力以将滨海新 区转变成华北的经济发展驱动力。要实现此项目标，他们需要培育世界水平的能力 去研究、开发及商业化具有高度影响力的，能够让新区成为新兴全球市场中重要成 员的新兴技术应用。七项技术应用特别适合此项目标： • 廉价太阳能 • • • • • • 先进的移动通信和无线射频识别（RFID） 快速生物检测 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 分子级药物的设计、开发与给药 电动与混合动力汽车 绿色制造 廉价太阳能具有潜在的全球市场的强烈需求。该需求的增长将取决于新的薄膜 和纳米技术，而这些在天津地区就现存着重要能力。开发低成本太阳能同时与中国 中央政府强调可再生能源的政策相吻合。 先进的移动通信和无线射频识别（RFID）可以在开发区坚实的电子和信息科技 产业制造的基础上实施。该项技术应用将满足快速增长的城乡无线通讯市场。该项 技术应用的发展也将为用于供应链和物流检测及运输安全的最新新兴技术。这些方 面的应用将随着滨海新区作为国际运输及物流中心的不断增长的重要性而越发重 要。 快速生物检测提供与快速新兴的个人和公共卫生测试和环境监测市场联系的通 道。特别是，它提供了一条应付中国环境和公共卫生先进技术的需要的途径。该项 技术应用建立在开发区现有的先进生物测试公司及开发区生物科技园项目的基础 上。 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂将为渤海湾最迫切的需要之一提供先进技 术的途径。这些途径大多基于纳米科技，故能够在天津地区现有研发的基础上建立。 分子级药物的设计、开发与给药是被全球各大制药公司所追寻的重要应用之一。 它需要已被中国政府确定为优先研发领域的生物科技和纳米科技的共同进步。它建 立在开发区在这些领域已有的能力上并得益于天津现有的制药工业基地。 电动与混合动力汽车建立在开发区强大的电力车研究，设计，开发，生产及推 广的项目之上。新近出现的即插即用型混合动力已经将电力及混合动力车之间的区 别变得模糊。目前全球市场两种车都有市场份额不断增大的趋势。电力及混合车在 中国的开发和使用将对减少石油需求及机动车污染做出贡献，也就解决了第三章描 述的中国面临主要问题中的两个。 绿色生产制造工艺目的在于减少或消除废物流及有害材料的使用。它已经成为 服务全球市场的大型跨国公司的一项重要创新项目。通过在制造业中采取该方法， 9 10 全球技术革命–中国，深度分析 新区及开发区将能够满足全球推广产品的国际标准，同时实现资源的有效及无污使 用的目标。 我们如何为天津滨海新区及经济开发区选取最有前途的技术应用 我们为天津滨海新区及经济开发区选取最有前途的技术应用的过程开始于2006 年兰德公司报告GTR 2020（GTR 2020深入分析，第二章及附录A-E GTR 2020 In-Depth Analyses, Chapter Two and Appendixes A–E)中广泛的文献，分析及专家意 见。我们尤其依赖于报告中对生物科技、纳米科技、材料科技、信息科技和他们之 间的交叉应用的前瞻性分析。 GTR 2020的研究小组最初使用这些技术前瞻性分析指出56项到2020年可能实 现的技术应用。他们随后对这56项技术应用进行如下方面的净评估：（1）推测每种 技术应用在12个社会部门中的潜在影响，（2）评估到2020年产生商业产品的技术可 行性，及（3）评估实施技术应用的可行性，特别是潜在市场大小和是否引起公共政 策问题方面1。 通过上述净评估，最佳的16项技术应用出现了——他们呈现出在多部门社会影 响，可行性和良好商业潜力方面的最强组合。这些最佳16项技术应用为想成为科学 工程中心的区域提供了值得考虑的方案： • • • • • • • • • • • • • • • 廉价太阳能 农村无线通讯 通用信息获取通讯设备 基因改良农作物 快速生物检测 靶向药品递送 廉价自治房屋 绿色生产制造 商业产品及个人的通用无线频率识别 混合燃料机车 弥散性传感器 组织工程技术 改良的诊断和手术方法 可佩戴电脑 量子加密 从如上技术应用中，我们为滨海新区及开发区选出最为恰当的一组。在进行选 择评估的过程中，我们考虑以下四个主要因素： • 新区和开发区的宗旨 • 中国迫切的国家需求 1 (GTR 2020, 15-31 页)。关于该净评估如何进行的例子，参见 Silberglitt (2007)。 到 2020 年滨海新区和开发区最富前景的技术应用 11 • 中国和滨海新区中技术创新实现经济发展的驱动力和阻碍 • 天津地区、滨海新区和开发区拥有的相关能力 为了收集这项分析用的定量及定性数据，我们使用了多处资源： • 现有的介绍新区及开发区使命、历程和现状的中英文文件——从国务院，新 区、开发区和中国媒体的多方角度。 • 有关中国社会、环境和经济方面的需求以及中国政府为解决这些问题而采取 的措施的有关中英文文献。 • 2007 年 5 月，6 月和 8 月在滨海新区，开发区，天津港，天津市及北京市进 行的访问。访问者包括对新区未来相关的各方，包括工人，管理人员，学生， 教授和行政管理者。 • 对新区及开发区外能提供能力的科技研究所进行的访问——例如，北京的清 华大学和中科院和天津的天津大学。 • 2007 年 8 月在开发区举行的为期两天的研讨会。研讨会上来自开发区内的 科研机构，公司和管理层的关键人员参与讨论了他们的历史，目前状况，目 标，计划和挑战。研讨会上的关键发言人依据他们对在中国及其它国家科技 创新，融资和管理方面的广泛经验提供了宝贵信息和展望，使资料数据更为 完整2。 基于这些数据，我们选出七项对新区及开发区而言最有前途的技术应用（表 2.1）。 技术应用 廉价太阳能 表 2.1 为新区和开发区选定的七种技术应用 解释 与 GTR2020 相同 先进的移动通讯和无线射频识别 “农村无线通讯”与“通用无线频率识别技术”相结合并加以修改 快速生物检测 与 GTR2020 相同 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 “水净化用的过滤器和催化剂”稍作修改 分子级药物设计、开发和给药 “ 靶向给药”与“改良的诊断和手术方法”相结合并加以修改 电动与混合动力汽车 将“混合动力机车”扩展到“电力和混合动力机车”。原因在于新近 出现的即插即用型混合动力已经将电力及混合动力车之间的区 别变得模糊。开发区在电力机车方面也具有相当的实力。 绿色制造 与 GTR2020 相同 2 关键演讲人包括中科院研究生院 Liu Xuelin;日本银行中国首席代表 Seguchi Kiyoyuki; J.P. McGregor and Co. 主管及美国信息科技办公室北京分部前主管 Anne Stevenson-Yang; 及中国环境基金，清资本合伙人 Patrick Tam。 讨论会具体议事日程列于附件 A。 12 全球技术革命–中国，深度分析 在最初的12项技术应用中，我们去除了基因改良农作物因为新区不是一个将农 业发展作为重点的地区。廉价自治房屋被去除是因为它不太可能在２０２０年能产 生商业产品（GTR2020 深入分析，第25页／GTR 2020, In-Depth Analyses, p. 25) ， 故而于新区成为经济发展驱动力的目标不相匹配。我们去除了量子加密是因为新区 和开发区目前都没有将信息安全作为重点。我们合并或修改了剩下的技术应用。下 面的表格予以解释。 对七项技术应用中的每一项，我们进行一项全面的前瞻性分析。该分析基于目 前的文献综述，兰德小组中在某技术领域见长的成员的专家意见3及2007年12月在兰 德举办的第二次研讨会4。这些前瞻性分析的结果在此报告的第二部分中描述。 每项前瞻性分析由四个主要任务组成： • 我们为技术应用建立当前的科学和市场状况及未来前景，发展出对于全球市 场的综述，并指出领导重要发展的公司，组织，研究所和个人。 • 我们评估新区及开发区能有拥有的相关能力，既包括当地的也包括更广阔的 能力。 • 我们苹果新区进行开发这些技术应用的努力过程中将会面临的驱动力和阻 碍。 • 我们为将这七种技术应用发展成新区成为先进技术中心的使命的一部分的长 期目标提供行动指南。每项行动计划综合三项轨迹：提高研发水平，扩大现 存制造基地，开发朝向全球市场的产品。第二次兰德研讨会上一些在创新企 业的发展，融资和管理方面具有经验的与会者5为这些行动计划提供了很好的 信息。 3 这些前瞻性分析的领队人是：廉价太阳能，Richard Silberglitt 和 Scott Hassell; 先进移动通讯及无线频率识别 应用, Eric Landree; 快速生物测试 Gregory Jones 和 Brain Chow; 水处理用的膜，过滤器和催化剂 David Howell; 分子量级药品设计，开发和递送 David Howell; 电力及混合动力机车 Scott Hassell 和 Noreen Clancy; 及绿色制 造 Parry Norling。 4 研讨会日程参见附件 B。 5 关键演讲人是 Dawnbreaker 的 John Servo。与会人员列表参见附件 B。 第3章 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 滨海新区和开发区的目标是要成为高新技术和工程中心，为实现这个目标，我 们最终得出前景最为光明的七项技术应用（TAs）。在选择和分析这七项应用时， 我们考虑到了四个主要因素，这一章就来论述这四项因素：滨海新区成为特别试验 区的目标、中国最紧迫的国家层面的需求、国家层面的对高新技术研发的动力和阻 碍，以及滨海新区和开发区内能够支持这些科技发展和应用的能力。 滨海新区成为特别试验区的目标 2006年，国务院确定了天津滨海新区在中国经济发展中特别试验区的地位，其 所在的相对欠发达的东北部地区成为了中国国家经济发展战略的关键。滨海新区作 为经济发展试验区，将通过创新观念、流程、工艺和系统的引入，使其自身的经济 加速发展，为其他发展中地区提供参考，为中国经济的改革和深化服务，推进国家 市场与世界市场的融合，接受国际市场的挑战，扩大内需（国务院，2006）。滨海 新区的成功经验和教训不仅是其自身的成功经验和教训，并且具有推广到全国的意 义。 在过去几十年中，中国经济极大发展，但是其经济的发展只是集中在国家的特 定区域。大部分经济发达城市和省份集中在东部沿海地区，珠江三角洲和长江三角 洲就是最知名的两例。滨海新区同样拥有着150公里的海岸线，因此也在东部沿海发 达地区之列。目前中国政府期望将经济发展从东部向整个国家推进。因此，国务院 指出： 天津滨海新区的开发开放，有利于促进我国东部地区率先实现现代化，从而带动中西部地 区，特别是“三北”地区（中国东北部、中北部和西北部地区）发展，形成东中西互动、 优势互补、相互促进、共同发展的区域协调发展格局。（国务院，2006） 滨海新区位于渤海湾地区，是通往东北、中北和西北地区的门户。因此，要实 现其带动其他地区实现现代化的目标，首先要特别着眼于北部地区。国务院对滨海 新区的长期发展意见中指出，滨海新区的主要战略目标是成为东北部地区的以下几 个中心：（1）先进制造业；（2）研发和科技转化；（3）国际运输和国际物流。滨 海新区同时也在寻求金融机构以及环境治理方面的创新。 成为现代制造业、研发和科技转化以及国际运输物流中心 建立滨海新区和开发区的目标是使其成为区域性的制造业龙头。目前滨海新区 和开发区已经实现了这个目标，其基础是低成本、低科技、劳动密集型制造业。依 照滨海新区成为特别试验区的战略目标，制造业仍然会发挥重要的作用。但是要达 到国务院的目标，滨海新区要摒弃以往的发展模式，在一个更高层次的发展层面上 运行。其他发展中的经济体逐渐成为世界制造业网络中的一环，中国在低成本、劳 动密集型产品方面面临激烈的竞争，因此，中国希望能离开这个领域，进入更高层 13 14 全球技术革命–中国，深度分析 次的市场竞争。同时，中国面临着能源产品价格、土地成本的升高以及工人对更高 工资、更好地生活质量的需求，因此，发展现代化、高科技制造业在滨海新区和开 发区这个中国的试验基地就尤为重要。这类制造业强调研发和技术应用来制造更高 附加值的产品并且提供待遇更加优厚的工作职位。 由于这类制造业是以知识为基础的，知识，尤其是科学技术，在滨海新区和开 发区的转型中尤为关键。同样重要的是科技商品化的能力，因为它可以使知识在设 计创新工艺生产的市场化商品的过程中发挥作用。这样，建立现代化的制造业和发 展高新技术转化就能齐头并进。 国务院对滨海新区的发展意见中提到要将其已经非常可观的航运和运输吞吐能 力“发展为中国北方的国际运输和物流中心”（中国中央政府，2006），这也是与 其他两个目标紧密联系的。天津港已经成为中国北方最大的集装箱运输港，使滨海 新区、开发区和该区域内的其他制造业中心能够与国际市场连通。滨海新区同样拥 有一个深水海湾并且是中国国内铁路运输和空运中心。随着滨海新区的逐步发展为 一个世界级的现代化制造业中心，天津港以及保税区需要发展吞吐能力，成为运输 和物流中心，为滨海新区运输必要的原料并将其产品输出到世界各地。这需要将通 过研发和科技转化而得来的最先进的供给链和物流科技投入应用。 金融部门改革 国务院（2006）指出，滨海新区可以在金融企业、金融业务、金融市场和金融 开放等方面先行先试，可在产业投资基金、创业风险投资、金融业综合经营、多种 所有制金融企业、外汇管理政策、离岸金融业务等方面进行改革试验。 实际上，滨海新区要实现建立现代化制造业中心、建立先进的研发和技术转化 能力、发展国际运输和物流的目标，金融部门改革非常关键。因为在所有这些经济 活动中，都需要金融的支持。简化、计划、知识和决策都是基础，但是如果没有资 金，这些基础并不能自行转化为现代制造业、先进的研发和科技转化或国际运输和 物流。新的经济活动类型，比如科技转化，对中国的金融系统提出了新的要求。同 时，中国也希望使增长中的财富和资本在国家内部流动起来，作为外国直接投资的 补充，带动经济增长。 因此，金融部门改革是中国国家经济发展中的重要一环。由于其经济特殊的环 境和条件，中国的金融改革并不能简单的照搬国际的做法。新的做法可能对传统的 现有系统和中国现阶段的经济发展有所冲击。所以，我们看到国务院的指导中同时 强调了金融部门综合经营的改革和风险基金投资的改革。 2007年12月，中国国家开发银行与滨海新区签订协议，共同出资设立20亿人民 币（2.93亿美元）风险基金来推进滨海新区高科技项目启动。这项风险基金主要用 途是对其他风险基金进行投资，而不是直接作用于实际项目。1其目标是使得最具竞 争力的高科技启动项目能够在境内外上市。这项基金着重电子、生物工程、新材料、 新能源、环境保护以及自动化制造业等领域（“支持滨海新区的风险基金”，2007）。 1 这项基金将选择国内外的表现良好的风险投资基金，包括私募股权投资基金，来投资。要求这些被选中的风 险投资基金在其投资中优先考虑滨海新区的高科技启动项目（参见中国网络信息中心，日期不详； “支持滨海新 区的风险基金”，2007）。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 15 我们在确定滨海新区和开发区所需的新的科技时考虑到了这项新的风险基金的 出现及其主要扶植的行业为我们提供的新的信息，同时，也考虑了滨海新区成为中 国北方现代制造业、研发和科技转化以及国际运输物流中心的目标。考虑到这些目 标领域，滨海新区和开发区在推动目前在其区域内的制造业企业发展方面还有很大 潜力。中国的对科技发展的需要和重视（在本章下一部分将进一步论述）以及这项 新的风险基金的主要资助领域为滨海新区的选择研发和转化的主要领域指明了方 向。 最后，国际航运和物流在天津港和天津港保税区已经有了有很大发展，并且也 会从相关领域的高新技术中获益，比如，船体及其保养的新的高级材料，船舶间沟 通的新的高级通信科技以及高速的物流管理，在海上涂料、燃油和润滑剂的使用和 处置，以及压舱物弃置这些能够产生环境危险的方面能够保障高级环境安全的新科 技。 致力于环境治理改革 几十年的科技高速发展已经极大的提高了几百万中国人的生活水平，其体现在 环境和健康方面的反向作用也是不可否认的（ZhiDong Li, 2003; Jiangguo Liu and Diamond, 2008）。所以中国21世纪的经济发展战略中强调经济发展与环境的协调。 国务院对滨海新区的指导中明确指出：构建合理的空间布局，采取有力措施，节约 用水、集约用地、降低能耗，努力提高单位面积的投资强度和产出效率。另外，“滨 海新区应该成功的解决各种环境问题来维持生态平衡，发展循环经济来实现人与自 然、经济发展和环境保护协调发展”（ZhiDong Li, 2003; Jiangguo Liu and Diamond, 2008）。2 特别的，滨海新区生态城的发展是建立高新技术和科技转化方面能力的非常好 的补充。生态城的理念强调在计划和建立新的城市社区过程中主动的、大量的应用 先进科技，以此来减少人类活动对自然的影响。 滨海新区的中国-新加坡生态城位于塘沽区和汉沽区之间，与开发区和天津港滨 海娱乐区相邻，是一个富有雄心和高度创新的项目。这个目前仍处于第一发展阶段 的基地将会发展为一个占地31.23平方公里、总人口350000的区域。3这个生态城将 具备居住、行政、商业以及娱乐等多项功能。生态城内90%以上的交通将是采用了 绿色科技建造和运行的低污染的公共交通。特别的，生态城的发展会以新加坡的经 验作为参考来应用太阳能、风能、雨水循环、废水处理和海水淡化等技术（J. Wu, 2008）。 这个项目的目标是建立一个可持续发展的范例来激发新的创意、经验和在中国 其他区域（甚至全世界）推进可持续发展的兴趣。高新技术及其商业应用模型的机 会是无穷的。滨海新区发展高新技术和科技转化能力的目标能够从这个项目中获得 推动力并且反过来推动这个项目的发展。 中国对于先进研发和创新的需求和推动力 2 一个循环经济以可持续的循环方式来应用能源、水和原材料，以此来减少废弃物和污染。 参见中国-新加坡天津生态城管理委员会（日期不详） 。芬兰也有兴趣在滨海新区建立一个生态城（参见 VTT Technical Research Centre of Finland, 2007）。 3 16 全球技术革命–中国，深度分析 过去几十年中，中国已经成为了世界经济的重要贡献人员以及主要的国际制造 业中心（可参见Fallows, 2007）。在经济的持续增长的过程中，享受较高生活水平 的中产阶级数量随之增长，中国也面临着很多挑战。这一部分将对其中最紧迫的挑 战进行论述。新技术以及必要的法律、政策、条例和标准的发展和实施，将为应对 这些挑战提供途径（比如，农村经济发展、更有效的利用资源，尤其是水和能源、 减少污染，以及提高公共和个人健康水平等途径）。 减少农村贫困 贫困问题始终是一个困扰中国的大问题。目前，中国的贫困虽然有所缓解，但 在沿海城市工业商业中心以及邻近城市和区域之外，贫困现象依然存在。据国务院 消息，2006年，中国贫困人口达2148万，在农村，有3350万低收入人口。根据国务 院的定义，贫困人口年收入在92美元以下，低收入人口年收入在120美元以下（L. Yan, 2007）。 在过去几十年中，中国实施了大量的计划、创新和改革措施来帮助农村人口脱 4 贫。 作为国家发展战略的一部分，沿海经济有了极大的发展，这将帮助农村经济起 步并且促进其经济的发展。国务院的指导中提到的将滨海新区和开发区作为中国北 方经济发展的试验区就是一个这方面的例子。随着中国的运输和沟通网络范围拓展、 质量提升，5我们看到越来越多的工业从沿海经济的核心地带迁至周边城市或乡镇， 以及更远一些的欠发达地区。6随着中国经济改革和开放的进程，上海、深圳、厦门、 天津开发区以及其他沿海城市，已经不约而同转化为服务导向的经济。 在中国以及世界其他国家，要提高生活水平、减少农村向城市移民的压力、减 轻由此产生的社会问题，农村用户所需的、符合本地条件的科技都是最为关键的 （Malik, 2006; K. W. Chan, 2008）。 应对数量巨大的老龄化进程中的人口的需求 虽然近年来中国人口增长在政府政策和文化价值观变化的作用下有所减缓，中 国依然是一个拥有十几亿人口的人口大国，并且这种情况将持续下去。中国经济必 须为其未来的劳动人员提供工资适当的工作。 待遇更优厚的工作不仅是提高人民生活质量的基础，并且在个人乃至国家层面 为一个迅速老龄化的社会提供了基本支持，也满足了一个新的社会福利体系对个人 提出的在教育、健康以及其他服务中更高的需求。2000年，中国可工作年龄（15-59 岁）的人口与老龄人口（60岁以上）的比例是6.4。根据预测，到2040年，这个比例 将达到2（Jackson and Howe, 2004）。到2004年，老龄人口占中国总人口的11%，据 4 比如 2001-2010 年的新世纪农村脱贫计划以及在它之前的这类计划、国家脱贫计划、对贫困农村家庭在土地 管理和农业生产方面的帮助，以及加强基础设施建设，比如道路、水、电以及义务教育和基本的疾病预防和治 疗（参见“中国的 8-7 国家脱贫计划” ，日期不详） 。 5 到 2007 年底，中国有 53600 公里的高速公路以及 11600 公里的辅路。同时，北京和天津之间通设了高速火车， 上海浦东机场和城市中心拥有世界上唯一一辆磁悬浮列车。参见世界银行(1994)，探讨了中国在 90 年代初拥有 多少高速公路，并于 2007 年的数据进行比照 (see “Rushing on by Road, Rail and Air,” 2008)。更多的中国的高速 公路的增长预测可参见 Davis Langdon and Seah International (2007)。 6 关于中国发展农村高速公路的计划，参见“China Plans to Expand Rural Highway Network” (2004). 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 17 联合国预测，到2040年，中国老龄人口将达到3亿97万，占总人口的28%（Jackson and Howe, 2004）。 中国还不具备一个能够为其老龄人口提供足够保障的社会福利体系。随着旧体 系逐渐被淘汰，一个私有化、市场主导的新体系开始逐渐建立。另外，独生子女政 策在中国过去几十年的实施使得中国的下一代人将担起直接和间接为这部分老龄人 口提供经济支持的重负（Jackson and Howe, 2004）。 满足健康和卫生方面的需求 拥有13亿人口的中国同样面临着大量的健康方面的需求。随着生活质量的提高 和卫生环境的改善，总体上传染疾病的传播已经降低。目前在中国有80%的死亡率 来自非传染性的疾病（比如，糖尿病，心脏疾病）。生活方式所导致的疾病（比如， 已成为中国青少年中日益增长的问题的肥胖症；吸烟导致的肺癌）受到了特别的关 注。7 这些疾病中很多都是慢性病，将通过工作时间的损失和所需的医疗和养护而 给社会施以极大的成本。根据一项预测，未来二十年左右的时间中，中国将有5亿5 千8百万人口由于心脏病、中风和糖尿病而过早死亡（“China Warned of Tobacco Use,” 2006）。 在中国发生了一些公共健康危机，比如禽流感和其他动物性以及人畜共同感染 的疾病，这些疾病能够迅速导致死亡并造成极大的经济损失。2003年以来，有16人 死于禽流感，中国通过动物性疾病损失了400亿人民币（59亿美元）。中国是世界上 最大的禽肉、畜肉和水产的生产人员。成功的保持这些动物和其生活环境的健康， 以及成功的动物垃圾管理，会对公共健康产生极大影响（“广州报告疑似禽流感爆 发，” 2007）。 在中国的公共医疗条件紧张、人口健康水平需要提高的背景下，找到一个低成 本高效率的方法为其人口提供卫生和健康保障已经成为一个挑战。研究人员发现， 中国的农村贫困人口承担着与其人口比例不相称的沉重的医疗负担。统计数据显示， 农村死亡率为城市的四到六倍（Powell, 2006; S. Ma and Sood, 2008; “Rural Mortality Rates in China Outpace Urban Areas by Up to Six-Fold,” 2007）。 满足日益增长的能源需求 13亿人口、发展中的经济以及快速增长的消费，使得中国成为世界最大的能源 消费人员之一，并且这种情况将在一段时间之内保持下去。比如，交通方面对于石 油的需求将随着越来越多的中产阶级成为有车族而继续增长。2008年前五个月，汽 车的销售量比上年同期增长了17.41%。2008年全年，中国预计售出1千万辆汽车（“到 2008年5月中国汽车销售增长了17.41%”，2008）。另外，2007年，中国从一个煤 的出口人员转变为进口人员（“到2008年5月中国汽车销售增长了17.41%”，2008）。 通过中国目前的各项数据，到2030年，其主要能源需求将达到38.19亿吨油当量（IEA and OECD, 2007）。 7 Li (2007); Levine and Stein (2008). 关于中国的 13 亿人口、3 亿 5 千万烟民，并且中国的烟草消耗仍在增长 (see “China Warned of Tobacco Use,” 2006)。 18 全球技术革命–中国，深度分析 但是，能源价格的提高，石油进口的依赖性以及环境方面的考虑促使中国政府 和企业注重提高能源效率、提高产能和从能源密集型工业向非能源密集型工业转型 （“中国逐渐摒弃能源密集型增长，”2007）。 改变水资源短缺现状 中国总体上是一个水源短缺的国家，并且水资源的分布不平衡：北方持续干旱 而同时南方大量降水。北方人口占全国的42%，人均水资源占有量只有757立方米（全 国总水量的14%）。同时，南方的人均水资源占有量则达到3208立方米（全国总水 量的86%）（“中国逐渐摒弃能源密集型增长，”2007）。在北方，可再生的淡水 资源的缺乏使得人们通过地下水资源来解决水资源的需求，但是在局部地区，地下 水资源已经面临枯竭。比如，过去50年来，北方平原地区600亿立方米不可再生的地 下水已经减少了一半，并预计将在15年内枯竭（J. Ma , 2004）。 地下水的流失会造 成地表塌陷，威胁居民的生命和安全（Yueping Yin, Zhang, and Li, 2006; Zou, 2007）。 即使是在南方，水资源供给也很难满足日益增长的生活和工业用水需求：1980 年，城市生活用水达70亿立方米，占全国总需求的1.5%；到2002年，城市生活用水 已达320亿立方米，占全国总需求的6%。同期，工业用水从460亿立方米增加到1140 亿立方米——增长达250%。除了水资源地理分布不均，城乡之间的水资源分布也不 平衡，城市人口由于更完善的基础设施建设和更高的收入水平，而享受着更多的水 资源。8 2003年，世界银行（World Bank）和世界资源研究所（World Resources Institute） 根据联合国所使用的标准，估计中国全境的可用水资源仅仅比水荒（water stress） 高一级。平均而言，每个中国人占有水资源2108立方米，是发展中国家的三分之一， 世界平均水平的四分之一。中国北方，可用水资源已经达到水枯竭（water scarcity） 的标准。9中国的600个城市中有400个面临水资源短缺，大约100个面临着严重的缺 水问题。如果中国人口以2003年的速度持续增长，中国将于2010年面临水荒。中国 科学家预测，到2020年，中国的水资源短缺将达到500亿立方米(“中国水资源供给 需求不平衡加剧”“Water Supply, Demand Imbalance Sharpens in China,” 2003)。 减少污染 中国过去几十年的高速经济增长付出了很大的环境和人口健康代价（Cost of Pollution in China, 2007; Kahn and Yardley, 2007）。根据世界银行，世界污染最严重 的20个城市有16个在中国（Economy, 2004, p.72）。 比如，中国在能源生产方面对煤的依赖是造成中国和邻近地区酸雨的主要原因 （Turner and Kim, 2007）。根据中国国家环保局，2007年，中国有13%的城市降水 的75%或人员以上为酸雨，9.4%的城市酸雨量达50%到75%，11.8%的城市酸雨量在 25%到50%。总的来说，中国34.2%的城市在至少25%的降水为酸雨（中国国家环保 8 平均而言，东南地区每年的降水量是西北地区的 9 倍。参见 Economy (2004); “Water Resources and Freshwater Ecosystems” (2003); “Northeast China Faces Water Shortage as Severe Drought Lingers” (2008); “Water Supply, Demand Imbalance Sharpens in China” (2003). 9 水荒的标准是每年的降水量在 2,000 立方米或以下。水枯竭的标准是每年的降水量在 1,000 立方米或以下 (“Water Supply, Demand Imbalance Sharpens in China, 2003)。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 19 局，2008）。二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的污染源，会破坏人类健康（通过造 成呼吸系统问题）（Goyer et al., 1985），同时也会破坏树木和土壤（EPA，2007）。 与酸雨同时，中国也经历着空气污染的问题，这个问题在大城市尤为严重，造成了 肺部疾病（比如肺癌和呼吸系统问题）的多发。世界银行和中国国家环保局的一项 共同研究估计，中国每年在治疗污染带来的疾病方面的支出和误工费用达1千万美 元，占中国国民生产总值（GDP）的3.8%(“WB: Air Pollution Costs 3.8% of China’s GDP,” 2007)。 中国的土地资源也在受到威胁。在中国，干旱、城市扩张以及建筑是导致沙漠 化和持续的可耕土地流失的主要原因。2004年，一项中国政府调查显示，260万平方 公里的土地已成为沙漠化废地，比过去二十年增加了50%（“Ancient Chinese Town on Front Lines of Desertification Battle,” 2007）。沙尘暴侵袭着中国北方和东北地区的居 住区，给农民的生活带来很大损害（Gluckman, undated）。由于对食品安全的关注， 中国领导非常重视可耕土地的流失。中国面临着非常严峻的现实：要用世界7%的土 地养活世界22%的人口。已有的13亿人口仍在以每年1千万的速度增长着，中国的人 均可耕土地占有量仅有122百万公顷，占世界平均值的40%（Y. Liu, 2006）。 最后，中国的许多湖泊和邻近陆地的海水已经不呈蓝色而是红色和绿色。赤潮 是富营养化的海水带来的藻类过度繁殖（“Harmful Algae”，2008）。在中国，这 与人类活动密切相关。藻类过度繁殖带来的自然毒素会杀死水生植物，比如水鸟、 鱼以及水生哺乳动物，同时也会使得相关水域的水产对人来健康有害。中国是世界 最大的水产生产人员，但已经有很多鱼虾农场由于赤潮而倒闭，同时水产业遭受了 巨大的经济损失(Langfitt and Dewar, 2000; Z. Zhu and Chen, 2002)。赤潮也在一些主 要观赏湖泊和沿海度假区出现（比如，太湖和承办2008年奥运会船类项目的黄海海 域），这使公众对中国严重的水污染问题空前关注(Kahn, 2007; “East China Witnesses Most Serious Red Tide Since 2004,” 2004; Yardley, 2008)。 事实上，中国高层领导阶级已经注意到了污染问题的严重性。胡锦涛主席在2007 年10月首次提出“生态文明”的理念，并强调了中国协调经济增长与环境保护的需 要。2007年3月，温家宝总理在政府工作报告中也提到了中国在控制污染方面的失败 (“Hu Jintao Advocates ‘Conservation Culture’ for 1st Time,” 2007; Yardley, 2007)。 因此，在经济发展和改革阶段，中国政府强调经济发展的新方向。比如循环经 济（循环利用能源、水和原材料以使得垃圾和污染最小化）的理念在中国国家层面 的关于平衡经济活动和环境问题的讨论中备受关注(McElwee, 2008; Yuan, Bi, and Moriguchi, 2008; Zhijun and Nailing, 2007)。中国重视经济发展与环境保护的平衡， 强调清洁生产技术在工业和经济活动中的应用。在减少废气废水排放和空气中毒素、 减少原材料用量过程中，能够增加能源效率的尖端技术和创新尤为关键。因此，中 国通过清洁生产法的制定和实施和以绿色GDP来衡量政府官员的政绩来推进循环经 济的形成(“China Seeks to Develop a ‘Circular Economy,’” 2005)。这个概念也同样受 到了国务院的重视，在白皮书（中国网络信息中心，2006）和十一五计划中（参见 中国国家环保局，2008）均有提及。 随着环境方面可持续的经济发展的国家目标的推进，中国设立了一些实验性的 生态城，在新的环境友好的城市生态城建设中强调高级技术的应用，比如多功能建 筑材料、可再生能源系统、绿色制造工艺以及水和废物循环。在这些生态城中，浦 20 全球技术革命–中国，深度分析 东东滩和天津滨海新区是最为著名的两例，也吸引了大量的国外合作人员。10通过 这些城市取得的成果和经验将为把未来的下一代生态城建设为新的可持续发展的社 区提供示范。但是最重要的，这些生态城将采用很多高新技术，促使其完成更广泛 的商业化过程。 保持经济高速增长 几十年的经济高速增长已经使中国亿万人民脱离了贫困，使上千万人口进化为 中产阶级，并为数万中国企业家提供了巨额财富（可参见，Chang, 2008; Hodgson, 2007）。但是中国仍然需要保持经济快速增长的势头来为13亿人口提供工作机会并 提高其生活水平（参见Prasad, 2004）。即使中国不能维持过去几十年的两位数的经 济高速增长，这个快速运行中的经济发动机也不能承受停运带来的压力。 不断提高的生产力水平是中国经济持续增长的动力。但是这种发展已经不能（或 人员中国不希望）继续建立在廉价劳动力、廉价土地、带税假期、低能源以及其他 资源投入的基础之上。11随着越南、柬埔寨以及其他一些国家提供更低廉的劳动力， 中国要继续保持市场竞争力、吸引国内外的投资人员，就必须提高生产力水平、产 品附加值以及中国国内的服务性行业水平(“China Needs Innovation,” 2007)。 中国正处在发展转型期。制造业依然处在关键地位，但是中国已经打造了一条 新的经济发展之路。目前中国已经成为世界最大的技术产品出口国，但是其中很多 产品还处于技术链条的低端，或人员属于其它国家拥有专利权的产品。12中国目前 需要向国外组织购买技术产品和专利在中国的工厂、银行、高速公路以及学校来应 用（Serger and Breidne, 2007; and “China and the World Economy Workshop,” 2005–2006）。由于购买技术专利这部分成本，中国企业的边际收益锐减。另外，即 使中国企业愿意支付高昂的价格来购买国外拥有的技术，也不一定能够成交：卖方 的国家法律也许会禁止相关技术的出口，或人员卖方为保证自己国家的生产和工作 机会具有最大化的附加值而拒绝向境外出售技术专利。 在未来，对于中国，尤其是沿海中心经济来说，知识驱动的经济增长非常关键。 而其中最关键的是高新技术。中国自主创新的需求能够减少中国对国外科技资源的 依赖（Linton, 2008; Serger and Breidne, 2007; see, e.g., Xin and Yidong, 2006）。同时 中国工业也需要发展技术创新来满足其自身的技术需要，而不是继续借用和被动接 收外界的资源。最后，这类创新使中国能够停止对世界最发达科技国家的追赶而在 科学发展方面跻身这些国家之列。目前中国的需要是明确2006到2010年这个五年计 划中需要着重发展的科技项目。13 10 “Shanghai Plans Eco-Metropolis on Its Mudflats” (2006). 东滩是第一批四个生态城之一，采用了来自英国的城 市规划、建筑和工程公司(see Arup, undated). On Eco-City in Tianjin, see “China, Singapore Build Eco-City in Tianjin” (2008); MacLeod (2007); J. Wu (2008); and “Another Chinese Eco-City Planned” (2008). 11 Wolff (2007). 中国的劳动力供给在未来几十年里会随着人口增长的减缓而减少。这可能会给劳动力价格增加 压力。如果不能提高劳动生产率，劳动力价格的增加将会削弱中国经济的竞争力(see Nielsen and Fang, 2007). 12 比如，在电信业，参见 J. Ng (2006), “Premier Wen Stresses Innovation” (2005), and Xu (2005). 13 更多的此计划中的主要科技项目参见中国网络信息中心（2006a） 。这些项目包括：(1) 集成电路和软件（建 立集成电路研发中心、使 90 纳米及更小尺度的集成电路技术工业化、发展基础软件、中间设备、大型核心技术 软件和集成系统）； (2) 新一代网络（建立下一代网络示范项目、覆盖整个国家的数字电视网络以及私有的移 动通信示范网络）；(3) 高级计算机技术（在每秒千万亿次运算的高速计算机方面实现突破，建立网格化的高级 计算机平台以及推进每秒万亿次运算的计算机商品化）；(4) 生物制药（为重大疾病抗生素、转基因药物的商业 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 21 另有两个中国需要在未来几年内发展高新技术的原因。不仅中国的制造业要走 高附加值的道路，同时在近几年内发生了一些事件使得中国品牌在世界上有低质量 保证的印象（see, e.g., Liptonand Barboza, 2007; “China Exports Lead Poisoning,” 2007; Skelton, 2007; and Story, 2008），这种受到损害的品牌形象需要重建，重新取得国内 外消费人员的信任。 建立值得信赖的品牌不可能在一夜之间完成，而很可能需要多达数十年的时间 来大打造品牌声誉。比如，“日本制造”的品牌在50到60年代的北美市场口碑不佳， 而到了70、80年代，随着日本厂商持续的在质量和可靠性方面的努力，日本品牌赢 得了消费人员的信任，而保持这种信任需要在这方面持续的警觉。 在日本生产的产品中，提高管理水平是提高产品质量的重要一环，同时，科技 也处于非常重要的位置。高级的精确度控制和监督系统为高质量产品提供了保障， 同时，新技术促生了新产品，比如索尼®随身听®（Sony® Walkman®）磁带播放器， 松下®（Panasonic®）录像机，以及任天堂®（Nintendo®） Game Boy®游戏机永久 的改变了世界对“日本制造”的印象(see Morita, 1986; Imai, 1986)。 国家层面的对发展高新技术的动力和障碍 在GTR 2020中，我们分析了可能成为科技的动力和阻碍的十个领域：成本和融 资；法律和政策；社会价值、公众观点和政治；基础设施；知识产权；资源、环境 和健康；研发投资；教育和文化；人口及其分布；国家治理和稳定性。在GTR2020 （In-Depth Analysis, pp. 78-84）对这些动力和阻碍分析的基础之上，加上从近期的 中英文献中提取的、通过采访和研讨会获得的信息，我们相信以下的领域囊括了会 对滨海新区和开发区的发展和高科技实施产生影响的最重要的动力和阻碍。 首先是中国的需求。这在之前的部分有所讨论。生产力和能源效率的发展、对 环境影响的减小、公共卫生和个人健康水平的提高以及收入和消费的增加都会通过 实现新突破和解决旧问题，而成为滨海新区和开发区发展高新技术的动力。这些需 要越强烈，对于高新技术的需求就越迫切，对于新技术的接受能力也越强。 第二是国家的科技政策。要解决国家需求、实现国家发展的目标，国家对高新 技术的重视在未来几年内将进一步加强。市场动力可能会对高新技术的发展方向有 影响，而政府确定的国家层面的发展重点则可能会有更加重要的影响，因为中国政 府是高新技术活动的最主要的资金来源（在中国，绝大部分研究机构是政府所有的， 比如，大学、国家研究机构和实验室、科技转化机构）。有一系列的国家层面的发 展重点为投资提供导向，这就是说可能有一些研究项目虽然有潜力做出重要的突破， 但是由于没有落在国家重点扶植领域中而不能得到资金。在私人融资机制在中国的 高新技术领域中成熟起来之前，研究人员和企业家只能主要依赖公共支持，而这些 公共支持的分配是由国家政策来引导的。14所以，国家研发政策只对与之符合的高 科技起到推动作用，我们在为滨海新区和开发区选择项目时也考虑到了这个因素。 化生产建立示范项目，发展中医系统，提高新药发明和生产能力）； (5)民用飞机（开发用于支线和干线的飞机、 一般用途的飞机和直升机以及高级发动机） ；(6) 卫星应用（开发新的气象、海洋、能源和通信卫星以及无毒无 污染的加大推力的运载火箭；为了民用卫星系统建立地球监测和导航卫星系统、 设施和示范项目） ；(7) 新材 料（为信息、生物和空间工业所需要的高新材料建立商品化生产的示范项目） 。 14 公共支持包括研发拨款和公共出资的研发设备使用权，比如实验室、孵化器、参加国际科技会议的差旅经费 22 全球技术革命–中国，深度分析 另外，高新技术方面的国家资源的分布也会对中国高新技术的发展产生影响。 北京是最先进的高新技术活动集中的城市，因为它集中了绝大部分全国最好的大学 和研究机构。中国多个城市建立的国家科技工业园也是激发当地智力潜能的一个手 段。这些国家科技工业园满足了当地工业发展的需要，同时将国家研发的能力拓展 到北京之外。研究人员能够通过各种联系与国内外同行进行合作的轻松程度决定了 诊断复杂问题和找到解决方案的难度和速度。 第三是其他可能对高新技术产生动力的国家政策。除了科技扶植（直接强调高 新技术的政策），其他国家政策也能推动高新技术的发展方向并且通过激发需求来 推动新技术的应用。比如，更严格的空气质量控制法规会促进减少工业和汽车排放 的高级技术的发展和应用（比如，“China Passes New Green Laws Aimed at Businesses,” 2008; and Ash, 2008）。另外，取消对燃料（“China Should Stop Energy Subsidies,” 2006; Bradsher, 2008c）或其他类型生产原料的政府补贴，为了确保竞争 力，对高新技术及其应用的私人投资会相应增加。 第四是知识产权保护。拥有健全的、透明的和可靠的知识产权法律法规对于促 进高新技术的发展至关重要，这不仅包括中国研究人员和企业家进行的高新技术活 动，也包括吸引国外资金和人员到中国来从事高新技术活动（可能与中国研究人员 和企业家合作）。这个领域始终是一个阻碍因素，因为多家国外投资人员都认为中 国的知识产权系统比较薄弱，这影响了他们在中国的高新技术企业投资（“EU, China Cooperate on Illegal Trade,” 2008; ACCI, 2006; Ben-Artzi, 2007; Plasmans and Tan, 2004; Javorcik, 2004）。中国的知识产权法规体系在发展，但是还非常不完善，尤其 是在执行方面。15中国领导人强调了在中国提高知识产权保护来促进国内的创新并 吸引来自国外的高科技方面的投资的重要性（“Hu Visits Microsoft,” 2006; Ding, 2006）。但是知识产权保护的执行需要中国各级政府的政治意愿、领导、训练有素 的执行人员以及正确的工具和资源，而且必须是在整个国家中都是严格执行的。 比 如，我们在中国采访到一位专家，他强调说中国在知识产权方面缺少训练有素的执 行人员（比如律师、助理律师和行政人员），这已经成为政府执行知识产权法规和 企业遵守知识产权法规的一个重大的阻碍。16过去二十年中，中国大学之培养出了 3000名知识产权方面的专家，而中国到2010年为止，在这方面的需求是50000至60000 (“China Needs More Experts in Intellectual Property Rights,” 2007)。 第五是金融和银行法律法规。与知识产权法律法规类似，这些法律法规同样需 要健全、透明和可靠。对金融和银行机构改革的反复强调是一个正面的因素，但是 这方面的法律法规仍然是个阻碍因素，因为如近期一个经和组织（OECD）的报告 （“Wen Calls for More Financial Reform,” 2007; Davies, 2006; see also OECD, 2008） 所强调，要在中国完成金融和银行机构的改革，任重而道远。中国政府清醒地认识 到金融和银行部门改革是盘活国内外资本和资源来支持高新技术发展的基础。随着 知识产权环境的好转以及能够促进高新技术投资的其他条件的逐渐成熟，针对高新 技术的私有风险基金也会随之而来。同时，中国政府发起和投资的高新技术风险基 以及其他类型的政府对研发的拨款和激励项目。 15 关于中国知识产权的相关细节，参见 McCormick (2006) and G. Zhang (2005). For specifics on IPR laws and regulations, see China International Electronic Commerce Center (undated). 16 兰德公司对中国科技企业所有人员和经营人员的采访。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 23 金也能满足一部分需要，但是它究竟会促进还是阻碍私有风险基金在中国的发展尚 不明了。 第六是对高新技术活动以及其商品化有直接影响的政策、法律和条例。这些都 可能成为高新技术发展的动力，比如通过给研发活动提供必要环境或人员为研发的 产品创造市场。但是它们同时也能在几个方面成为阻碍。研究人员需要为其研发活 动获取材料、设备和试验介质。对实验室设备制定了高税率的法律和条例，在储存、 使用和处置实验材料方面的繁琐要求以及对研究人员和研究对象保护的缺失，都可 能构成高新技术发展的阻碍。同时，如果缺乏保证产品性能和安全、为消费人员提 供保护的法律法规，那么高新技术的市场化就可能面临阻碍或人员减缓。 第七是人力资本，这可能成为动力，也可能成为阻碍，取决于高新技术所需的 智力型人才是否充足。高新技术企业是以知识为基础的企业。除去科学和工程部门 的知识、银行和金融方面的知识之外，企业和人力资源管理、法律法规事务以及市 场销售方面的知识也都在从选聘科学家到产品商业化的整个企业链条中发挥着重要 作用。虽然中国每年培养出的科学家和工程师的数量和质量还处在争论之中，17但 是可以肯定的是，如果中国的智力资源非常匮乏的话，像微软、摩托罗拉和IBM这 类公司就不可能在中国设立研发机构。同时中国每年培养数万其他领域的大学生。 很多留学生也为了实现其职业和财富目标而从海外归来。 但是，处于一个经济增长中的老龄化社会，高新技术企业间已经非常激烈的人 才竞争将愈演愈烈。18除去中国境内其它生产部门和企业对人力资源的竞争，训练 有素的专家也会得到其他国家雇主的垂青。简而言之，来自世界各地的雇主都在争 取中国的最优秀最有前途的人才。能给他们提供最佳的职业机会、工资以及生活质 量的雇主，将获得最多的智力资源。 从长期来看，中国的问题可能是未来的年轻人是否愿意到高新技术企业工作、 在其中做什么工作（比如，工程师还是知识产权律师，或人员是高技术企业管理人 员）以及什么样的政策能够促使他们加入高新技术企业。同时，中国也面临着在人 力资源短缺的条件下如何从其他途径获得所需的人力资源的问题。比如，鼓励海外 青年归国从事高新技术培训或工作的政策（美国曾在这方面获得过成功）就是一个 选择。 第八，最后一条但也同样重要的是，高新技术的文化氛围。这一点超越了研究 人员和企业家的世界观或人员想法。其核心问题是政府、研究人员、企业家、投资 人员以及尾端的用户是否都是通过高新技术寻求高效解决方案的风险承担人员以及 他们能够在多大程度上承担未来的可能失败和损失。高新技术有着极大的潜在收益， 但是在商品化过程中通往发现和成功的道路却荆棘丛生。其中很多不同程度和层面 的问题，会影响中国的高新技术文化的形成，成为这种文化氛围形成的阻碍(Lynton, 2006; Angel, 2006; CAS, 2008)。这样的文化氛围会影响投资人员对于是否将其资金 投入到高新技术项目中的决策。 17 例如， Gereffi et al. (2005), 探讨了中国每年究竟能够培养多少工程师。作人员提出中国每年毕业的工程、计 算机科学和信息技术等专业的大学毕业生有 350,000 人，这仅仅是其他渠道发布的数字的一半(see also Wadhwa et al., 2007)。 18 兰德公司在天津经济技术开发区和北京对中国研究人员和企业家的采访。 24 全球技术革命–中国，深度分析 滨海新区和开发区的本地生产能力：研发、生产和科技产业化 滨海新区和开发区是否能成功建成高新技术研发中心取决于以下三个方面：研 发能力、生产能力和科技产业化能力。从这方面考虑，滨海新区、开发区和天津市 三人员内部的本地生产能力非常关键。但是要达到滨海新区和开发区所希望的创新 程度和影响力，他们需要扩展到中国其他地区以及全世界来获取所需的生产能力。 研发能力 科技中的研发能力是一种知识密集型的活动，其关键在于由科学家和工程师所 组成的专业的人员队伍以及能够呈现其想法的尖端设备。从企业园区到工程中心， 很多这样的机构坐落在滨海新区和开发区，比如以下几个：19 • • • • • 中国国家纳米技术与工程研究院（CNANE）：这个坐落于开发区的纳米科技 中心具备了尖端的编织和测量纳米级材料和装置的设备。其研究项目包括了 纳米级滤膜、化学和生物传感器、能量存储装置以及生物催化剂，同时也包 括纳米级药物。20 天津生物芯片技术有限责任公司（TBC）：成立于 2003 年，TBC 是由国家 高新技术项目（863 项目）出资设立的五个国家生物芯片研发中心之一。 天津大学的化学工程和技术学院：天津大学的这个学院拥有资源化学工程、 环境化学工程、制药工程以及材料化学工程等方面正在进行中的项目。从 2005 年到 2008 年，来自这个大学的研究人员发表了 920 篇科学引文索引数 据库 （ SCI） 文章、 申请了 292 项专利并且批准了 125 项专利的应用 （TU School of Chemical Engineering and Technology, 2003）。 天津电源研究所：这个研究所从事高级电池和燃料电池方面的研发，包括镍 金属氢化物电池（NiMH）、锂离子电池（Li-ion）以及乙醇燃料电池（DMFCs）。 它已经加入了中国化学与物理电源行业协会（CIAPS）。 中国汽车技术研究中心(CATARC) 汽车高科技公司(CAH)和天津市环科机动 车尾气催化净化技术有限公司：这两个公司致力于催化剂转化方面的研发。 天津享有国际声誉的研究人员涉及了如下的研究领域： • • • • 19 最近，天津大学的张凤宝，与南开大学的同行一起，完成了碳纳米管的分离 并且在实验室层面证明了碳纳米管能够用于药物传输（Xiaobin Fan et al., 2007）。 天津大学材料科学与工程学院的张璐和封伟对树枝状共轭聚合物在提高有机 发光二极管(OLEDs)性能方面进行了研究。 同样来自天津大学的王静对电子墨水颗粒和电子纸张的性能进行了研究。 王世昌在天津大学化工学院领导着一个关于脱盐的基础研发项目。 参见一个天津经济技术开发区的完整清单(undated[b])。 与 CNANE 副主任（2006）Autumn Wei 进行的技术探讨和实验室参观，对国家纳米技术产业化基地常务副主 任（2006）、纳米技术风险投资有限公司总经理（NVCC）（2006）孟策的采访。 20 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 25 同时，天津的科学家也建立了与中国其他地区和世界范围内的其他研究人员的 合作。举例如下： • • 南开大学的耿新华领导的研究小组与北京太阳能研究所一个由赵玉文领导的 研究小组合作发表了关于 薄膜硅光电池（PV）材料的文章。 TBC 的国家研发中心与美国博奥生物公司（Affymetrix）合作，发展了基于 微芯片的快速生物催化剂的应用。 中国其他地区也有极具影响力的研发项目在进行，包括学术上的和工业界的。 有希望为滨海新区和开发区所用的其他地区的产能包括： • • • • • • • • 北京分子科学国家实验室和北京大学化学与分子工程学院的研究人员从事染 料敏化（第三代）太阳能电池的研究 (Xing Fan et al., 2008)。 中国科学院（CAS）电子研究所从事电动机和电动机控制系统的研发。 清华大学计算机设计研究院从事车载充电和电池管理方面的研发。 华南理工大学的研究人员正在研制环境友好的聚合物发光二极管（PLED）的 化学换代品（F. Huang et al., 2007）。 北京大学的研究人员在为记忆体研制碳纳米管开关（Chen et al., 2008）。 华中科技大学和清华大学的研究人员在研究如何将铁电体电容器与可行的应 用相结合来制造出铁电体随机存储器 (FeRAM) (L. Wang et al., 2007)。 清华大学的研究人员在微型燃料电池方面进行相关的设计和微细加工技术的 研究（Zhong et al., 2008）。 CAS、上海交通大学和复旦大学的研究人员在与美国的超捷公司（Silicon Storage Technology）合作，进行相变存储材料的相关研究(Shen et al., 2008; J. Feng et al., 2007)。 高素质的科技劳动力。科技方面的高素质劳动力作为技术员、其他实验人员、 工程研究员和研究管理员的来源，对于高级的研发而言，也是一个关键性因素。天 津市有43所大学。在本报告起草期间，有24万5千大学生和4万研究生入学。这些大 学包括： • • • • 天津大学（其前身北洋大学建立于 1895 年）（天津大学，日期不详）。 南开大学（建立于 1919 年）（南开大学，日期不详）。 天津财经大学（建立于 1958 年）（天津财经大学，日期不详）。 天津科技大学（建立于 1981 年）（天津科技大学，日期不详）。 2004年，天津科技大学的三个校区之一建在开发区。 2003年，南开大学在天津 经济技术开发区设立了生物科学和生物技术学院，这个学院致力于从事基因组、功 能性基因组、生物芯片以及分子病毒学等方面的研究（see TU of Science and Technology, undated, and TEDA School of Biological Science and Biotechnology, undated）。 26 全球技术革命–中国，深度分析 2007年，45627名本科学历的学生毕业于天津市的各大院校。他们的学位涵盖了 科学和工程的各个领域，包括信息和计算机科学、自然科学、生物技术、微电子、 材料科学、软件工程、通信工程、城市工程以及工业工程（Invest teda, undated）。 中国的户籍系统要求这些毕业生中的很大一部分都留在天津工作，这也就扩大 了本地的产能。这个户籍系统控制了中国内部的人口流动。每个公民都被根据其出 生地或人员其父母居住地划定为某省的农村或人员城市居民。这种划分决定了一个 人可以在什么地方合法的工作和居住。如果一个人获得了户口所在地以外的工作， 包括从同一个省的农村到城市，迁户口必须得到政府批准。而获得迁户口的批准并 不容易。 至少在一定时间内，拥有大学学位也不能逾越这个户口系统。比如，一个农村 青年不需要户口迁移可以到城市或人员他户口所在地之外的省份学习。但是在毕业 后的三年之内，他必须找到一份固定工作，才能以此来申请改变户籍情况。超过三 年，如果他的户口迁移迁移申请还是没有获得批准，按法律规定他要回到其户口所 在的农村地区。滨海新区能够提供毕业生所需要的固定工作，来使得他们可以留在 天津。 吸引人力资源的激励机制。为了使滨海新区成为一个高新技术中心，开发区提 供了一个激励模型来吸引高质量的专家型和培训所需的科研人才。在这方面，开发 区投入了大量的资金、设立了众多项目：21 对公司的激励机制包括以下几点： • • • • • • 开发区人才特别基金为雇用了科研专家和技术管理人才的企业提供补贴。 设立了博士后位置（博士后工作站）的公司可获得 5 万人民币（7292.5 美元） 22 作为科研工作的资金。 设立了“创新和实践基地”的公司可获得 30000 人民币的补贴。 博士后课题研究小组在存在期间将获得 10 万人民币的国家补助和 5000 人民 币省级补助。 每年，对资助员工海外培训的企业颁发 100 个奖项，这些企业需要达到为每 个海外培训的员工提供了 2 万人民币以上的经济支持或人员提供的资金达到 了其培训费用的 20%。 在著名大学中实施共同出资或人员共同命名的高达 5 万人民币的奖学金项 目。这些奖学金旨在提高滨海新区和开发区在大学生中的知名度，以使得滨 海新区的企业能够更容易的获得人才。 对个人的激励机制包括： 21 这些关于激励项目的信息是从天津经济技术开发区年度报告和 2007 年 6、7 月间对开发区管理层的采访中得 来的。 22 根据 2008 年 9 月 16 日的汇率，1 元人民币等价于 0.14585 美元（OANDA, undated） 。以下我们将只给出人民 币为单位的价值。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 27 • • • 博士后研究支持项目对研究人员个人提供了经济支持，并为他们提供了在企 业和博士后创新基地中的工作机会。企业中进行的这类项目会得到每年 5 万 人民币的资金支持，在一个博士后基地，资金支持可高达 3 万人民币。如果 在国际期刊上能够发表文章，每人会获得 1 万人民币的奖励。 博士毕业生从事博士后研究或人员进入博士后创新基地工作，如果能与开发 区签订两年工作合同并且在开发区购置住房，能够得到 10 万人民币的补助。 另外一个激励项目涉及多达 40 万人民币的资金，针对与开发区内部的企业签 订长期合同（五年及以上）并购置住房的博士毕业生。 一些这类激励项目带来的丰厚的收益。2000年博士后位置初设，到目前为止， 开发区在博士后科研方面的投资达3977万人民币。而经济开发区内的企业由此而来 的净收益已达1亿5千万人民币以上。简而言之，每一元人民币的投入带来了四元人 民币的净收益(TEDA, 2007)。 研发能力的不足。滨海新区和经济技术开发区在吸引具有前沿技术的研发人才 和创新型公司方面是具有潜力的。但其在国内外所面临的竞争也是激烈的。中国的 企业正在发展，并在未来几年对高知识人才的需求量将会很大，这种竞争将不会减 少。尤其是中国的外资公司经常寻求通过雇佣更多的中国专业人才降低成本和使运 营管理地区化(“Getting Ahead of the Gang,” 2008)。麦肯锡公司公布报告称1998年到 2002年期间，在中国外资企业工作的员工数每年有12%的增长，合资公司则有23％ 的增长，占270万新员工。 麦肯锡预测，假定这些新员工中有30％拥有本科学历， 对于劳动力的需求仍持续增长，这两种公司在2003年到2008年之间将需要雇佣额外 的75万名毕业生。麦肯锡估计中国将在此期间拥有110万可在世界级公司服务的毕业 生。在这些毕业生中，70％会去大型跨国公司或合资公司，只有30％的人会去小型 跨国公司或中国的公司（McKinsey Global Institute, 2005）。 来自国外的竞争也很明显。如今，世界是一个对中国知识分子开放的劳动力市 场。根据中国社会科学院The Report on the Development of Chinese Talent in 2006统 计，大约106万中国人在1978年到2006年期间出国留学，其中只有27.5万人回国发展 (F. Li, 2007)。 滨海新区和经济技术开发区在保持高影响力的研发能力方面的长期成功与否将 取决于滨海新区和经济技术开发区是否能够为国内和国外的科技工程人才提供专业 机遇、经济前景和他们个人和家庭需要的生活质量。许多我们采访过的中国专家告 诉我们北京和上海是他们认为最有吸引力的生活和工作的地方。这些城市集中了高 级研究机构和研究人员、未来的机遇、人际网络和更高的薪金使得它们成为拥有中 国人才的巨头。23 科技工程人才的配偶也将从这些城市的工作机遇中得益。而且我们也不得不提 到这些城市中的高质量的中小学，这将通过对他们子女的教育方面吸引这些人才。24 制造能力 23 24 我们通过 2007 年 5 月至 8 月之间和天津经济技术开发区和北京的人才进行访问得出了此类观点。 我们通过 2007 年 5 月至 8 月之间和天津经济技术开发区和北京的人才进行访问得出了此类观点。 28 全球技术革命–中国，深度分析 制造能力的核心是产业的存在，伴随着公司数目的增长（包括500强企业）、产 业产出的增长和GDP的增长。支持生产企业的基础设施也必不可少，公用事业确保 运营正常，基础设施处理物流和仓储运输。现在污染和废物管理对政府和企业变得 日益重要，应加大力度建立循环经济和使用绿色制造技术。 经济技术开发区现在是滨海新区的商业和制造中心，并最终决定滨海新区的主 要工业能力。支持快速增长的有效生产和产品分配需求的设备存在于天津港自由贸 易区和天津港。这三个区共同组成了滨海新区的生产能力。 产业的存在。以下是工业在区域内存在的因素。 现有产业和公司。经济技术开发区现有的产业和公司基于四个支柱行业，占有 经济技术开发区90％的总产量（图3.1）： • • • • 电子与电信 机械，包括汽车及汽车零部件 生物技术与化学品（包括药品） 食品与饮料 图 3.1 2007 年，经济技术开发区不同行业的工业产值(%) 电子与电信是迄今为止这四个行业中最大的一个，占有2007年工业生产比重的 50％。机械与汽车行业紧随其后占有32%。生物制药占有6％，食品与饮料同年占有 4％。总体上讲，随着经济技术开发区继续多样化和增加其它支柱行业的投资，尽管 电子与电信继续保持了经济技术开发区生产的最大份额，其所占的比重正在减少。25 在2007年底，4485家国外、香港、澳门和台湾的投资企业在经济技术开发区运 作，总累计投资额为403.2亿美元(TEDA Investment Promotion Center, 2008)。在经济 技术开发区投资的财富500强企业（来自10个国家的62家跨国公司）增加到了2008 年6月的139家（TEDA, 2008; 见表3.1）。增长呈持续上升的势头，而1991年前在经 济技术开发区只有5家这样的公司（图3.2）(“Fortune 500 Companies Invest in Over 100 25 经济技术开发区 2005 年年报（TEDA Investment Promotion Center, 2006）指出 2004 年电力与电信行业的工业 产值占 68％，机械与汽车行业占 21％。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 29 Enterprises in TEDA,” 2005)。跨国公司的涌入大大驱使了企业的扩张，并且支持他 们的小型公司也来到经济技术开发区建厂。Toyota是一个主要的例子。 图 3.2 1984－2005 年，经济技术开发区财富 500 强企业数量的增长 表 3.1 部分在经济技术开发区投资的财富 500 强企业 行业类型 机械与汽车 轻工业(食品与饮料) 名称 国家 John Deere 美国 Korea Kumho Petrochemical 韩国 Nippon Yusen Kaisha 日本 POSCO Mill Korea 韩国 SEW-EURODRIVE 德国 Sumitomo Corporation 日本 Toyota Motor Corporation 日本 United Technologies 美国 Volkswagen AG 德国 Coca-Cola Global 美国 Kraft Foods 美国 Nestlé SA 瑞士 Otsuka Pharmaceutical 日本 30 全球技术革命–中国，深度分析 行业类型 电子与电信 生物制药 其它 名称 国家 PepsiCo 美国 Alcatel-Lucent 法国 Canon Global 日本 Honeywell 美国 Hyundai Motor Company 韩国 IBM 美国 Kyocera Global 日本 LG Group 韩国 Motorola USA 美国 Panasonic Corporation 日本 Sanyo Electric 日本 Samsung Electronics 韩国 Yamaha Corporation 日本 Archer Daniels Midland 美国 Novozymes 丹麦 Novo Nordisk A/S 丹麦 GlaxoSmithKline 英国 Tanabe Seiyaku 日本 Halliburton 美国 Idemitsu Kosan 日本 Mitsubishi Companies 日本 Daiei 日本 Energizer Battery Company 美国 Owens Corning 美国 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 31 据经济技术开发区管理委员会主任李勇的话说：“由于丰田汽车公司在经济技 术开发区建厂，经济技术开发区已拥有超过 100 家汽车零部件生产企业。(“TEDA Wants You,” undated)。 表 3.1 列出了部分在经济技术开发区投资的 500 强企业。国外投资者在经济技 术开发区的作用非常明显，在促进该地区的产业发展上也起到了显著的作用，同时 中国的公司也对经济技术开发区起到关键的作用。天津第一汽车集团公司是生产 Toyota Corolla 和其它汽车的企业，它拥有经济技术开发区最多的工业生产量。其它 在经济技术开发区的中国领导企业活跃在其它的支柱行业，如天津顶益食品，天津 津亚电子有限公司。表 3.2 显示了 2007 年内占经济技术开发区投资 100 强的国企名 单。 此外，高科技生产能力在经济技术开发区的生产能力正在增长。比如，CATARC 在经济技术开发区建立了天津清源电动车辆研究中心进行电动车辆的研发。该公司 的成功带动了天津清源电动车辆有限公司生产一系列的电动车辆，包括汽车、公交 车，和货车等。这些车辆不仅在中国销售，他们也有一定的海外客户，包括美国国 家航空航天局（NASA）。26 表 3.2 2007 年在经济技术开发区投资最多的中国企业名单 公司 26 排名 第一汽车集团公司 1 渤海证券 7 天津津亚电子 10 天津英泰汽车饰件公司 11 中国银行渤海分行 16 天津金桥焊材集团有限公司 21 天津顶益国际食品有限公司 30 大陆汽车系统 31 北海粮油工业(天津)有限公司 36 天津中集北洋集装箱有限公司 37 江苏金湖蒿珍王听饮食品有限公司 38 振华物流集团 61 RAND 与天津清源电动车辆研究中心的领导进行访问。NASA 购买了这些无排放的电动车辆，并在他们的大 型设施中使用(如 hangers)。 32 全球技术革命–中国，深度分析 其中许多公司设立于经济技术开发区的工业园区和一系列的特殊工业区中，如 在电子方面包括： • • • • • 通信工业园 切片组成部分工业园 集成电路工业园 经济技术开发区微电子工业园 经济技术开发区逸仙科学工业园（电子，汽车零部件和包装材料） 在生物技术和化学品方面，经济技术开发区有： • • • • • 经济技术开发区化学工业园 华生生物园 近代中国传统医药工业园 华立达生物园 津滨医药园（TEDA, undated[a]） 经济技术开发区的工业生产。 经济技术开发区的成功吸引了来自国外、香港、 澳门、台湾和财富 500 强的企业，并在过去的 20 多年的历史中保持快速增长趋势。 在 2003 年到 2007 年间，经济技术开发区的工业生产总值从 1250 亿元上升为 3350 亿元人民币。大型和中型企业和来自国外、香港、澳门和台湾地区的公司组成 了一个可观份额，见表 3.3。高科技产品（生物医药、新材料和新能源）也促使了该 份额占工业生产总值比重的增长。 表 3.3 细分经济技术开发区的工业生产总值 工业产值 2003 2005 2007 总值 (10亿元人民币) 125 231 335 国外、香港、澳门和台湾地区的投资 (10亿元人 民币) 121 225 323 大中型企业的百分比 91.8 95.0 96.2 72 143 197 57.5 62.1 58.9 高科技产品的总额 (10亿元人民币) 高科技产品的百分比 来源：TEDA Investment Promotion Center (2004, 2006, 2008). 我们发现经济技术开发区四大支柱产业的工业生产总值（机械与汽车，电子与 电信，食品饮料与轻工业，生物医药与化学品）正继续占主导地位。其中前两项对 经济技术开发区工业生产总值的贡献最大(表 3.4) 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 33 在该时期，三个工业园：微电子工业园，逸仙科学工业园和化学工业园的活动 也大大增加了，见表 3.5。 表 3.4 四大支柱产业和经济技术开发区的工业生产总值 工业产值 2003 2005 2007 总值 (10亿元人民币) 125 231 335 总额 (10亿元人民币) 115 214 309 百分比 91.8 92.8 91.9 21 49 109 21.4 32.4 78 145 164 62.2 62.7 49 四大支柱产业 机械与汽车 总额 (10亿元人民币) 44 百分比 电子与电信 总额 (10亿元人民币) 百分比 来源： TEDA Investment Promotion Center (2004, 2006, 2008). 经济技术开发区的 GDP 增长。第二产业是经济技术开发区经济的主心骨，我 们在前面提到的稳固增长说明了相应经济技术开发区的 GDP 增长。图 3.3 表明经济 技术开发区的 GDP 总体增长超过 20％，在某些年几乎达到 30％，经济技术开发区 的 GDP 在 2007 年达到 933 亿元人民币。 表 3.5 三大工业园区的工业产值 (百万元人民币) 园区 2003 2005 2007 20,000 40,800 78,000 逸仙 4,900 6,200 4,200 化学 51 263 2,700 总值 25,500 49,000 85,000 微电子 来源： TEDA Investment Promotion Center (2004, 2006, 2008). 34 全球技术革命–中国，深度分析 细分经济技术开发区的 GDP 可以看到，虽然由第二产业主导，其经济正大量 在第三产业增长。 （这里的第二和第三指的是主要制造工业的供应和服务链的形式。） 表 3.6 详细说明。 图 3.3 2001－2007 年，经济技术开发区的 GDP 增长 表 3.6 根据产业细分的经济技术开发区 GDP (10 亿元人民币) GDP 2003 2005 2007 总值 44.5 64.2 93.9 第二产业 35.5 54.1 77.4 第三产业 9.0 10.1 16.5 来源：TEDA Investment Promotion Center (2004, 2006, 2008). 值得一提的是经济技术开发区不断提升的用货币衡量的劳动生产力。在 2003 年，经济技术开发区的人均劳动生产力为人民币 192,300 元。到 2005 年，该数字上 升为 214,100 元；2007 年，达到了 299,200 元人民币。人均劳动生产力的提升可归 因于经济技术开发区生产行业不断提高的增加值，也归因于第三产业的扩张，如银 行和金融业（TEDA Investment Promotion Cente，2004，2006，2008）。 实体基础设施。该部分详细说明了地区内的事体基础设施建设。 公共事业。与此同时，经济技术开发区已扩展其商用和民用的公用事业，以适 应不断提升的制造需求（TEDA Investment Promotion Center，2004，2006，2008）。 在过去的 20 多年，超过 100 亿人民币（15 亿美元）的资金已投入于电、水、气、 污水处理站和宽带网络27（TEDA，2008）。 27 经济技术开发区已有宽带网络覆盖约 40 公里的光纤，处理能力为 2G。经济技术开发区网络数据中心是中国 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 35 电力使用可以说明产量的提升。图 3.4 概述了经济技术开发区 2004 年到 2007 年之间的用电量和同一时期经济技术开发区发电能力的增长。在此期间用电量增长 了一倍多，可用电力是用电量的三倍多。 物流和仓储运输。一个繁荣发展的制造基地需要有运作良好的物流中心进行存 储、加工和分发大批量的货物。拥有可靠和有效的网络来接受和运输货物也是一个 关键性的因素。 滨海新区不断提升的生产力在滨海新区的天津港自由贸易区得以发展。该区是 中国北方最大也是历史最悠久的区域，它包括物流、保税仓库和加工区。该区有几 千家公司，包括 500 强的跨国公司，如 Toyota，Kawasaki, Mercedes Benz 和 UPS （TEDA Investment Promotion Center, 2008）。物流行业的龙头企业包括： • • • • • 同方环球（天津）物流 天津港海丰物流有限公司 美国施奈德物流公司 佳利物流 天津叶水福物流有限公司（TEDA Investment Promotion Center, 2008）。 图 3.4 2004－2007 年，经济技术开发区用电量与电力供应 天津港自由贸易区和天津运输航线、天津国际机场和天津铁路网紧密相连，为 货物在区域内有效通往各地和各海运网络的处理提供渠道。 天津港自由贸易区也是连接另外两个天津市物流中心的桥梁。天津机场自由贸 易区含盖了保税仓储和工业园。天津基国际机场物流园将会最终成为中国最大的空 运基地（TEDA Investment Promotion Center, 2008）。国内外的公司都在这两个区域 内进行投资。 作为中国北方最大的和中国第四大的港口，天津港在滨海新区处理和运输货物 中扮演着重要角色。货物流动量正日益以惊人的速度增长。2007 年年底，天津港已 北方最大最先进的。强大的电子政务和电子商务服务将会商业用户提供更好的支持。 36 全球技术革命–中国，深度分析 实现 3.1 亿吨的年处理能力，其年增长率为 20％。就集装箱容量而言，其 16 货柜船 席在一年内可处理 710 万 20 英尺当量单位(TEUs)28，年增长率为 19％(Tianjin Port Development Holdings Limited, 2008)。 作为 2006 年的五年计划，为使滨海新区成为国际运输与物流中心，中国政府将 在天津港基础设施上投资 366 亿元人民币。天津港现在有 34 个项目正在进行，包括 一项 25 万吨深水行道和一项 30 万吨原油终端。 尽管港口开发是首要任务，但单靠其发展并不足以解决滨海新区对于集装箱处 理规划的问题。中国总体上讲正在“加快步伐赶上水上运输的发展”(US-China Business Council, 2006)。其它渠道也是必须的，尤其对于像天津那样的发展区： 可靠的、协调的联运物流服务对于减少运输瓶颈来说是重要的。天津集装箱运输主要的市 场是北京、中国内陆和蒙古，但很少有火车运输到达这些区域。2003 年，天津通过铁路运 输了超过 5600 万吨的货物，而通过高速公路运输的为 2 亿吨。这意味着大部分的运输在 陆路，但这十分拥堵……没有适当的规划，瓶颈将会产生…会减少天津的发展并使承运人 选择其它港口。(US-China Business Council, 2006) 结果是，为降低天津港的运输压力，中国政府正实施一项计划，扩大连接滨海 新区、天津市和中国其它地区的铁路和高速公路，并使其现代化。 主要的道路建设项目包括京津唐高速公路延伸段和沿海快线的建设，后者将会 为邻省提供方便并使得渤海湾更加发展。 航空货运是滨海新区现在第二大货物运输方式。天津滨海国际机场已成为中国 航空货运的第四大港(Tianjin Port Free Trade Zone and Airport Industrial Park of Binhai New Area, undated[a])。设施的进一步发展将会提高该项能力。2004 年天津市 政府宣布拨款大约 31 亿美元翻新和扩建机场(US-China Business Council, 2006)。在 2008 年前三个月，该机场处理了 3.3 万吨（公吨）的货物，其年增长率为 25％ (“Tianjin’s New Air Terminal Begins Operation,” 2008)。 循环经济和绿色制造的实施。污染和废物管理正日益成为现代化和高科技制造 能力重要的组成部分。经济技术开发区现正为滨海新区起着先锋模范作用，它拥有 大量的政府支持。2004 年，中国国家环境保护总局和商业科技部将其命名为中国首 个工业生态园。第二年，中国的另外几个部门和委员会将其称为中国循环经济的先 驱试点城市之一(“Tianjin Investment News,” 2008)。其支持制造业重复利用资源和减 少浪费并提高利润的能力正迅速发展，这些都是以“实现绿色发展新模式”为目标 的(“Tianjin Investment News,” 2008)。 解释的例子包括经济技术开发区采取的几个重复利用污水的例子和实施其它创 新性水处理方式的举措。29经济技术开发区已建成一个可回收工业与农用废水的污 水处理设施。至 2005 年，该设施已可以回收利用 4 万吨废水，将废水回收量提高了 30％(“Creating an Eco-Industrial Park,” 2005)。天津经济技术开发区污水处理厂经理 同年接受采访时说： 28 29 这是一个 20 英尺长的标准钢海运集装箱。 见 Qian, Wen, and Huang (2007)，该文介绍了关于经济技术开发区如何应用新技术于水和污水的处理的讨论。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 37 “我们（的运作）现在是中国最大的，并一开始就受到客户的好评。一些用户认为使用再 生水非常方便。总的来说，在生产的同时……也节约了成本。(“Creating an Eco-Industrial Park,” 2005)” 经济技术开发区也与法国的 Veolia Water 成为合资企业。双方签署了一项协议， 同意在 2007 年建立合资公司，Tianjin Teda Veolia Water Co.，致力于 • • • • • • 整合水处理系统 处理城市污水和工业废水 脱盐 再生水 销售、经营和管理供水设备 提供技术服务(“France’s Veolia Water Inks JV Agreement with China’s TEDA Investment,” 2007)。 另一项举措是一个先进的海水脱盐厂，预计每天可处理 0.5 公吨的海水，这是 滨海新区长期可持续发展计划的一部分(“Creating an Eco-Industrial Park,” 2005)。 绿色制造是此类生产能力的重要组成部分。许多经济技术开发区的汽车、电子、 化学和生物医药公司已将部分绿色制造准则运用于工业回收中。这样的例子有： • • • 天津丰田对于废弃钢材的重复利用 Taiding Environmental Techonology 对于 IBM 电子废物的回收 Novozymes 对于废水灌溉和废渣作为肥料的使用 奥的斯电梯和摩托罗拉，两家坐落于经济技术开发区的公司在绿色化学和绿色 制造上拥有项目和经验。 制造能力面临的挑战。一个繁荣、现代化的企业需要技术员和其他技术工人， 这样的竞争正在加剧，且来自中国的其它地方乃至全世界。在中国，越来越多的年 轻人，得到父母的鼓励，希望能去大学深造，而越来越少的年轻人会去职校和技校。 30 表 3.7 显示自 90 年代末，学院和大学的注册人数正迅速增长。到 2004 年，注册 的新生人数相比职校人数几乎翻了一倍，而 7 年前的 1998 年的情况却恰恰相反。 其次，中国的统计数据显示，到 2003 年，比起职校技校有更多的学生从学院 和大学毕业。这个显著的变化是政府将精英教育转变为普及教育的结果，这样可以 有更多的工人支持国家知识型经济的转变。(表 3.8) (Mohrman, 2008; Duan, 2003; Waldman, 2005, 2008)。 大专院校快速的增长需要许多资源，其中的一部分是来自职校的。然而，技术 员和其他可以在制造业工作的技术工人的重要性是不容忽视的，尤其在现代化的生 产中 (T. Fuller, 2005; Wiseman, 2005; “Chinese Manufacturing Slowed by Skilled Worker Shortage,” 2002; “China in Serious Shortage of Skilled Workers,” 2004)。这个问 题没有逃过中国政府的注意，现有计划正针对这个问题采取措施(J. Wu, 2006)。 30 RAND 访问了一些中国的专家；见中国统计数据中的大专院校和职业学校注册人数对比(2005)。 38 全球技术革命–中国，深度分析 表 3.7 1994－2004 年大专院校和职业学校的新生注册人数（千人） 年份 大专院校 职业学校 1994 900 1,753 1995 926 1,901 1996 966 1,889 1997 1,000 2,112 1998 1,084 2,176 1999 1,597 1,941 2000 2,206 1,827 2001 2,653 1,850 2002 3,205 2,169 2003 3,822 2,221 2004 4,473 2,291 来源：China census (2005). 另外一个问题是培训这些技术工人的能力。无论是技术工人自己深造还是雇主 为此付钱，滨海新区和经济技术开发区的培训能力可以是吸引投资者和工人的手段。 2006 年成立的职业培训和评估中心为滨海新区提供外包服务，滨海新区和微软，惠 普，IBM，文思等企业开发业务流程外包和呼叫中心的培训。其目的在于提高滨海 新区和经济技术开发区为现代化的制造业培训人才的能力，这可能对于滨海新区和 经济技术开发区来说与建立现代化的制造企业同等重要。 最后，新技术在制造业的应用，尤其是绿色技术，不应该像河南省某企业生产 太阳能电池那样进一步危害人类健康(Cha, 2008)。最终，绿色技术在商业生产上的 实施，将会需要滨海新区和经济技术开发区建立更精密的基础设施，处理各个种类 和数量的固体废物和生产中的废水。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 39 表 3.8 1994－2004 年大专院校和职业学校毕业生人数（千人） 年份 大专院校 职业学校 1994 637 1,076 1995 805 1,240 1996 839 1,396 1997 829 1,501 1998 830 1,628 1999 848 1,678 2000 950 1,763 2001 1,036 1,665 2002 1,337 1,454 2003 1,877 1,355 2004 2,391 1,425 来源：China census (2005). 科技产业化的能力 科技产业化的能力包括一系列的机构能力、组织、网络和环境，可将研发和高 科技制造结合起来，创造、大规模生产并销售科技产品。 培育此类前沿研发能力和高科技制造将主要包括开发人力资源，即科学家、工 程师、具有创新精神的企业家和管理人才等，从而追求生产制造中的研发和综合技 术创新。国家发改委的领导强调了这个事实：“滨海新区应该引进新型人才和提高 创新能力，开发更现代化的技术、管理经验和培训高质量人才，并创造出一个多层 次的创新合作框架。”(Central People’s Government of the People’s Republic of China, 2006)。 机构能力。经济技术开发区拥有许多致力于科技产业化机构的总部。31比如说， 天津大学科学园是 4 个高科技公司先驱和 30 个高科技中小型企业的所在地。在今后 的几年时间内，一个专利产业化基地将会进入到天津大学科学园。在中国的经济改 革中，中国的大学和研究机构长期以来一直扮演了科技产业化的主要角色。许多基 于新技术的公司都开始于中国的大学和研究所(Sunami, 2005; Pigott, 2002; Ming, 2002)。随后便有了滨海新区华生生物园(生物医药产业化)，国家纳米技术产业化中 心(纳米技术产业化)和软件大厦(独立软件知识产权的商业化)。 31 这些机构的历史和宗旨在 TEDA (undated[b])中有所描述。在这个部分的讨论是基于这些描述的。 40 全球技术革命–中国，深度分析 国家纳米技术产业化基地(NNTIB) 于 2000 年 12 月 6 日，在科技部的实地考察后，在中国共产党(CPC)和国务院的直接领导(资 助)下成立。通过提供有利政策环境和人力资源、资本、技术和信息平台，NNTIB 与各大 学、研究机构和大型企业联手组建了一个动态的新研发机制，有利于发展纳米技术，培育 和促进高科技公司和中国纳米行业的发展。清华大学 China Undertaking Research Center 现 在将 NNTIB 作为其研究池，进行案例跟踪、研究和领导重大技术创新和产业化。 NNTIB 致力于研发达到国际标准的管理方法，并拥有能支持这些方法的管理和 技术层面上的专家。技术专家包括那些来自中科院、清华大学、北京大学和其他中 国政府的资源。 还有天津大学和经济技术开发区在 1999 年 10 月建立的天津大学科技园。该园 拥有新的高科技的公司，经济技术开发区提供各式各样的财务激励，包括多年的免 税和减税，专利申请和维护费用的资金帮助，首次公开发行的财政支持和办公室租 金的折扣与补贴。经济技术开发区对于加强研发建设的财政支出是很大的。根据经 济技术开发区管理层介绍，至少已有 10 亿元人民币投资于基础设施、设备和装备。 为吸引更多海外留学过的中国学者来经济技术开发区进行先进的研发并建立高科技 公司，经济技术开发区还在 1996 年建立了留学生创业园。坐落于经济技术开发区国 际创业中心，该园致力于促进研发和使得先进的信息和生物技术的产业化。该园现 在有八家公司，其中三家致力于通信和电子，一家为机械，一家为生物技术，两家 为生物医药，还有一家为化学领域。 正如前面部分所提到的，经济技术开发区拥有国家纳米实验室 CNANE。为促 进 CNANE 的先进技术商业化，有两家公司已成立：NIBC 和 NVCC。他们是国有 企业，通过地方政府和其它来源引资。NIBC 支持 CNANE 开发的研究成果并转换 为产品，而 NVCC 则为生产和销售该产品的公司的组建提供资金。他们的计划包括 为公司形成一个雏形，使得这些公司可以改革现有产业，创造新的产业，并同时建 立可以吸引世界级技术人员和企业家的机构(Ce, 2007)。 财务激励。尽管中国的高科技研发私人创业资金公司还有限，滨海新区和经济 技术开发区已迈出了推动的第一步。这里，我们重点讨论经济技术开发区的筹资机 制： • • • • 32 33 34 科技发展基金开发研发中心，培育高科技雏形和公司，鼓励海外人才在经济 技术开发区建立科技公司，支持公共科技教育工作32。 科技风险投资基金(鼓励风险投资和风险贸易的建立，鼓励在经济技术开发区 与科技相关的管理公司的建立，为高科技公司提供在成立阶段的资金)33。 科技风险投资股份公司在信息技术、通信工程、生物和药物、环境工程和新 材料中进行投资34。 小型企业信用担保中心为高收益的高科技小型企业提供了一个基于收费的信 用担保的短期经营资金贷款。35 经济技术开发区每年财政收入的 5％用于该项基金，奖励为 20 万元人民币。 经济技术开发区每年财政收入的 1％用于该项基金。 该公司由几个经济技术开发区、天津和北京的实体共同拥有。 滨海新区和开发区发展为尖端科学和工程中心的基础 41 经济技术开发区也为专利申请的公司和研发机构、专利委员会和为专利产品商 业化的公司提供资金支持。经济技术开发区最新的数据表明，在 2002 年至 2005 年 间，经济技术开发区的专利申请以每年 73％的速度增长，总体增长为 500％。其次， 他们的专利申请平均占所有专利申请数的 38％，这比中国的平均水平要高。由于新 技术的产业化，专利产业化基地将会坐落于天津大学科学园。至今，这个公园已有 60 个项目(超过 50 个项目得到国家级和省市级的资助)，四个专业的培育中心和 30 家高科技公司。在园区内 300 多家专利技术发展机构中，50 家已形成产业化并开始 商业销售。在未来的一年里，经济技术开发区的专利产业化的资金支持将着重于个 别行业，培育机构也已经或将会建立起来并促进其发展。例如，经济技术开发区华 生生物技术园将关注于生物医药产业化专利，国家纳米产业化中心将侧重于纳米技 术专利，软件大厦将会侧重于独立软件的版权问题。到现在为止，几个已有的开发 科技的筹资机制为： • • • • 经济技术开发区科技发展基金：在 2000 年，经济技术开发区创立了该项基金， 帮助建立研发中心和高科技培育机构和中心，留学人员科技投资创业和公共 科技教育活动。经济技术开发区每年财政收入的 5％用于该项基金，奖励为 20 万元人民币。 经济技术开发区科技风险投资基金：经济技术开发区每年财政收入的 1％用 于该项基金以吸引和鼓励金融机构、投资公司和其它经济组织和个人在经济 技术开发区建立风险资金、合资企业投资和科技有关的管理公司。 经济技术开发区科技风险投资股份公司：该公司由几个经济技术开发区、天 津和北京的实体共同拥有，关注于在信息技术、通信工程、生物和药物、环 境工程和新材料中进行投资。 经济技术开发区小型企业信用担保中心：该中心有 2 亿元人民币的资产，为 高科技高收益的小型企业提供了一个短期经营资金的收费信用担保贷款，资 金来自于经济技术开发区科技发展基金。 创新文化。在国内的驱动与阻碍单元，我们提到发展创新文化的重要性，这需 要勇于承担风险并证明有好的产品和工艺来进行支持。滨海新区和经济技术开发区 从最基础的开始建立，且不断扩大并计划开发现代化的生产和国际物流与运输，这 可以提供许多新的技术和机会。例如，公共事体可以成为那些新的技术、法律、政 策、法规的早期拥有者或接受新技术标准的早期实践者。经济技术开发区决定成为 中国第一个使用节能发光二极管(LEDs)路灯的地区是一个很好的例子。36 科技产业化的挑战。这个单元介绍了一些科技产业化将面临的挑战。 知识产权。在科技产业化中，需要强有力的、透明且可信的知识产权法律和法 规。执法资源、善政、财政和人力资本也是至关重要的。同样重要的是支持国家的 创新体系，包括可以促进或阻碍科技商品化的国家法律和政策。滨海新区和经济技 35 该中心的 200 万元人民币来自于科技发展基金。 现在在天津理工大学已有 1500 盏 LED 路灯，这是经济技术开发区与该大学一位教授和他的 20 个学生的合 作成果。这些研究生设计、生产并安装了这些 LED 路灯(“LED City,” 2008)。 36 42 全球技术革命–中国，深度分析 术开发区将可能或多或少地受到国外条件的限制。如上一单元国内驱动与阻碍中所 提到的，中国的知识产权系统仍在发展。国内支持知识产权的人力资源也有限，专 业人员的人数也是如此。中国支持科技产业化的财政机制才刚刚开始。即使考虑到 政府治理，滨海新区和经济技术开发区的精英也应与其外部的精英合作，如果那里 的技术开发需要知识产权的支持。 经济技术开发区知识产权办公室管理知识产权法律法规，倡导知识产权意识。 其它办公室有天津工商行政局的经济技术开发区部门，经济技术开发区海关大楼和 经济技术开发区法院。经济技术开发区也与京津唐地区的其它管理部门进行合作， 促进在知识产权保护问题上的跨区域合作，为高科技研发和产业化提供帮助。该项 举措将加大十多个国家级和省级的发展区、高科技园区的优势，并提高 300 多家教 育和培训机构的能力。 即便如此，我们与一些专家和企业家进行了交流，他们强调我们应该建立并落 实一个强有力的知识产权系统。并且，在加强知识产权方面，经济技术开发区只在 其法律的界线内有执行权力。在经济技术开发区外面的事情需要其它中国政府事体 的努力。 金融和银行业改革。如前面一单元国内驱动与阻碍中所提到的，最近 OECD （2008）的报告指出，中国的创新系统意识到金融和银行业的改革对于吸引国内外 的最前沿的研发和创新资金来说是必需的。在此期间，中国中央政府和地方政府已 建立风险投资基金。其中经济技术开发区可能涉及到的是青云创投公司，清华大学 的绿色风险投资基金，尤其是在太阳能、电力和混合汽车和绿色制造的开发方面(P. Tam, 2007)。经济技术开发区也可关注当地的创新投资资源，如 NIBC 和 NVCC。 研发和企业的联系。研发机构和企业的联系将会使得研发创新的成果商业化， 这对于促进科技产业化来说是重要的。我们与经济技术开发区的研究和管理人员进 行了交流，他们并没有与企业有很多的联系。中国的公司大多为国有企业，可能是 从一些附属实体中获得服务的，而不是寻找其它的资源和解决方案。因此，研究人 员和独立的中小型企业可能会在推广他们的产品上经历较大的困难。尽管中国政府 正进行此方面的改革，旧的习惯很难改变，个人和机构的关系深植其中(J. Zhang, 2006)。现在，对工业的要求不断提高，利用技术提高生产力和生产质量，且需符合 环保标准，或许在这样的情况下，公司也将会在寻求可以提供给他们研发和技术解 决方案的合作伙伴上走得更高更远。对于滨海新区和经济技术开发区的研究人员和 科技创新企业来说，滨海新区和经济技术开发区正不断成为高科技研发和创新中心， 大学城的建立和产业科技园区、科技培育机构的建立都是对于吸引企业来此寻找合 作伙伴的有利条件。 第二部分：滨海新区和开发区最富前景的技术应用分析 43 第4章 廉价太阳能 廉价太阳能有利的影响——“太阳能系统的廉价性使其能够广泛地应用于 发展中和欠发达国家以及弱势群体”(GTR 2020 In-Depth Analyses, P.19)——这 在社会的各个方面得以显现。它可被用于抽水灌溉，提供的电力可用于地方工 业、远程学习、偏远地区的教学照明和为食品和药物提供冷藏以提高营养和疗 效。(见 Soboyejo and Taylor, 2008) 太阳能系统总体上分为两大类： （1）太阳能热力系统和（2）太阳能电力系 统（也被称为光伏[PV]系统）。在太阳能热力系统中，太阳能被采集成为热量， 随后通过热传导材料，应用于家庭取暖、制冷和热水供热，或者将热量集中后 可作用于锅炉提供电力。 太阳能电力系统基于有光伏效应的材料，即光照可以产生电流的材料。1我 们认为经济技术开发区应更侧重于太阳能电力系统。我们特别关注这些可以降 低系统成本的方法，即更有效地采集太阳能和减少生产费用。 对于滨海新区和开发区的重要性 太阳能发电在世界范围内正向低成本变革，这使得研发和制造变得尤为关 键。在近期美国化学学会的会议上，加州理工大学的 Harry Gary 教授提出，太 阳直射地球一个小时所产生的能量大于全球一年内消耗的所有能量总和。但他 认为要收集这些能量面临的最大挑战是减少太阳能发电的成本，即光伏的成本， 以使得该技术可与其他传统能源相比具有竞争力。(ACS, 2008) 现有的三大类光伏技术： • • • 第一代技术 基于半导体行业的硅材料及其制造工艺 第二代技术 基于镀膜和涂层行业的薄膜材料及其制造工艺 第三代光伏技术 体现了多种新型技术和制造工艺，确保更高的转换效 率、更低的生产成本或兼而有之。(Slaoui and Collins, 2007, pp. 211-214) 许多人认为实现太阳能得到最好利用的策略是使用第二代和第三代技术， 因其相比第一代技术拥有更高的转换效率和更低的成本。(见 Slaoui and Collins, 2007)。随着政府政策对于清洁能源技术的需求不断提高，滨海新区和经济技术 开发区有机会通过吸引第二代和第三代技术的公司不断创新，从而改变整个行 业的现状。滨海新区和经济技术开发区拥有人力资源、技术能力、港口优势和 其他供需导向的激励，这可以使这些公司成为其近期出口市场的制造商，这些 公司也将最终在长期处于中国市场的领先地位。 1 太阳能还有许多其他方面的用途，如光合作用的水分利用和工业化学品、化工原料的生产，我们在本章 中未进行考虑。关于太阳能在其他方面的应用，可参考 NREL(2007) 45 46 全球技术革命–中国，深度分析 科技和市场现状及未来前景 技术概况 光伏技术的三大类的定义，即“代”的定义大致基于（1）材料和制造工艺 （2）它们转换效率的最大理论值。第二代和第三代技术的区别有时比较模糊。 本文将第二代技术定义为单结薄膜光伏，没有设备用于集中或放大电池上的光 照。第三代技术包括其他各种方法。 以上三代技术和其他各项独立的技术都致力于增加效率，减少材料和制造 成本。2006 年，第一代技术占有 90%的销售额，它们一般有最高的转换率，但 也有高的材料和制造成本。基于第一代材料制造的太阳能光伏组件，其成本大 约为 3-4 美元/瓦特（高峰时期） 。如果考虑其他“系统平衡”元部件，如可将直 流太阳能转换为家用交流电、电池和其他能源存储系统的转换器，成本估计将 升至 6-8 美元/瓦特（高峰时期）。这大约相当于 0.25-0.65 美元每千瓦时的发电 能力，或比现有基于煤炭发电的成本要高一个数量级，2尤其在各种发电技术的 衡量标准下。 第二代技术——因其基于薄膜材料常被成为薄膜光伏——从 2006 年的 7% 销售额增长至 2007 年的 11％，部分归因于硅材料的涨价 (Navigant Consulting, 2008) 。尽管薄膜材料有较低的效率，但它也可通过减少对硅和其他材料的需 求和使用镀膜和涂层上的低成本制造工艺来降低成本。就这一点来说，薄膜技 术得益于硅的高昂价格。 第三代技术的范围广且正处于研究阶段，但也有其发展高效率低成本的技 术前景。这些技术致力于通过一系列新的材料、技术和制造工艺，将大量的太 阳光谱转变为电力。3 虽然第一代能源的成本较高，但其成本和效率都在过去的几十年内得到了 改进。对于用于销售的太阳能电池，转换效率从 6%提高到了超过 15%。在硅 的价格迫使太阳能光伏成本上升之前，其成本也从 70 年代的 20 美元/瓦特降低 到了 2004 年的 2.70 美元/瓦特。4在实验室和太空应用方面，先进的材料和技术 将效率提高到了高达 35％到 45％的水平。(“Sunny Side Down,” 2008) 第一代技术。2006 年，在超过 90％的基于第一代硅技术生产的太阳能电池 中，有 52.3%来自多晶硅，38.3%来自单晶硅。（Slaoui and Collins, 2007)。这些 材料使用传统的基于半导体行业的高成本制造工艺。许多公司正致力于改进这 些制造工艺或寻求新的工艺。 德国肖特太阳能公司是一家多晶硅电池和电池板的生产厂家，并一直不断 创新和改进自身产品。2007 年 12 月，该公司开发了一种新的可以“转换更多 太阳直射[到电池上的]光为能量” 的表层结构，其结果是该产品可以减少每瓦 所需要的硅含量。(“SCHOTT Solar,” 2007)。 2 Slaoui and Collins, (2007)。这些数字与中国科学院电工研究所（CASIEE）2007 年 6 月的研究成果基本 一致 (Zhao, 2007). 中国科学院电工研究所熟悉光伏太阳能装置在中国的成本，因为他们已在北京、深圳 和西藏等地使用第一代太阳能采集器，设计、建造和实施了多项太阳能发电系统。中国科学院电工研究所 也为北京 2008 年奥运会提供支持。 3 Slaoui and Collins, (2007); Cheyney (2008). 第二代和第三代技术有时区别不是很明显。他们最显著的区 别是第三代技术关于如何超越“Shockley-Queisser 单结太阳能光伏大约为 31％的效率理论极限” [“Third generation solar cell,” 2007) 4 “Sunlit uplands”( 2007); “Sunny side down” (2008). 最新的研究表明新的硅生产基地将使硅的价格下降， (见 Arnoldy, 2008). 廉价太阳能 47 其他公司更多关注硅的上游供应情况。SunPower 公司，拥有者为 Cypress Semiconductor ，正寻求将其最新的产品应用于其菲律宾首个 2.5 万千瓦的电池 制造基地(Hering, 2007)。同样，Solaicx 公司发展了一种连续的工艺，可将单晶 硅锭的产量提高到同行业的 5.5 倍。Solaicx 公司 2007 年 11 月开始投入生产， 其 4 万千瓦的生产设备将在 2008 年扩大到 16 万千瓦(Hering, 2007)。 其他公司正通过流化床方法生产硅。美国 AE 多晶硅公司正使用“环境友好 型”闭环流化床反应装置生产颗粒状硅，1800 吨/年的生产装置预计在 2009 年 投入使用。如果成功，产量将于 2010 年前达到 12,000 吨(Hering, 2008; AE Polysilicon, undated)。德国德国瓦克化学有限公司公司也建造了一个新型多晶硅 生产设备（650 吨/年的生产能力） ，使用连续流化床处理，并将于 2008 年开工 (Reisch, 2007)。 此外，许多大生产厂商正通过学习和规模经济积极进行创新，提高生产力 和降低成本。德国 Q-Cells 公司有一个 300 人的研发团队，积极寻求改进第一和 第二代技术，这样的公司在德国有不下 160 家(“German Lessons,” 2008)。在 2007 年 3 月，英国石油公司发布公告，称其将在西班牙建造一个 30 万千瓦/年的生 产厂。它和印度 Tata 公司已成为合资公司，将在 2010 年生产 30 万千瓦/年的太 阳能(“Sunlit Uplands,” 2007)。 最后，美国的一些小型企业，如 Blue Square Energy 和 CaliSolar 公司，都关 注于如何将低质量的冶金级硅改造成为有利于光伏转换的材料(Hering, 2007)。 第二代技术。薄膜技术最常见于非晶硅，夏普, Unitd Solar Ovonic 和三菱等 公司都在进行生产。由于对硅的依赖，其价格也随之上涨，即使相比第一代技 术它的用量相对较少(von Roedern, 2008)。 据 Manufacturing & Technology News 称，FirstSolar 是全球发展最快的光伏 公司(McCormack, 2008)。它的发展部分归因于它对碲化镉(CdTe)的依赖，而非 对硅。然而 FirstSolar 并不是唯一一家致力于 CdTe 光伏的公司，它的竞争对手 正越来越多。比如说，2007 年 9 月，AVA 太阳能公司称将建造一个 2 万千瓦 CdTe 薄膜生产力的工厂，预计 2008 年底投入生产(Hering, 2007)。其他在此领 域进行研究的小公司包括 PrimeStar Solar 公司。 SoloPower, Miasolé, NanoSolar, HelioVolt 和 Ascent Solar 公司正在发展铜 铟镓硒（CIGS）薄膜电池板。SolarPower 正计划在 2008 年前拥有 2 万千瓦生 产能力（利用电化学沉积），他们希望在 2010 年前扩展成 12 万千瓦产能(Hering, 2007)。Miasolé 也在计划开始制造，使用基于真空溅镀法的工艺。然而，2007 年 12 月的一份报告指出由于未预期到的低效率，他们在 5 万千瓦设备时未能开 始商业制造(Hering, 2007)。此时，Nanosolar 已被称为“在使组件效率超过 10 ％的 CIGS 薄膜光伏产品商业化的边缘上”，它的工艺基于高产量的纳米粒子油 墨涂层金属箔片基板。薄膜计划在 2008 年在美国加利福尼亚州开始生产并达到 43 万千瓦满负荷生产(Hering, 2007)。 HelioVolt 用快速半导体印刷技术将 CIGS 材料附着于玻璃基板上，并在 2006 年达到 10％到 12％的试生产效率。该公司预计将在 2008 年建成一个 2 万千瓦 生产设备，并有望在未来扩大成为 4 万千瓦/年(HelioVolt, 2008)。 Ascent Solar 公司正在研发可用于塑料基板的 CIGS 薄膜技术。该产品轻便 灵活，也可用于合成建筑材料(Hering, 2007)。Ascent 近期与西班牙 Giscosa Sociedad 公司达成协议，合成 Ascent 的技术用于西班牙公司的橡胶屋顶产品， 并销往全欧洲(“Ascent Solar Tapping European Market,” 2008)。 48 全球技术革命–中国，深度分析 第三代技术。部分用于第三代技术的方法有： • 染料敏化太阳能电池 • 量子点与量子阱 5 • 有机太阳能电池 • 其他纳米技术 • 聚光式光伏太阳能电池（使用材料包含所有三代技术） 由于行业的复杂性，许多以上提到的技术同时结合两个或两个以上的方法。 染料敏化太阳能电池。最常被提及的第三代技术是染料敏化太阳能电池技 术，即“格雷策尔电池”(Grätzel Cell)。1991 年，瑞士洛桑理工学院 Michael Grätzel 教授和他的同事发明了这项技术，电池由被有机燃料包裹的二氧化钛纳米微粒 所制成(Saxl, 2007; “Dye-Sensitized Solar Cell,” 2008)。Grätzel 教授提出(in Saxl, 2007, pp. 28-29)， 其最主要的优势是便于制造、成本低廉和有较短的能源回收期，即制造电池所需要 的能量在一年之内就可以得到回收，而硅太阳能电池则需要 3-4 年的回收期。它们可 以在玻璃、箔片和塑料材料上印刷，使卷绕式生产成为可能。它们也可被制成透明 的或多种颜色的，以满足建筑一体化的需求。最主要的缺点是相比较硅，在标准报 告下，该技术仍有 25 摄氏度和 1000[瓦/平方米]光照强度的这两点不足。然而，这个 效用差异，在室外情况下，相比较硅太阳能电池已经明显减少了。 其他的优势包括一个高速的“卷绕式”生产工艺，这和喷墨打印相似。且当电 池使用高级材料时，制造成本会相对较低，相比其他太阳能电池生产工艺，也 会有低能耗的优势。最终结果是，这些电池对环境的影响就小很多。 许多日本、澳大利亚、美国和欧洲的公司已开发了 Grätzel 太阳能电池新的 应用。例如，G24 Innovations 公司（G24i）已经在威尔士的卡地夫建成 3 万千 瓦/年生产能力的设备，并有望在 2008 年底达到 20 万千瓦(Saxl, 2007)。 量子点与量子阱。量子点与量子阱的在太阳能电池上的应用仍是一个新的 研究领域。这些技术可以提高转换效率并有可能大大降低制造成本。英国 QuantaSol 公司微量子阱夹在砷化镓(GaAs)层中间，将光伏电池效率相比硅电池 提高了一倍以上。这些改进和其他的改进可将单电池的效率提到至 30％ (“Harnessing the Sun,” 2007;”Quantum Dot Diversity Gives Solar Cells a New Octave,” 2008)。 有机太阳能电池。康纳卡公司(Konarka)和空气化工公司(Air Product)在有机 太阳能电池方面处于领先地位。这两家公司得到美国政府资助研支持发有机太 阳能电池技术的先进的聚合材料(Konarka, 2007)。2008 年 3 月，康纳卡公司宣 布他们成功地将喷墨打印技术运用于太阳能电池的生产(Konarka, 2008)。康纳卡 的首席科学家也是该公司共同创始人，诺贝尔奖获得者，加州大学圣芭芭拉分 校的 Alan J. Heeger 博士近期在中国重庆的国际材料研讨会上发言。他介绍了自 组装聚合物太阳能电池的研发技术，目的是实现卷绕式、可印刷、灵活的，效 5 由于将尺寸缩小为微米或纳米级，显示出电荷载体的量子机械效应的材料将会大大提高光伏电池的特 性。 廉价太阳能 49 率为 10-15％的太阳能电池(MRS, 2008)。 其他纳米技术。其他第三代技术包括纳米油墨、纳米线和纳米天线。 Innovalight 公司正使用纳米技术于可打印硅油墨。他们计划在 2009 年生产出第 一个薄膜组件(Hering, 2007)。GE 全球研究成功研发了基于纳米线的太阳能电 池，将可能以更低的成本达到 18％的效率(“GE Confident in Future of Its New Low-Cost Solar Cell,” 2008)。Idaho National Engineering Laboratory 和 MicroContinuum 公司的研究人员发明了一种可以在塑料薄膜上打印序列的技 术。由于其体积小，纳米天线可以吸收红外能，这意味着它们可以同时从太阳 光和地热中吸收能量，而其他电池则只能从太阳光中获取能量(INL, undated)。 聚光式光伏太阳能电池。最后，各式各样的聚光式光伏太阳能电池(CPVs) 也正在进行研发。该系统通过某种方式可将太阳光聚集成为 2 倍到 1000 倍之间 任何一个等级，然后将光用于高效的光伏电池。其中一部分电池运用单轴和双 轴跟踪系统(Hering, 2007; LaMonica, 2006)。CPV 的制造公司包括 EnFocus Engineering，SolFocus 公司和 Solaria 公司。 SolFocus 公司的第一个设计运用六变形双向镜组件，将太阳光增强 500 倍 后聚焦于频谱实验室(Spectrolab)生产的高效砷化镓电池。 估计其效率可达 17％， 尽管改进的产品可达 26%。SolFocus 现在正在美国率先制造 0.2 万千瓦的生产 基地，并准备与其伙伴 Moser Baer 在 2008 年在印度进行 10 万千瓦生产的投产 使用。两家公司预期在 2010 年之前产能达到 40 万千瓦/年(LaMonica, 2006)。 Solaria 公司已开发一项技术，将单晶硅和多晶硅电池板切成细条，插入低 价的射出线性塑料槽。通过将低成本的聚光式太阳能电池代替价格昂贵的硅， Solaris 的组件的成本比常规平板模块要低 15%到 30%。Solaria 在加利福尼亚州 有 0.25 万千瓦的试验设施和 2.5 千瓦/年的生产设备，并将于 2008 年开始使用。 2007 年 7 月，该公司与德国 Q-Cells 公司签订了一个十年期 13.5 亿瓦的合约 (Hering, 2007)。 其他的关注于高性能电池的 CPV 研发公司有 Amonix, 波音（Spectrolab）， Soliant（也被称为 Practical Instruments）,Green Volts, Emcore 公司，Prism Solar Technologies, Energy Innovations, Cool Earth Solar, MicroLink Devices 和 Wakonda Techonologies。 Cool Earth Solar 公司正计划在 2008 年底之前建造一 个 0.2 万千万的生产设备，以完成与加利福尼亚投资者 Pacific Gas & Electric 所 有基础设施的合同(Hering, 2007; LaMonica, 2006)。MicroLink Devices 正寻求一 种低成本运用于 500x 收集器的双接面砷化镓电池。Wakonda Technologies 正在 研制一种低成本的金属箔代替锗单晶基板的多接面太阳能电池(Hering, 2007)。 环境因素 迄今为止，关于太阳能对环境影响的分析大多关注于“能源回收期”，即可 抵消生产太阳能电池板所需要能耗的能量。但是其他环境因素正日益得到关注。 第一代技术通常被认为是三大种类中最耗能的技术。如果不进行监管和控制， 硅的生产将会对环境造成很大的影响(Cha, 2008; Alsema, de Wild-Scholten, and Fthenakis, 2006; Fthenakis and Bulawka, 2004)。当然，第一代技术可以实现安全 生产，且在过去的 50 多年一直如此。6 6 Resch(2008) 近期中国的经验表明安全的生产过程，包括有毒污染物和污水排放的控制，可能并不总是 很好地被遵循。(见 Cha, 2008) 50 全球技术革命–中国，深度分析 第二代技术相对来说就显得能耗较少。他们对环境的影响比第一代技术要 小，尽管少部分使用的材料可能是有毒的，应得到适当控制。在第三代技术中， 不确定性更加明显。但这些工艺技术拥有更少的能耗，我们认为这是一个需要 继续不断探索的领域。 市场概况 太阳能产业在 2007 年增长了 55％，在过去的五年内，其复合增长率为 44 ％(Navigant Consulting, 2008)。据 BCC 市场调研公司估计，2007 年光伏市场大 约为 130 亿美元，并将继续以 15％的年增长率增长，最终于 2012 年达到 320 亿美元(McCormack, 2008)。这些显著的增长是由于政府激励和对于可再生能源 的补贴，在某些时候这部分资金的数目可观。日本在 2005 年结束了其“强制光 伏上网电价” 7政策，欧洲，尤其是德国的一些进步政策也带动了市场(见 “Photovoltaics,” 2008).2007 年，德国成为第一个在一年内安装超过十亿瓦太阳 能光伏的国家(McCormack, 2008)。 2007 年上半年，全球最大的十家太阳能电池生产厂家（表 4.1）主要来自日 本和德国。无锡尚德（Suntech）现正在成为第三大的生产厂家(McCormack, 2008)。 需求的不断提升，尤其在欧洲，使得德国购买 90％尚德的产品就不那么奇 怪了(“Sunlit Uplands,” 2007)。需求的增长也推动了高质量硅的价格从 2003 年的 25 美元/公斤升高至 2008 年 4 月的 400 美元/公斤(“German Lessons,” 2008; Shieber and Chernova, 2007)。 然而，随着新的硅生产厂家不断地出现，硅的产量将在 2010 年之前翻倍 (“Solar Power,” 2007)。这将可能导致以硅为原料的第一代和第二代技术的价格 降低为第一代 2 美元/瓦特和第二代 1 美元/瓦特(McCormack, 2008)。若以上成 为现实，这些技术相比传统发电技术在成本上就具有竞争优势，如燃煤发电厂 就没有政府补贴。8工厂的第二代技术不使用硅或使用第三代技术，这将面临一 大挑战，即降低它们的价格或提升其质量，从而可与第一代技术和使用硅的第 二代技术相竞争，即使硅的价格有所下降。如果硅的价格一直居高不下，就将 为第二代和第三代技术减少硅的需求和寻找其他替代品留下了新的机遇。 正当各个公司都争相降低价格提高效率的同时，研发工作也正在全世界范 围内进行。据估计仅北美太阳能公司的风险投资资金就从 2006 年的 3 亿 1 千 8 百万美元急剧上升至 2007 年的超过 10 亿美元(Hering, 2007)。 7 太阳能发电的保证支付率和馈入电网。 “More Light Than Heat”(2008). 值得注意的是这些估计未包括 3－4 美元/瓦特高峰时间段的“系统平衡” 成本。除非这些成本也可以被降低，不然太阳能光伏将不会在成本上和传统技术相比有竞争优势，即使太 阳能电池是免费的。 8 廉价太阳能 51 表 4.1 2007 年 1 月－7 月全球最大的 10 家光伏生产企业 排名 公司（国家） 预计生产力 (MW) 1 Sharp (日本) 225 2 Q-Cells (德国)a 160 3 Suntech (中国) 145 4 Kyocera (日本) 108 5 Sanyo (日本) 87 6 Motech (中国台北) 85 7 Deutsche Solar/Shell (德 国) 66 8 FirstSolar (美国) 61 9 三菱 (日本) 55 10 SunPower (菲律宾) 54 资料来源： McCormack (2008). a 据The Economist 统计德国的Q-Cells已替代Sharp成为最大的光伏生 产商(“German Lessons,” 2008). 行业报告、公司文献和我们到中国开的会议都说明了中国第一代光伏技术 产业已有一定的成果。9这也是为什么我们认为天津经济技术开发区不适合成为 第一代技术的制造商。相反，我们建议经济技术开发区应积极投身第二和第三 代光伏技术，并相信其有能力进行科技研发。这样，天津经济技术开发区将会 吸引以上提到的顶尖公司，现在的情况是在欧洲和日本制造，而在更长的时间 内它们会将目光投向美国和中国。 滨海新区和开发区具有的相关实力 滨海新区和经济技术开发区在科技方面的相关实力包括一个由天津南开大 学耿新华教授领导的研究团队。耿新华博士和北京太阳能研究所的赵玉文博士 合作发表了一项硅基太阳能薄膜电池的研究(Yuwen Zhao et al., 2006)。 国家纳米技术与工程研究院(CNANE)也设立于经济技术开发区，该研究院 9 Kong Li(2007). 比如说， Richard McCormack(2008) 预计中国在太阳能光伏生产居世界第二，拥有超过 400 家公司，这将可能使中国在 2008 年成为最大的光伏生产国. 52 全球技术革命–中国，深度分析 拥有第三代光伏技术纳米层面的技术和操作能力，包括纳米材料制造、纳米显 微镜和有机生物材料的开发(Wei, 2006)。 正如第三章所提到的，经济技术开发区有充足的生产设施，包括工业园区 设施、基础设施、运输物流和已建成的生产基地。10经济技术开发区离天津港 较近，有利于引进原材料和出口产成品，其经济快速地增长取决于相关的制造 行业，如电子和材料行业11，可吸引光伏公司来此建厂。 动力与障碍 在第三章中我们提到了对滨海新区来说开发和应用这七种技术八个最大的 驱动和阻碍因素。我们现在来讨论这些因素如何影响滨海新区廉价太阳能的开 发和应用。 中国的需求会是一种驱动因素，因为太阳能系统提供能源同时可以减少对 环境的影响，这与中国政府的政策是相一致的，也是中国主要考虑的因素之一 (见“China Passes Renewable Energy Law,” 2005)。 中国的国内研发政策是一种驱动因素，因为资金会通过特殊项目拨款优先 资助太阳能技术的研发，如“送电到村”项目可以给 2 千万人口提供太阳能， 政府为其提供了 200 亿人民币的资金。12 其他国内政策，如提高空气质量(见 EPA, 2008)的政策也将成为一种驱动因 素，因为太阳能是绿色能源，不需要燃烧，且与其他从原材料中获取能量的能 源相比，其制造和运输过程中不会释放污染物。在这样的情况下，我们建议滨 海新区应多关注于第二代和第三代技术，因其相比第一代技术对环境的影响较 少，且它们一般为薄膜、纳米技术使用的原料相对较少。相反，我们意识到在 许多情况下，现有的基于第一代太阳能技术的生产会对环境造成很大的影响(见 Cha, 2008)。 知识产权保护仍是阻碍中国国内创新和国外投资创新研发的一大问题(见 Davies, 2006; OECD, 2008)。加强现有法律的实施应是滨海新区主要关注的因素 (S. Jang, 2007)。 金融和银行业的法律与监管仍是中国的阻碍因素之一。经济合作发展组织 （OECD）的结论是尽管情况正在得到改善，但要实现全球前沿研发和创新的 资金来源的法律与监管更健全、更透明、更可信，仍有许多地方需要改进(OECD, 2008)。经济技术开发区的纳米科技风险基金(Ce, 2007)和来自清华大学、青云创 业投资管理有限公司的绿色风险投资资金(P. Tam, 2007)都可成为滨海新区风险 投资的来源。 过去，其他政策和法规，特别是建筑规范和电力设施的监管曾经是阻碍全 球太阳能技术使用的因素之一。然而，滨海新区有机会缓解这些问题，甚至有 可能将其转化为动力。美国的经验强调了检查建筑规范和电力设施监管的重要 性，它可以确保太阳能发电达到系统平衡的要求，在不增加成本的同时实现必 要的安全性。 10 详细信息请见经济技术开发区招商引资中心(2004, 2006, 2008). 相关公司包括 IBM, 飞思卡尔, 霍尼韦尔, PPG, 和欧文斯科宁公司。 关于经济发展的详细信息请见经 济技术开发区招商引资中心(2004, 2006, 2008) 12 2007 在北京中国科学院电工研究所的讨论。 11 廉价太阳能 53 人力资源应是滨海新区的驱动因素之一，虽然临近的首都北京拥有大量的 人才。滨海新区和经济技术开发区，更广泛地说是天津市现有的人才将会提供 有技术有经验的人力资本，尽管如今的趋势是进大学而非去技校职校(T. Fuller, 2005; Wiseman, 2005; “Chinese Manufacturing Slowed by Skilled Worker Shortage,” 2002; “China in Serious Shortage of Skilled Workers,” 2004)，这对以生 产为主的滨海新区是一项挑战。中央政府意识到了这个问题，并开始采取措施 (J. Wu, 2006)。北京市和天津市的大学毕业生，尤其是那些有理工科背景的学生 是可能的研发人才。经济技术开发区意识到了吸引本地、中国其他地区和国际 人才的重要性，并已采取了一定的激励措施。13 发展研发文化和创新仍是滨海新区和中国其他寻求开发最先进科学技术科 研中心的机构的阻碍因素之一。无论对于是现有领域还是创新试验，滨海新区 都应积极鼓励在技术、经济、政治和市场的发展方面勇于承担风险、灵活应对 困难。 可能的发展途径 滨海新区长期的目标应是成为第二代和第三代光伏组件的生产中心。首先 应将目光放眼国外市场，最终扩展到国内市场。 我们建议滨海新区和天津经济技术开发区应采取下列措施： • 开发最先进的薄膜研发技术，这一点在本章中有所提及。在开始实施时， 可向南开大学的薄膜硅研究人员和北京太阳能研究所的合作者进行咨 询。但是，要开发一个最前沿的研发项目，在与地方保持联系的基础上， 滨海新区应和我们在本章中所提到的公司和机构进行联系与合作。 • 建立最先进的，本章所提到的第二、第三代纳米层面的光伏技术研发团 队。当地主要的资源为 CNANE 的纳米研究组和其他其授权可以传播和 销售其研发的纳米技术的公司。14正如前面所提到的，与天津以外地区的 研发机构保持联系是必要的。 • 利用滨海新区和经济技术开发区的现有宣传材料，与本章所列的第二、 第三代光伏生产商进行对话，明确它们的计划和对生产设备的要求。滨 海新区和经济技术开发区应优先考虑能够开发我们所提及的两种研发方 式的机构，其中包括当地的大学、CNANE 工作人员和外面的专家和机构。 这将会帮助他们更多地关注那些可以更好地符合经济技术开发区和滨海 新区现有技术和正在开发的技术的公司。 • 考察美国的一些州和城市怎样相互竞争以达到对清洁能源的投资。比如 说，加州的 San Jose 市正提倡绿色建筑政策增加对清洁能源需求的激励。 他们也通过税收优惠政策加大当地的供给，该市的经济发展部也雇用了 清洁能源方面的专家。这些政策的结果是，通过为 Nanosolar 公司提供商 业许可证、150 万美元的奖励留人制度，该市获得了 Nanosolar 的 43 万千 13 这包括给予公司和个人的激励，吸引博士人才和为科研成果提供奖励。详细信息，请见第三章的科技 工程人才部分。 14 The Nanotechnology Industrial Base Company (NIBC) and the Nanotechnology Venture Capital Company (NVCC),(Ce, 2007). 54 全球技术革命–中国，深度分析 瓦生产设备。15同样，宾夕法尼亚州通过提供超过 700 万美元的低息贷款 和奖励，连同长达 13 年的大多数州立税和地方税的免税期，从而赢得了 AE Polysilicon 公司的投资。 • 考察建筑规范和监管如何与滨海新区的电力设备相协调，以确保安全和 成本相平衡。美国的建筑规范和电力事业监管经常阻止太阳能系统的安 装或者实施强制成本。滨海新区和经济技术开发区应防止此类事情的发 生，可以考虑实施“净计量电价”法规的益处，电力部门可以以一定的 价格从安装光伏技术的公司买回多余的电力。或者也可以考虑欧洲的“强 制上网法”。最后，如果滨海新区和经济技术开发区对提升总体效率和可 持续性感兴趣，它们可以考虑修订建筑法规。 • 考虑到太阳能光伏技术的环境因素，和中国政府（1）保护居民和企业的 健康发展不被环境监管的缺乏所影响（2）保持产业的可持续发展的环境 法规相一致，我们建议滨海新区应与高校、研究伙伴和制造企业一起尽 早认识环境问题，寻求最有效的解决方案。表达此方面的意向将使滨海 新区和经济技术开发区吸引到更多投资，也可将其太阳能公司与中国其 他地区的公司区别开，因为太阳能行业最大的优势就是环境优势。 这些举措旨在吸引第二代和第三代技术的太阳能光伏生产企业来滨海新区 投资。其中的驱动因素包括科技人才的整合，支持创新产品开发的研发项目， 滨海新区已有的生产设施，一系列的激励政策如减税、建筑规范和电力联网的 监管等等。与当地示范市场的联系可以帮助滨海新区的公司在国际市场拥有竞 争地位，从而开发潜在的国内市场。 如果这些举措得到成功，滨海新区的研发项目将扩展成为拥有新思路、新 技术的新一代太阳能发电系统。这样，滨海新区将会吸引拥有国内外市场的公 司。我们认为这种方式，尤其与 CNANE 的优势相结合，是与开发区的纳米技 术产业公司和纳米技术风险投资公司的目标相一致的。 15 P.-W. Tam and Carlton(2007). 然而，Miasolé在几乎同一时间离开San Jose去一个临 近的电力价格较低的城市。 第5章 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 移动通信设备的基本功能在过去的十年中有很大的发展。设备最初的目的是 交换音频信号，而现在的功能已包括交换多种数据，通过多种传播模式来进行感 应、处理、存储和通讯。在技术和设计方面的新发展都说明这样的趋势仍将在未 来的十几年得以延续。 更廉价更尖端的无线射频识别（RFID）系统正重塑移动通信市场的景况。 RFID 设备的应用广泛，如库存追踪、身份识别、存取控制和一系列的商务交易(见 GTR 2020 In-Depth Analyses, pp. 26-27)。这些设备现在正准备应用于移动通信设 备(Gardner, 2007)。 移动通信设备涵盖多种不同的技术，如显示器、记忆/数据存储器、集成电 路和其他先进的传感器。这些技术的开发将决定无线移动计算平台未来的发展方 向和前景。 对于滨海新区和开发区的重要性 2006 年，全球手机销量超过 10 亿台(“Over 1 Billion Phones Sold Last Year,” 2007)。经济技术开发区的手机生产量超过了 1.05 亿台，约为全球销量的 10％ (TEDA, 2007)。如果经济技术开发区希望保持并发展这部分的市场份额，就必须 与移动电话技术的发展齐头并进，尤其是在多功能方面进行发展。 2007 年，全球手机销量上升为超过 11 亿 5 千万台(Zeman, 2008)。尽管 2008 年第一季度的数据显示全球手机销量总体有所下降(Zeman, 2008)，但在中东、亚 太、非洲和中国等新兴市场的增长势头仍是未来销售的动力。这些地区对于中国 有着战略性和地域性的意义，也为滨海新区和经济技术开发区在地方和国外市场 的集资和提高手机国外市场的份额提供了机遇。尽管有许多种传感器可以应用于 移动通信设备，我们主要关注于 RFID，因为它对于滨海新区成为国际物流和运 输的领军人物具有潜在的意义。天津港是其两个管辖区之一，2006 年以吞吐量 计算天津港是世界第六大港，同时也是排名第十七的集装箱运输港(AAPA, 2007)。先进的移动通信和无线射频识别技术可以改进物流，降低港口运营成本， 并加快商务运输的效率。 中国的港口在国际运输上起着主导作用，1天津港开发的移动通信和无线射 频识别技术也可被中国其他的地区性和国际性港口所使用。这和滨海新区作为 “试点区”的方向相一致(见 State Council, 2006)，也为在滨海新区和经济技术开 发区发展的 RFID 相关技术走向中国的其他市场提供了机遇。 科技和市场现状及未来前景 先进的移动通信设备和无线射频识别系统均由多种独立的技术所组成。在每 1 根据 AAPA(2007 统计，16 个吞吐量最大港口有 9 个在中国。 55 56 全球技术革命–中国，深度分析 种技术中，更好的性能或更强的功能可以通过改进现有材料或引进新型高级材料 来实现。改变一种要素的制造或改进各个要素的整合都可以带来好处。我们接下 来讨论移动通信和无线射频识别系统四种主要构成要素的技术优势： • 显示器 • 存储器 • 电池和电量的存储 • 传感器和天线 我们也将提到在集成电路设计、移动通信协议和移动通信与无线射频识别设 备整合中的新趋势。 显示器 四种新兴的显示技术应特别关注： • 有机发光二极管（OLED）显示器 • 聚合物发光二极管（PLED）显示器，也被称为发光聚合物（LEP） • 使用电子墨水的电子纸显示器 • 视频投影系统 OLED 显示器和 PLED 显示器在移动计算和通信设备中最有可能起较大的作 用。两种技术相比传统的显示技术都有耗能少的优势。它们都不需要背光，可以 使产品更小巧更细致，也可打印在更柔性的基质上，以降低生产成本。 OLED 显示器。如今，提高 OLED 的效率和绩效应注重使用金属有机化合 物来改进量子和显示的效率(Sun and Forrest, 2007; X. R. Wang et al., 2008)。最近 一些报告研究了如何将树枝状分子荧光或磷光材料应用与 OLED 显示器以改进 送电和发光(Burn, Lo, and Samuel, 2007; G. Zhou et al., 2007; Lu Zhang and Feng, 2007)。 2008 年 5 月，拥有 OLED 方面技术和生产的 11 家领导公司组成了 OLED 协 会(OLED-A, 2008)，这 11 家企业分别是 Cambridge Display Technologies(剑桥显 示科技), Corning(康宁), DuPont(杜邦), Eastman Kodak Company(伊斯曼柯达公 司), eMagin 公司, Ignis Innovations, MircoEmissive Displays 公司, Novaled AG, OLED-T, 三星电机, 和 Universal Display Corporation(美国环宇显示技术公司)。 OLED 协会的宗旨是促进信息技术的交流，成为投资者的参考资源，促进 OLED 标准的发展，宣传 OLED 的技术和应用，打开 OLED 的市场。技术和区域性良 好的氛围以及各类大小型企业的发展，为 OLED 的应用提供了强有力的基础。 PLED 显示器。PLED (或 LEP)显示器和 OLED 显示器相类似，除了可以使 用喷墨打印(Hebner et al., 1998)和旋转涂布的技术(Niu et al., 2008)，它们也可在 更大更有柔韧性的基板上制造。这样可以降低制造成本。PLED 显示技术是 1989 年由剑桥显示科技的。2近期的研究表明它能够集合主动矩阵的 PLED 和多晶硅 薄膜晶体管（TFT）母板，在柔性不锈钢箔基板上制造高清晰（230 分辨率）的 显示器(Chuang et al., 2007)。 开发更多的环境友好型 PLED 设备生产企业的研究正在进行中(F. Huang et al., 2007)。先进的科技可以提高产品性能，减少制造中潜在的化学危险品的存在， 2 PLED 详细历史信息，见 CDT(undated). 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 57 并使 PLED 与 OLED 显示器更受移动通信设备的青睐。由于二者相近，许多 OLED 的生产公司也在开发 PLED 技术。现有的制造商包括 MicroEmissive Displays, Add-Vision 和行业领导公司剑桥显示科技。 使用电子墨水的电子纸显示器。另外一项新兴技术显示器是使用电子墨水的 电子纸显示器。3电子墨水使用较少量的能量，且可印刷于各种基板上。这样就 可以制造可卷曲的显示器，也可制造更大，更能延伸的屏幕，这些是传统的移动 电话设备所不能实现的。 一些使用电子墨水的商业产品已经上市。日立使用电子墨水的W61H手机有 多达95种预设图像，可以任客户改变手机外观(Troaca, 2008)。Seiko’s Spectrum的 手表用电子墨水显示时间，Art Technology的PHOSPHOR™电子墨水表可以随意在 黑底白字和白底黑字之间转换，并显示时间、日期或者电子墨水的商标(见 McNulty, 2005; N. Patel, 2007)。此方面研究的一个分支是研究电子墨水内带电粒 子的特性(Jing Wang et al., 2007)。另外一个分支是研究电子墨水在彩色图片中的 应用(Ito et al., 2007)。 E Ink Corporation 是现有的电子墨水纸显示屏技术方面的行业领导公司。该 公司近期和 LG、飞利浦 LCD 在研制高清晰 14.3 英寸可挠性显示器方面进行了 合作(E Ink Corporation, 2008)。它也积极参与与其他全球电子生产企业的合作， 如 Wacom®公司(2008)，从而将电子墨水显示技术传播到移动显示器的各个领域 (E Ink Corporation, undated[a])。 视频投影系统。视频投影系统可以嵌入手机中或作为辅助投影(Bajarin, 2007)。有三家公司提出了不同的技术方式： • Microvision 公司使用激光二极管和微扫描镜进行成像。 • Texas Instruments 公司利用数字光处理®（DLP®）技术微阵列成像 • Explay 公司结合发光二极管（LED） ，激光二极管和微透镜阵列成像 以下几项技术用于改进微阵列和其他可投影的光学元素：(K. Wang et al., 2007; Friese, Werber, et al., 2007) • LEDs • 移动显示中改进的高强红绿蓝激光(Bergh, 2004) • 微机电系统(MEMSs)(Z. Wang et al. 2007)， 包括聚合物 MEMSs(C. Liu, 2007; Friese and Zappe, 2008)。 今后，在纳机电系统（NEMS）中将会有全可调激光器，进一步改进投影显 示器(M. Huang, Zhou, and Chang-Hasnain, 2008)。 存储器 记忆和存储设备的快速推进促使了移动计算设备的广泛发展。1998 年，非 易失性4的闪存，如数码照相机中的存储器，可以存储 256MB 的数据。如今，拥 有同样元件的闪存的存储能力可达 16GB，在数据存储能力上比 10 年前有 62.5 3 电子墨水或 E-墨水技术采用了含有高对比度悬浮带电粒子的微型胶囊。电子墨水微胶囊可以打印在不同的 表面，并通过电来控制图像。详细信息，请见 E Ink Corporation (2008). 4 停电时候，非易失性存储器里的内容会消失，而非易失性存储器的仍存在。 58 全球技术革命–中国，深度分析 倍的增长。 除闪存以外的，正在研发的新兴技术还有： • 碳纳米管随机存取存储器或纳米管随机存取存储器（RAM） （如 Nantero • • • • • 的 NRAM®） 阻抗性随机存取存储器（RRAM） 硅氧化物氮氧化物硅（SONOS） 相变内存（PCM） 磁性随机存取存储器（MRAM） 铁电随机存取存储器（FeRAM） 碳纳米管随机存取存储器或纳米管随机存取存储器 NRAM。非易失性的数 据存储旨在提高记忆能力和/或降低便携式电子产品的生产成本，包括手机和无 线射频识别设备，包括碳纳米管随机存取存储器(Maslov, 2006; Chen et al., 2008; J. Jang et al., 2008; Bichoutskaia, 2007)或纳米管随机存取存储器 NRAM5。 Nantero 拥有 NRAM 的知识产权(IPR)，它经常授权其技术并与其他伙伴公 司，如惠普公司进行合作，共同研发碳纳米管随机存取存储设备和医疗传感设备 部件。具体包括含有低成本射频识别标签的廉价存储器(Nantero, 2007b)和医疗传 感器的元件(Nantero, 2007a)。 阻抗性随机存取存储器。制造阻抗性随机存取存储器的一种途径是通过金属 氧化物(Sato et al., 2008)。现有的研究也调查了 RRAM 的聚合物基二极管的使用 情况(Gomes et al., 2008; J. C. Scott and Bozano, 2007)，这将对减少制造成本起有 潜在的作用。自 2005 年以来，几家电子公司就开始研究 RRAM 的使用情况，这 样的公司有夏普，索尼，三星电子，LSI Logic，松下，Winbond Electronics 公司 (Clarke, 2006a), Unity Semiconductor 公司(Clarke, 2006b), 和飞索半导体。据报导， 富士通(Ooshita, 2006; “Fujitsu Advances ReRAM,” 2007)等公司在研发 RRAM 技 术方面有很大的成果。 SONOS。可以在移动通信设备中应用的固态存储器技术有硅氧化物氮氧化 物硅 SONOS(Affeghini et al., 2008; Seo et al., 2008; Saraf et al., 2007)。 SONOS 存储设备和其他传统的闪存相比的优势在于它使用更少的电力，这将使它们在移 动通信设备中更受欢迎。 几家商业电子公司正在研究 SONOS 设备，他们包括东芝(Clendenin, 2007), Spansion (Spansion, 2007)和三星电子(Clendenin, 2007)。此外，台湾的两家公司— — 联 华 电 子 United Microelectronics Corporation (UMC)(“UMC Delivers New SONOS Memory to Solid State System Co.,”) 和 旺 宏 电 子 Macronix International(Clendenin, 2006)——都正在开发新一代的 SONOS 设计。 相变内存。另一项低成本的移动通信设备非易失性内存是相变内存 PCM (Yin et al., 2008; Shen et al., 2008)。PCM 和其他非易失性内存相比不同的是，设 备处理依靠热量使得相位变化。尽管热量处理对于大多数电力设备来说是一个重 要的问题，如需要避免过热和降解，但这一点对于 PCM 来说显得更为重要。热 绝缘的成功研究(C. Kim et al., 2008)和热处理(J. Feng et al., 2007)将会使 PCM 技 术在移动通信设备中得到更广泛的应用。 PCM 将会在移动通信设备中得到更好的应用，因为它可以代替运行代码和 5 详细信息，见 Nantero(undated). 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 59 信息储存。此外，与现有的闪存不同的是，它不随时间推移降级而最终失去信息 (Greene, 2008)。 英特尔公司和 STMicroelectronics 公司组成合资公司 Numonyx Memory Solutions，推广 PCM 在闪存应用方面的市场 (如 iPod®装置和手机)(Greene, 2008)。 其他生产 PCM 产品的公司包括日立, Renesas Technology (Hitachi, 2006), IBM, Macronix 和 Qimonda (“IBM, Macronix, Qimonda,” 2006)。 关于 PCM 设备的积极研究中的一个领域是寻找用于 PCM 的其他更环保的 材料(T. Zhang et al., 2008)。 磁性随机存取存储器。 磁性随机存取存储器 MRAM 与其他存储器不同的是， MRAM 的信息是储存在磁性物质中的，而闪存的信息是存在电荷里的。 MRAM 的构造使得它，相比动态随机存储器（DRAM），只需使用其电力的 一小部分就能够达到非常高的存储密度。读取数据时，它和其他闪存所消耗的电 力是相同的，但在写数据时（如存储记忆）就比较省电。最终，一些人认为 MRAM 可以成为最广泛的存储器，可以实现高的存储密度（可以替代硬盘），且速度能 支持记忆存储设备（可以替代现有闪存设备）(Royal Swedish Academy of Sciences, 2007)。 许多公司现在正在研发 MRAM 在商业电子产品中的应用(Mertens, 2008; Memory Strategies International, 2008)，如英特尔、三星、东芝和霍尼韦尔公司。 Freescale 是为数不多的现在销售 MRAM 设备的公司之一(Jarman, 2008)。台湾积 体电路制造股份有限公司（TSMC）和 ERSO 实验室在 2002 年成为伙伴共同研 发 MRAM 设备(“ERSO, TSMC Join Forces on MRAM,” 2002; Clendenin, 2002)；但 是，距今为止它们还没有产品上市。 铁电随机存取存储器。铁电随机存取存储器 FeRAM 和 MRAM 相似，在许 多时候也被看作是它的竞争者。FeRAM 利用电场改变铁电材料原子的极性。信 息随即储存于偏振态，可随电场的变化而改变。 虽然 MRAM 和 FeRAM 都有公司进行研发，但两种技术都有其缺点，这将 会影响到它们最终的商业用途(J. F. Scott, 2007)。FeRAM 面临的一大挑战是如何 将其运用到常规互补型金属氧化物半导体（CMOS）中(Kato et al., 2007; L. Wang et al., 2007)这将是移动通信中所必不可少的。将 FeRAM 和被动式射频识别标签 一起应用于增加可获得的存储能力是现在研究的一个积极领域(H. Kang et al., 2007; Park et al., 2007 Nakamoto et al., 2007)。 已经研发 FeRAM 产品的公司有富士通 。2008 年 1 月，该公司宣布研发了 64Kbyte 的 RFID 标签(Fujitsu, 2008)。2007 年，富士通批量生产了 2-Mbit 的 FeRAM 芯片(Yam, 2007)。Ramtron 国际公司是第一家于 1992 年生产 FeRAM 的公司 (“Ramtron Ships First FRAM Memory Samples from Japan-Based Foundry,” 1997)， 它与 Texas Instruments 合作生产 4-Mbit 的 FeRAM (Lapedus, 2007b)。Texas Instruments 正在研究如何在他们射频识别标签中使用 FeRAM，这样的设备可以 实现政府文件和政府身份的识别(TI, undated)。其他正在研发或者有意研发的公 司包括三星，松下电子, Seiko-Epson, 和 Micron Technology 等。2007 年，Micro Technology (2007) 在中国成立了一个生产基地；松下电子也在中国进行扩张 (Lapedus, 2007a)。 电池和电量的储存 在以上我们提到的四种技术中，电池和电量的储存，由于其决定了移动设备 60 全球技术革命–中国，深度分析 的待机寿命，最有可能决定今后移动计算设备的未来趋势。尽管在过去的十年， 在储存和集成电路方面，电池的表现没有得到很大的改善，但最新的纳米材料使 其可能在未来的几年中得到发展。尤其是纳米电极是一项值得关注的研究(Shukla and Kumar, 2008; Larcher et al., 2007)。关于纳米结构锂电池的化学组成和结构的 研究正在进行。6 在移动通信设备中最有前景的电力储存的新兴技术是： • 薄膜电池 • 双电层电容器 • 燃料电池 7 薄膜电池。最新的纳米结构电池和纳米支持电池使得研究人员和工程师在多 方面缩小了电池体积。其中之一是减少厚度，薄膜电池与传统的电池相比有以下 几点优势(“Through Nanotechnology,” 2007)： • 它们是由固体物质组成的，不依靠液体化学品 • 它们可以在比较大的温度范围内工作 • 它们有更长的寿命 • 它们可以被做成不同的形状 • 成本不会随产量的减少而增加（即它们单位面积成本是固定的）(Oak Ridge Micro-Energy, 2008; Titus, 2006)。 现在正在进行的电极设计和各种材料系统的基础材料旨在开发可充电锂电 池、镍镉电池和其他种类的电池。8除移动通信之外，此类电池也可应用于印刷 电路板（如微流体器件），智能卡和小型主动式射频识别标签的内置电源中(Bullis, 2006j)。9 许多市场分析人士预测，2009 年，薄膜电池市场会有很大增长(Curtiss and Eustis, 2006; Jaques, 2007)。现在大多数生产商业化薄膜电池的公司均是创业公 司。但像 NEC 和 IBM 这样的大公司也正为小型薄膜电池生产企业提供支持。10在 中国进行薄膜电池生产公司有： • Enfucell: 芬兰 Enfucell 公司首席技术官张霞昌在 2007 年成为 11 位“2006 影响世界华人大奖”的获得者之一，该奖项是由中国 10 家主要的媒体所 颁发的(“Zhang Xiachang’s Battery Breakthrough,” 2008)。 6 详尽列出所有目前正在研究的可能电极材料是在这一章的范围之外的，其中一部分包括氧化铁载入碳 (Huang et at., 2007);锡氧化物纳米管(Jian-Hua Wang et at., 2007); 锑和锑氧化物 (Simoninet al., 2007); 纳米 多孔硅，石墨，碳复合阳极(Zheng et al., 2007); 和铅氧化物小型管状电极(Bervas et al., 2007). Hua Kun Liu et al. (2007)解释了纳米材料如何影响锂电池的发展。 7 此外，在光伏电池方面有许多改进地方，这将使得生产更小、更轻的移动通信和计算设备成为 可能。我们在第四章中有所提及。 8 详尽列出所有目前各个领域的薄膜电池研究是在本文范围之外的。然而，其中一部分包括电极设计(Chi-Lin Li and Fu, 2008; Ho et al., 2008; Yanguang Li, Tan, and Wu, 2008; Yi-Xiao Li, Gong, and Yang, 2007; Marcinek et al., 2007)和循环性能(S.-W. Song et al., 2008; Chiung-Nan Li et al., 2008)。 9 主动式射频识别标签在库存管理中得到大量应用，现有的射频识别标签中，大多数是由电池所占有。整 合薄膜电池将使得主动式射频识别标签更类似被动式射频识别标签。 10 薄膜电池生产公司的详尽名单可见 NanoMarkets (2007)。 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 61 • Solicore:. 美国薄膜电池生产的领导企业，在 2007 年与中国的海升天达科 技有限公司合作，生产在电子智能卡中应用的薄膜电池并定位中国国内市 场(Solicore, 2007)。 • Ultralife Batteries: 作为另一个美国薄膜电池生产的领导企业，Ultralife 于 2006 年 1 月收购了 Able New Energy 公司，一个深圳的锂电池生产公司 (“Ultralife Batteries to Acquire Chinese Battery Manufacturer for Approximately $4.2 Million,” 2006)。 双电层电容器。双电层电容器常被认为是为电动车辆提供电力的一种方式， 也被看作为会在未来的移动通信设备中得到使用(Halber, 2006)。由于其耐冲击且 耐高温，在这方面的应用一直被看好。然而，双电层电容器过去的限制在于相比 大多数其他电池，该电容器需要更多的电荷。最新的单壁碳纳米管（SWCNTs） (Halber, 2006; Schindall, 2007)，碳纳米管（CNT）复合材料(Albina et al., 2006)和 其他纳米结构材料都使研究人员能够实现较大的电极表面积，创造更大的储存电 荷的容量。 两家开发双电层电容器的领导公司是麦克斯维尔科技公司和 EEstor。 在 1999 年，麦克斯维尔科技公司从 National Institute of Standards 和 Technology’s Advanced Technology Program 获得资金，研究对于应用于汽车和电子产品中的双 电层电容器的材料，如何减少其成本，提高其性能(ATP, 2006)。2007 年 7 月，中 国政府批准了该公司 BOOSTCAP®产品在车辆的能量储存方面的使用(Maxwell Technologies, 2007a)。四个月后， 麦克斯维尔科技公司宣布与天津力神电池股份 有限公司，一所中国锂电池领导生产企业结盟，共同研发结合双电层电容器和锂 电池技术的混合产品(Maxwell Technologies, 2007b)。 如今，麦克斯维尔科技公司在双电层电容器领域的主要竞争对手 EEstor 透 露出的产品上市计划较少(Hamilton, 2008)，但根据 Technology Review 的一篇文 章，EEstor 近期已将其双电层电容器技术授权给 Lockheed Martin 运用于从遥感 到移动电源包等各个方面(Hamilton, 2008)。 燃料电池。 燃料电池是另一项为移动通信设备提供电力的技术(Sistek, 2008)。部分公司已经开始销售可被用于为已有的电子设备充电的燃料电池(Sistek, 2008; Yomogida, 2008)，然而，未来的趋势是用燃料电池替代现有的移动通信设 备中的电池。麻省理工大学(MIT)的研究人员近期开发出了一种新型材料，可用 于加强燃料电池的电力输出，这尤其使得它们对各类移动电子产品和移动通信设 备来说更具吸引力(Thomson, 2008)。 虽然该项技术有广阔的前景，但在燃料电池成为大众化的电子移动通信设备 之前，在设计和鉴定方面仍需进行研究，且在各个市场都需要找到解决方案（比 如说如何运送像甲醇之类的所需燃料）(Tasa and Aapro, 2006; Gangeri, Perathoner, and Centi, 2006; Stone, 2007; Zhong et al., 2008; Kundu, Sharma, and Shul, 2007; Neburchilov et al., 2007; H. S. Liu et al., 2006)。既便如此，几家主要的公司已积极 着手研发推销它们用于移动电子产品的甲醇燃料电池技术。这些公司包括：索尼 (Yomogida, 2008)和MTI Micro(Sistek, 2008)。此外，三星已开发出使用水来代替 甲醇的移动电子设备的燃料电池，该产品预计将于2010年投放市场(Samsung Electro-Mechanics, 2007)。 传感器和天线 62 全球技术革命–中国，深度分析 传感器。微型和纳米传感器在过去几年中得到了学术界和商届的大量关注。 我们正在关注的是研发和推销可被应用于检测物体运动、生物物质和化学物质 的微纳米传感器。其中一些传感器在移动通信设备（如个人健康）(“Nano Sensor Could Predict Asthma Attacks,” 2007, Kuzmych, Allen and Star, 2007)，和无线射频 识别系统（如监视网络的信息传递）中得到应用(Ferrer-Vidal et al., 2006)。尽管 越来越多的认为无处不在的网络传感器对个人隐私(van den Hoven and Vermaas, 2007)已构成威胁，但仍有许多人把这些技术看作为可以增强供应链的安全和效 率(Burger, 2007; Kevan, 2004)； 控制如桥梁和电力设备等基础设施的老化问题和 监控对生态系统、公共卫生和安全等对环境造成威胁的因素(Cho et al., 2005)。 然而，许多研究仍有需要改进的地方。比如说，微软研究所近期发表了一篇 文章，提出将手机作为无线传感网络的框架(Kansal, Goraczko, and Zhao, 2007)。 但所面临的问题包括获取传感数据，找到最优方式进行数据储存以至于可被其他 服务器和设备使用。 天线。移动通信设备的天线设计工作正在积极进行中。如今，手机和其他移 动通信设备所面临的一大挑战是如何将天线的范围调整为能够接受来自不同通 信协议的多种电磁波谱。每一种协议（如802.11，码分多址[CDMA]，Groupe Sp écial Mobile [GSM]，RFID）都有唯一的硬件和软件的要求。 最新的一项研究调查了碳纳米管与软件可编程无线电相结合的使用情况，用 以制造出一个动态、可编程的天线/滤波器，相比传统的天线设计，能使用更大 范围的频率(Greene, 2006; Perlman et al., 2006; Jensen et al., 2007)。全可程式化单 天线滤波器可替代多种手机的组成部分，将会使得移动通信设备的设计更灵活更 小巧。 其他进一步加强移动通信技术工艺和材料的系统也正在进行研发(Su and Chou, 2008; Lin and Wong, 2008; R. Wang et al., 2007; Costantine et al., 2007)。 Software Defined Radio（SDR）12的手机可以使得未来移动通信设备更灵活更适 配更多功能(Del Re et al., 2007; Wolf, 2005)。 11 集成电路 在过去几年中，手机的快速流行和移动通信市场的迅速发展得到了许多半导 体和集成电路行业公司的关注。科学家和工程师们正开始研究如何提高移动通信 技术中的集成电路整体效率。目的在于提高这些专用芯片的性能和计算能力，同 时降低所需要的能耗。 麻省理工大学与美国德州仪器公司的研究人员近期开发了一项新的设计，使 得 该 移 动 通 信 设 备 和 手 机 中 的 集 成 电 路 的 效 率 比 现 有 的 芯 片 高 出 10 倍 (“Low-Voltage Chip May Power Future Portability,” 2008)。考虑到低能耗和高效率 对未来移动通信设备的重要性，其他行业的领导公司如英特尔公司和 NXP 半导 体（原飞利浦半导体公司）也在进行如何提高集成电路效率的研究。其中一个方 法是综合利用优势和切换 65 纳米处理技术相联系，减少漏泄电流(Y. Wang et al., 2008)。另一个方法是寻求新的构造以改进低功率运行(Charlon et al., 2005; 11 不同种类的纳米传感器，见：Materials Today （2005）；Bogue （2008）； Berven and Dobrokhotov (2008); Grieshaber et al. (2008); and Waggoner and Craighead (2007)。全世界有成百上千的中小型公司开发纳米和微 米支持的传感器元件和设备，关于涉及到的公司可在 NIA(undated)和 Nano Business Alliance(undated)中找 到。 12 可以改变如频段等特性的无线电，使用软件而不是硬件。 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 63 Lueftner et al., 2007)。 许多在此领域的研究都在国际半导体技术蓝图（ITRS）中得到突出强调(SIA, 2007)。在过去的十年，ITRS 在业界和学术界的集成电路研发和设计中扮演了至 关重要的角色。它探索半导体技术的重要问题和发展趋势，寻求解决现有问题的 可行性方案。其部分目的是加强全球半导体行业公司的合作，“技术竞争前的财 务权重可以被全行业共享”(SIA, 2004)。自 2003 年以来，ITRS 设立了一个部门 致力于开发无线通信的射频和模拟/混合信号技术。13 据 ITRS 称，移动和无线通信设备未来的发展趋势是使用新的元件结构，提 高集成电路的密度并增强其性能。此类新结构包括双栅极完全耗尽型绝缘硅集成 电路。手机功率放大器的需求不断增长提出了一个新的研究领域，未来的功率放 大器将会随着协议范围的扩大有严格线性递增的性能，且不提高成本。 移动通信协议 几个无线通信协议和技术已经存在，这些协议和技术是为了满足不同的需 求，如通信范围、用电量、数据传输速率和不同的应用产品。在不久的将来，一 台移动通信设备应可以多频和多协议地进行处理和交流。现在，大多数手机都支 持蓝牙®技术进行短程通信，如通过无线车载耳机，同样也可以进行一个或多个 手机无线网络的通信处理，如 CDMA，GSM 或通用分组无线业务(GPRS)。手机 制造商以着手将 Wi-Fi (802.11)兼容进手机耳机中，可以使得手机即通过传统移 动网络又可以通过 Wi-Fi 进行交流。微波接入全球互通(WiMAX)已进入中国和其 他地区，它引入了一种额外需要的兼容性，这将有可能大大地改变移动通信的标 准。WiMAX 和 Wi-Fi 都是基于“802.11”的标准，但在应用中是使用不同的应 用产品的。由于无线通信模式的差异仍有可能继续，未来研发的一个可能的方向 是使移动设备可以在不同种类的网络中传播。 此外，现有的无线通信设备很大程度上受到特别段频谱的限制。未来的移动 通信设备应能感应可用频谱，或可以优化设备以同时利用频谱的多种组成部分， 如美国国防部的联合战术无线电系统(Joint Tactical Radio System)14。由于可用频 谱会随局部变化（如局部干扰，天线受阻）或微观变化（如美国将于 2009 年 2 月电视台取消使用 700MHz 的波段）而改变，移动通信设备需要适应当地情况。 在频谱上的变化将仍在不久的将来继续发生。 近期在无线传输网络上的变革也同样对移动通信设备有着影响。过去，无线 传输网络的供应商对其网络中的设备和应用种类有严格的控制。于是，他们决定 了手机供应商生产的手机的特性功能。这样的方式是和网络供应商的提供方式相 悖的，网络供应商允许几乎所有的英特网连接者书写或开发应用技术和工具，只 要其符合基本的规定标准即可。 2007 年苹果®公司开发出了 iPhoneTM，无线通信服务商开始重新考虑他们的 连接方式，如允许移动计算设备链接他们网络，允许应用程序在多供应商和任何 设备的情况下操作。在许多方面，无线传输网络将会与英特网越来越相似 (Vogelstein, 2008)。 无线射频识别系统 13 14 关于对移动通信集成电路的材料、设计和研发的挑战，更详尽的例子见 SIA (2003)。 详细信息见 JPEO (undated)。 64 全球技术革命–中国，深度分析 所有的无线射频识别系统由两部分组成：射频识读器和射频识别标签。识读 器可以让用户询问系统，而标签储存了可读的数据。 最初，无线射频识别被看作为网络和仓储的条形码替代品。而如今，所有我 们提到的先进技术，尤其是在集成电路和存储设备方面的改进，使得无线射频识 别提供的不只是物流信息。它们可以提供诊断数据，如集装箱的温度湿度，条件 随时间的变化，加速或减速的速率，甚至用于医疗数据。它们也可以提供交易信 息，如位置和交易状态。现在，射频识别标签已成为常用的商业设备，传感元件、 存储器、处理设备和各种通信工具的结合也已使得它们更加复杂精密，无线通信 设备将在识读、处理、分享和利用该信息上进行一个又一个的工具开发。 射频识读器在过去被看作为一个固定的节点，即系统中的一个点。附着在某 种对象上的射频识别标签必须在射频识读器和所有下载的信息范围内进行询问 或阅读。固定的射频识读器包括使信息得到共享、存储和搜索的有线网络。但最 近移动通信设备和无线网络的趋势是从固定节点射频识别转变为移动射频识别， 即 M-RFID。 一些无线供应商已经将射频识读器加入到了移动通信设备中。如诺基亚在 2004 年就开始销售其含有 M-RFID 配置的 5410 手机(Thomas, 2004)。飞利浦、 三星和其他手机开发商也正在探索如何将射频识读器植入手机通信设备(Nystedt, 2007; H.-J. Kim, 2006)。部分现有设备已可以提供 M-RFID 和地理定位、遥感、 数据交换和数据服务的结合。 移动通信设备的未来 移动通信设备的未来仍未有定数。科学家、工程师和政治家，甚至艺术家们 正在展望移动通信如何影响人们的生活。诺基亚和剑桥大学共同开发的 Morph 概念手机的上市提出了未来移动通信设备灵活、透明、可伸展和能源回收的前景 (Noyes, 2008)。这个未来的移动通信设备被认为是可以支持下一代显示和感应纳 米技术，可以支持射频识别，并可以融入任何声音和数据传输通信网络的设备。 Morph 只是未来移动通信设备发展的趋势之一，它重新诠释了移动通信设备在形 式和功能上的定义。 滨海新区和开发区具有的相关实力 经济技术开发区已经拥有大量的手机生产设施，三星公司的总部和最大的手 机 生 产 基 地 设 立 于 此 ， 摩 托 罗 拉 (Spak, 2006) 和 新 斯 特 (“Sensetech Opens Mobile-phone keyboards Plant in TEDA,” 2005)，一个韩国手机键盘生产公司的生 产基地也设立在这里。 滨海新区和经济技术开发区与天津市的移动通信设备研发能力有直接作用。 在显示技术方面，天津大学材料科学与工程学院的张璐博士和封伟博士，正在研 究树枝状共轭聚合物用以提高有机发光二极管的性能。王静博士同样来自天津大 学，现正研究电子印刷颗粒的特性，这将在今后的显示技术中得到使用(Jing Wang et at., 2007)。 经济技术开发区也是天津海蓝德能源技术开发公司的总部所在地，该公司为 燃料电池应用生产储氢罐。天津海蓝德能源技术开发公司生产世界最小的储氢 罐，只有 AA 电池(Hugh, Todd, and Butler, 2007)一样大小却能提供手机充电电解 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 65 薄膜燃料电池的氢储备(J. Huang, 2007)。 动力与障碍 在第三章分我们提出对滨海新区来说开发和应用这七种技术八个最大的驱 动和阻碍因素。我们现在讨论这些因素将会如何影响先进的移动通信和射频识别 技术在滨海新区的发展和应用。 中国有不断增长的生产力需求（如射频识别的供应连和物流应用）和不断提 高收入与消费的经济发展需求（如手机需求市场），这两点和这些应用技术有紧 密的联系。中国已在手机使用数量上居于世界领先地位(CIA, 2008)，中国又拥有 世界第一大人口，这使其成为市场增长的关键国家。另一方面，西方媒体聚焦于 中国是否能够控制电子通信问题(August, 2007)。媒体报道多集中于中国中央政府 控制信息和中国民众希望通过各种移动通信技术获取信息的矛盾上(Petersen, 2006; Chase and Mulvenon, 2002)。虽然中央政府对于信息控制的姿态为轻度抑 制，但中国现在前所未有的手机使用的增长将会驱使这项事业走向成功。 中国的国内研发政策将会是驱动因素之一。中国“十一五”计划的时间为 2006 年到 2010 年，其中包括了主要支持这些技术应用的科技项目，如: • 集成电路和软件：建立集成电路研发中心，实现 90 纳米及以下的集成电 路工业化，开发基本软件、中间件、大型关键应用软件和集成系统 • 新一代网络：建造下一代英特网示范项目，有独立产权的国内数字电视网 络和移动通信示范网络 • 新型材料：包括信息产业高性能材料的商品示范项目(见 China Internet Information Center, 2006a)。 中国的其他国内政策，尤其是中国历来不愿意采纳国际移动通信标准将是阻 碍因素之一。中国与手机相关的法规，如法律规定所有的手机都必须有通用串行 总线（USB）充电接口(C. Yan, 2007)，从中我们可以看到，中央政府对中国市场 有着强大的影响力。此类法规将可能阻止中国移动通信生产商满足国际市场需 求。中国已决定将其第三代移动通信系统(3G)手机协议标准和时分同步 CDMA （TD-SCDMA）开发和推广成更成熟的 3G 手机协议和宽频 CDMA（WCDMA） 和 CDMA2000。尽管中国在 2008 夏季奥运会之前在实施 TD-SCDMA 3G 手机基 本结构和硬件方面已取得了很大的进步，但该项举措在那个时间之前仍不被认为 是广泛传播的(McDonald, 2008)。在此期间，中国已批准 WCDMA 和 CDMA-2000。 结果是，那些寻求增强 3G 性能的移动通信设备生产商将必须开发所有符合三项 3G 标准的硬件和软件的解决方式。总体上讲，此类情况对于想要进入中国市场 的手机和移动通信设备的生产商来说将是阻碍因素。或者说，为满足全球 3G 移 动通信设备的需求，生产商会选择只生产 WCDMA 和 CDMA-2000，留给当地手 机生产商生产 TD-SCDMA 的硬件设备(Bukoveczky, 2008)。同样，考虑到 2005 年中国有可能自己建立其所有的 UHF 射频识别标准，这将可能会阻止国外公司 大量投资中国的生产(Faber, 2007)。而另一方面，中国同意与美国和欧洲在 UHF 射频识别的带宽上兼容，这一点说明中国愿意采纳国外的标准，并同时发展自己 的标准。滨海新区必须认识到中国的标准对发展技术应用的重要性，并应尽其所 66 全球技术革命–中国，深度分析 能推进中国标准和国际标准相结合的进程。 保护知识产权问题仍是阻碍中国国内创新和国外投资资本和创新研发人才 流入的因素之一(见 Davies, 2006; OECD, 2008)。加强滨海新区现有法规的建设将 会帮助其实现所谓更进一步的情况(S. Jang, 2007)。 金融和银行业的法律与监管仍是中国的阻碍因素之一。经济合作与发展组织 (OECD)的结论是尽管情况正在得到改善，但要实现全球前沿研发和创新的资金 来源的法律与监管更健全、更透明、更可信，仍有许多地方需要改进(OECD, 2008)。既便如此，仍有证据表明中国近期在集成电路制造方面进行了投资(Micron Technology, 2007; Lapedus, 2007a)，经济技术开发区已与其他地方建立关系，并 已建造了与该技术应用相关的大型生产基地，这一点在前面的相关实力分析中有 所提及。 人力资源应是滨海新区的驱动因素之一，虽然临近的首都北京拥有大量的人 才。滨海新区和经济技术开发区，更广泛地说是天津市现有的人才将会提供有技 术有经验的人力资本，尽管如今的趋势是进大学而非去技校职校(T. Fuller, 2005; Wiseman, 2005; “Chinese Manufacturing Slowed by Skilled Worker Shortage,” 2002; “China in Serious Shortage of Skilled Workers,” 2004)，这对以生产为主的滨海新区 是一项挑战。中央政府意识到了这个问题，并开始采取措施。北京市和天津市的 大学毕业生，尤其是那些有理工科背景的学生是可能的研发人才(J. Wu, 2006)。 经济技术开发区意识到了吸引本地、中国其他地区和国际人才的重要性，并已采 取了一定的激励措施。15 发展研发文化和创新仍是滨海新区和中国其他寻求开发最先进科学技术科 研中心的机构的阻碍因素之一(CAS, 2006)。无论对于是现有领域还是创新试验， 滨海新区都应积极鼓励在技术、经济、政治和市场的发展方面勇于承担风险、灵 活应对困难。 可能的发展途径 滨海新区长期的目标应是成为移动通信设备和无线射频识别系统的生产制 造中心。首先应将目光放眼国内市场，最终扩展到国外市场。在显示器和电源方 面，滨海新区和经济技术开发区有机会建立地方和区域性的研发成果，发展最先 进的生产力。在集成电路设计和研发方面，滨海新区和经济技术开发区可能未具 备领导研发和工程趋势的影响力，但它们将从了解许多新兴的先进技术开始获 益。滨海新区和经济技术开发区应与中国其他地区或当地的半导体相关行业合 作，提升中国大陆地区对国际半导体技术蓝图（ITRS）的贡献。 我们建议滨海新区和经济技术开发区应采取以下措施。如果这些举措取得成 功，他们在移动通信领域的研发项目将会吸引到在国内外有竞争力的公司。 • 制订战略性计划，描述滨海新区、经济技术开发区和其他移动通信与射频 识别相关技术的资源来源地区的现有研发和产业能力。这应包括根据我们 描述的各个组成技术的可拆分的子计划，建造可能的无线射频识别和移动 通信设备环境试验台。滨海新区和经济技术开发区应和当地的商业伙伴， 15 这包括给予公司和个人的激励，吸引博士人才和为科研成果提供奖励。详细信息，请见第三章的科技工程 人才部分。 先进的移动通信和无线射频识别 RFID 的应用 67 • • • • • • • 16 如三星公司和其他中国的移动通信生产企业，分享其总体战略计划。此项 计划应作为更多地开发研究和制造能力的激励。 子计划应与领导开发商和各个组成部分的行业协会进行分享，例如：16 − 发光二极管（OLED）和其他显示技术，应与 OLED 协会分享。 − 传 感 器 应 与 Nano Business Alliance 和 Nanotechnology Industry Association 分享。 − 电池和电力的储存应与滨海新区、经济技术开发区或其他中国地区 有联系的电池和燃料电池领导设计公司分享。这些公司包括 Enfucell, Solicore, Ultralife Batteries, 索尼, MTI Micro,和三星。 营造移动通信试验台环境，新的移动通信设备制造商和整合商可以将其用 于研发新兴的技术和应用。 积极投身与中外领先的学术和行业研究机构的研究人员的合作与交流。可 能的联系人有： − 南方科技大学的研究人员，开发环境友好型 PLED 前导化学原料(F. Huang et al., 2007)。 − 商业显示器技术公司的研究人员，如剑桥显示科技, 三星 SDI, E-Ink 和 OLED 协会商业合作伙伴的研究人员。 − 北京大学的研究人员，研究碳纳米管开关的存储设备(Chen et al., 2008)。 − 中国科学院(CAS)、上海交通大学和复旦大学的研究人员，他们与美 国 Silicon Storage Technology 公司合作研究 PCM 相关问题(Shen et al., 2008; J. Feng et al., 2007)。 − 华中科技大学和清华大学的研究人员，研究集成铁电电容器在 FeRAM 中的可能应用(L. Wang et al., 2007)。 − 清华大学的研究人员，研究微型燃料电池的设计和微加工技术，这 将在今后有可能对移动通信设备提供益处(Zhong et al., 2008)。 与已在经济技术开发区的移动通信设备制造商进行合作，加强内部设备成 分的研发。提高与学校、研究所进行合作的激励。 清华大学的研究人员正在开发对移动通信设备带来益处的微型燃料电池 的设计和微加工技术(Zhong et al., 2008)。滨海新区应鼓励这些研究人员与 索尼，MTI Micro 和三星等公司合作，共同研发燃料电池的技术和应用。 发挥三星在天津的手机生产制造中心的作用，使其与当地的科学家和工程 师进行合作，研究 RRAM 在移动通信中的应用。相类似的，和 UMC， Macronix，TSMC，松下，Micron Technology 和其他公司合作，在天津市 和中国其他地区开发新一代记忆存储设备。 鼓励滨海新区和经济技术开发区的学术机构与滨海新区、经济技术开发区 和天津市的半导体相关行业的公司进行合作，了解移动通信设备和射频识 别的集成电路新趋势。其部分包括与国际半导体技术蓝图（ITRS）齐头并 进并为之贡献。因为 ITRS 将有可能落后于先进的移动通信设备的集成电 路设计，滨海新区和经济技术开发区应与三星、霍尼韦尔和摩托罗拉 (Motorola in China, undated)等半导体行业的其他公司进行合作，意识到 ITRS 将会对滨海新区和经济技术开发区带来的机遇和变革。他们也应积 极寻找与当地支持 ITRS 的企业或协会的合作机会。现有的 ITRS 支持机构 未来可能的发展方向见本章“现有技术和未来展望”元件技术部分。 68 全球技术革命–中国，深度分析 包括：欧洲半导体产业协会(ESIA)，日本电子和信息技术产业协会(JEITA)， 韩国半导体产业协会(KSIA)，台湾半导体产业协会和代表美国半导体行业 的半导体工业协会(SIA) (ITRS, 2008)。 • 建立并宣传天津现有的无线射频识别技术，即 2007 年中国信息产业部下 发的无线射频识别试验项目(Faber, 2007)。在这种环境下，天津港可以为 微/纳米射频识别标签和移动射频识读器提供整合和塑型的机会。 第6章 快速生物检测 快速生物检测，即具有“迅速地进行测试以检测出特殊的生物物质是否存在， 以及同时进行多项测试的能力”（GTR 2020,In-Depth Analyse,p.23） ，对于解决公 共卫生诊断学、食品安全以及环境监测方面的问题具有重要的潜力。这项技术应 用（TA）整合了生物检测实施上激动人心的技术进步——例如：芯片实验室 （Lab-on-a-chip）微阵列技术，基因测序，以及活有机体中的化学反应监测。 对于滨海新区和开发区的重要性 快速生物检测能力的发展和滨海新区人口与经济增长带来的需求高度相关。 快速生物检测有助于迅速筛选识别或消除公共卫生面临的威胁，大幅度地提高患 者治疗效果，提高药物使用的正确性，准确识别环境中或食品供应中的病原体。 最近中国国内（Zamiska,Leow,and Oster, 2007;Bradsher,2008a;Wong,2008）与出口 贸易（Harris and Boogdanich,2008）都出现了严重的食品安全与环境污染问题， 在此背景下，这一点显得尤为重要。 科技和市场现状及未来前景 技术概况 生物检测技术从 DNA 层到蛋白质层甚至人类细胞（例如可用来观测毒性效 果的肝细胞）的进展使对疾病的测试更迅速，同时也令对某些病原体抗药性的测 试更迅速。这一技术发展甚至可能带来个性化的医疗测试。这类测试技术正在快 速发展。本报告将描述最先进的快速核酸检测技术的发展现状，并重点介绍新兴 的基于生物芯片的生物检测方法，这一方法有助于同时进行多项测试。“芯片实 验室”（Lab-on-a-chip）生物检测甚至让利用微型设备进行小规模的实验室操作 成为可能。 技术现状：核酸检测技术。过去，为了检测出一种微生物需要对其进行培养。 依据生物体生长速率的不同，培养时间从一天（如炭疽菌）到两月（如结核菌） 不等。而现在已有方法可以让科学家与实验室技术人员在数小时之内检测出微生 物。检测如此快速的关键在于利用了分子诊断方法，而该方法包含了核酸检测技 术。 DNA“探针”是绝大多数这类技术的基本组成部分（Gen-Probe，2000） 。这 是在实验室里合成的一段被标记的 DNA 链，用于和需要识别的目标核酸分子进 行杂交。目标分子可以是 DNA 或 RNA1，取决于哪种能最好地显示待检测生物 1 DNA 由一对交织的长链分子组成，能够对信息进行长期储存。DNA 含有构造其他细胞元素所需的信息， 例如蛋白质和 RNA 分子。从化学角度来说，DNA 是由两条包含核苷酸单元的长链组成的核酸分子。 69 70 全球技术革命–中国，深度分析 体的独有特性。 DNA 探针由 30 到 40 个核苷酸组成的 DNA 链（称为寡核苷酸）构成。寡核 苷酸附着在一个探测分子上。DNA 探针与目标生物体的核酸进行杂交时，探测 分子测出合成物，表明该微生物的存在。2 直到最近，DNA 探针技术还需要对目标微生物进行培养，或直接导入经处 理的患者样本。微生物培养使识别精确，但缺点在于培养时间造成的延缓。直接 导入 DNA 探针只能在微生物聚集度较高的样本上使用，否则缺乏足够的目标核 酸供检测。 现在，一种新方法得到利用：目前最先进的技术是核酸扩增检测。这一检测 引进了一种核酸扩增的方法（例如多聚酶链式反应 PCR），这种方法用酶以指数 方式复制一段特定的核酸序列，在短时间内生成数以亿计的序列拷贝。进而 DNA 探针就能够轻易地检测到经过扩增的目标核酸。 这种检测有多种使用途径： • 用尿液样本筛查衣原体和淋病，而以前只能使用更具侵入性的抽取样本对 其进行检测（D.Fuller et al.,2000）。核算扩增检测已被证明对这两种疾病具 有高敏感度。（Marshall et al.,2007;） • 常规性筛查采集的巴式（Pap）样本(Chernesky et al.2007)。例如，美国 Gen-Probe 公司的 APTIMA Combo 2®检测能用来在半自动或高通量的全自 动 TIGRIS®平台上同时检测衣原体和淋病。（“Gen-Probe,”2008 p.666） • 在呼吸系统样本中快速检测出结核病菌。 （Pfyffer et al.,1999） • 在捐献血样中筛查 HIV 病毒，乙肝和丙肝病毒，以及西尼罗病毒，并对患 者进行这些疾病的监测（Gen-Probe,2008 pp.22-26）。Gen-Probe 公司也在 销售这一用途的检测技术。 新兴技术：生物芯片。当前的核酸检测技术尽管很有用，但仍有许多局限性， 特别是仅能探测少数特定的基因3。生物芯片是新兴的技术，测试特定生物物质 存在性的能力大幅度提高。下面介绍三种生物芯片： • 用于基因分析的生物芯片（genomics）能更好地同时进行多项测试。通过 即时测试多种基因，不仅能检测一种特定的微生物，还可能识别这一生物 体的菌株，因为菌株拥有和区别于其他菌株的独特的一组基因。此外，同 时识别多种不同核酸的能力还有助于识别复合微生物以及微生物的复合 菌株。 • 用于蛋白质分析的生物芯片（proteomics） 能用于测试多种不同功能的蛋 白质。4由于蛋白质的种类远远多于基因种类，这项工作比基因测试更难。 • “芯片实验室” （Lab-on-a-chip） 提供了利用微型设备进行小规模实验室 操作的能力，例如有机合成、生物分析和药物筛选。 RNA 有两种类型，用于不同目的。信使 RNA 将 DNA 上的信息运送至核糖体，以进行蛋白质的合成。RNA 和 DNA 非常相似，但在一些重要结构的细节上存在不同：例如，RNA 为单链分子，而 DNA 为双链。此 外，RNA 的核苷酸包含核糖，而 DNA 的核苷酸包含脱氧核糖（即缺少一个氧原子的核糖）。 2 过去，探测分子由一种放射性物质构成。而现在多用化学发光或荧光探测。 3 基因是携带遗传信息的 DNA 片段。 4 蛋白质是细胞中的显性分子，存在许多种类型。部分蛋白质具有重要的结构性功能。其他蛋白质是化学 反应的催化酶，并对细胞信号传递具有重要意义。 快速生物检测 71 用于基因分析的生物芯片。在这个快速变化的动态领域中，发展最为成熟的 是用多种样本（如患者样本）进行核酸分析的生物芯片。这种芯片主要有两种用 途： • 识别特定的 DNA 序列（基因型鉴定） 。 • 识别特定的信使 RNA 序列，不仅判定样本中是否存在某种基因，而且能 对其活性（基因表达）进行判断。基因活性越强，其信使 RNA 越多。 基因芯片被用来绘制人类基因组图谱，并对可能引起遗传疾病的缺陷和变异 进行定位——例如单核苷酸多态性（SNPs）。作为这项技术能力的一个体现，最 近 利 用 基 因 芯 片 又 发 现 了 一 种 重 要 的 遗 传 变 异 类 型 ， 称 为 “ 拷贝数变异 ” （Check,2005）。已有研究表明，这种基因差错是某些孤独症的原因（Weiss et al.,2008）。 基因型鉴定 这项技术用于检测某些病原体特有的基因。它可以作为一种敏 感测试，也即检测样本中只需要少量的致病菌。它还可以检测特定的菌株。例如， 美国疾病预防控制中心（CDC）开发出一种实验性的流感芯片 FluChip，能够在 12 小时内识别与鉴定流感病毒（Townsend et al.,2006） 。相比之下，从前的细菌 培养方法则需要大约四天。CDC 还在测试一种能够检测结核病抗生素耐性的生 物芯片（Caoili et al.,2006）。对人乳头瘤病毒（HPV）的 DNA 检测有望代替用于 宫颈癌筛查的巴氏（Pap）测试（Mayrand et al.,2007）。 基因型鉴定还能辅助测试食品中的多种致病菌。目前，仅有严格禁止转基因 食品进口的欧洲利用生物芯片进行食品检测，该技术对于查出食品中的附加基因 非常有效（Eppendorf,2006）。但这项技术还可以有更广泛的应用。 基因表达这项技术在人类癌症领域得到多种类型的应用： • 癌细胞与普通细胞具有相同的 DNA。但在癌细胞中，某些基因运行的速 率非常不同。基因表达使人们能够检测出这一些基因，并判断它们的活性。 • 基因表达使曾被一概而论的一些癌症（如某些乳腺癌）以从未想象到的方 式得到区分。现在，预测乳腺癌的淋巴结转移和复发的准确性有可能达到 90%（E. Huang et al.,2003）。 • 基因表达具有对乳腺癌进行分类的潜力，可将其分为不需要化疗、需要化 疗并效果明显、需要化疗但效果不明显几种类型（Pawitan et al.,2005）。这 样有助于在充分了解情况的基础上决定是否对患者采用化疗。例如， Genomic Health 是一家专事开发与推广基于基因组的癌症临床诊断测试的 生命科学公司，其产品 Oncotype DX®正迅速在美国得到采用。这项测试对 复发风险和化疗成效进行量化，让医师和患者能够做出针对个人的治疗决 策（“Genomic Health,”2008,p.201）。 • 某些情况下，癌症已转移，而原发癌的位置仍不明。当前技术实现原发癌 定位还比较困难和昂贵，并且常常失败。现在来看，基因表达有可能通过 判断癌症发源的组织的类型，提供解决这个问题的途径。（Dumur et al.,2008） 基因表达技术也正在一些非癌症领域得到开发应用。目前，心脏移植患者必 72 全球技术革命–中国，深度分析 须通过心内膜心肌活检来检查对移植的急性排斥反应。这项程序有多种问题：具 有侵入性、复杂、昂贵，且容易引起并发症。此外它还会造成患者不适，对结果 的解释多变，并导致不能及时查出排斥反应。基因表达将很快使这项筛查以非侵 入性的方式实现。（Cadeiras et al.,2007）同样，它还会在近期内使除乳腺癌之外 的老年性痴呆的血液检查成为可能。（Adis International,2005） 基因芯片的技术说明。使用生物芯片进行基因分析要求系统整合以下几个构 成要素： • 在一张芯片上包含遗传信息的一次性探针阵列 • 用于提取、扩增与标记目标核酸的试剂5 • 将测试样本引入探针阵列的孵育装置 • 对样本和探针阵列的结合进行优化的杂交箱 • 获取探针阵列的荧光影像的扫描仪 • 分析与管理得到的遗传信息的软件（Affymetrix,2007a） 。 第一项构成元素，探针阵列，主要通过两种方式生产： （1）使用显微光刻技 术；（2）使用包括直径 3 微米硅珠的微珠芯片技术。 显微光刻技术。美国昂飞公司（Affymetrix）正在使用这种方法。它的显微 光刻技术来源于半导体产业。其大体思想是，将用于检测目标微生物的 DNA 序 列的大量拷贝附着在一小块硅片上。 显微光刻利用光产生芯片的曝光模式与直接化学反应。这一过程首先将防止 化学耦合的光敏化合物涂在芯片上（即防止任何分子添加于芯片）。这些化合物 被称为“保护基”。光刻掩模由蚀刻在一片玻璃板上的预定透明模式组成，这些 模式或阻止或传送光。光刻掩模用来选择性地照亮芯片的玻璃表面。在光敏保护 基被移除时，只有暴露在光线中的区域成为不受保护的部分（也即变得具有粘 性）。通过这种方式，不受保护的部分被激活，进行化学耦合（也即准备好添加 指定的分子或单元）。 接下来，芯片的整个表面被包含 DNA 序列中第一个结构单元（A、C、G 或 6 T） 的溶剂淹没。酶促耦合反应只在照亮过的不受保护的区域发生。每个被添加 的新的 DNA 结构单元的拷贝还携带着一个光敏保护基（也即不能再添加结构单 元），以使这个周期能够对下一个结构单元重复进行。 这个曝光和随后的化学耦合过程可以在同一块芯片上重复多次，从而生成指 定长度的 DNA 序列的复合阵列，这些序列即成为探针。精细的照明模式使人们 能够在非常小的面积上构建包括多种 DNA 探针的高密度阵列。通过在实验样本 上提取和标记目标核酸，并将制备的样本与阵列杂交，就能够用一个使用高强度 光源的扫描仪测出阵列各个位置上目标核酸的含量。 包括直径 3 微米硅珠的微珠芯片技术。美国 Illumina 公司正在使用这种方法 （Illumina, 2008, pp. 219-220）。每个硅珠被某一特定的核酸序列（或寡核苷酸） 的成千上万的拷贝覆盖。微井被蚀刻到光纤束或平面硅载片这两种基质中的一种 上。硅珠在微井上以 5.7 微米的距离一致隔开进行自我组合。 硅珠并不会在阵列的任何特定位置上，而是在附着到基质上后再被“解码”。 5 在化学反应中用来探测、测量、检查或生成其他物质的一种物质。 这些是组成 DNA 子结构的四个基础元素。A 是腺嘌呤（Adenine），C 是胞嘧啶（Cytosine），G 是鸟嘌呤 （Guanine），T 是胸腺嘧啶（Thymine）。 6 快速生物检测 73 该过程包括将每个目标寡核苷酸与一个匹配自身的“解码寡核苷酸”进行相继的 杂交（即结合）。解码寡核苷酸包含荧光染料，用来探知每个硅珠在阵列中的位 置。这个过程验证了含某一特定目标寡核苷酸的硅珠存在于阵列中并发挥作用， 因此能实现质量控制。实际上，这种方法还允许高冗余性，因为一个包含目标寡 核苷酸的硅珠在阵列中会平均出现 15 到 19 次。 当一个核酸提取样本被添加到阵列中时，核酸分子与在覆盖后的硅珠上的其 匹配分子粘合。在粘合之前或之后，用荧光染料标记样本或硅珠上的分子。通过 向该阵列照射激光，检测出荧光染料。利用激光检测出分子，从而得到样本的量 化分析。一个阵列能够检测超过一百万的目标。 用于蛋白质分析的生物芯片。生物芯片还可以用来检测不同类型的蛋白质， 其方式与检测基因（DNA 和 RNA）的方式大致相同。但相比基因芯片，蛋白质 芯片还需要克服一些挑战（Sage,2004）： • 人类蛋白质可能有上百万种不同类型，而基因型只有约 3 万种。 • 人类基因组计划已经识别了全部人类基因，而大多数人类蛋白质还处于未 知状态。 • 在缺少类似 PCR（多聚酶链式反应）的扩增技术的情况下，蛋白质芯片还 必须能够检测出低含量的蛋白质。因此，捕捉剂必须具有至少纳米级（10-9 摩尔）的蛋白质亲和性。而这种捕捉剂的开发将耗时长久并且成本昂贵。 7 • 这些芯片须处理非常广的范围（达 8 个数量级）的蛋白质表达（即活动率） 的层级。 • 蛋白质芯片还必须具有能固定捕捉剂的表面，且固定的同时不会改变蛋白 质结构而影响其正常的相互作用。 • 捕捉剂与特定的配体（即希望检测的蛋白质类型）相互作用时，两者不能 发生交互反应。 由于以上原因，检测蛋白质的生物芯片的发展不如基因检测芯片成熟，但正 在取得进展。 蛋白质芯片具有多种富有前景的应用： 由抗体发挥关键作用的应用。抗体不仅能作为阵列上的捕捉剂，而且能够在 血清样本中检测自身抗体8，可以用来识别过敏症或自身免疫疾病（Harwanegg and Hiller,2005） 。 检测细胞因子。细胞因子是各种细胞类型生成的小型的调节蛋白质，作为细 胞间的化学性信使蛋白发挥作用。例如白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、生 长因子、群落刺激因子与趋化因子。细胞因子是对造血过程的外部控制元素，而 且调节与控制免疫与炎症反应。最近研究表明，利用一块蛋白质芯片能在样本中 以高敏感度同时检测与量化 12 个循环的人类细胞因子。 （FitzGerald,McConnell and Huxley,2008） 检测激酶及其基质。蛋白质激酶是一种通过化学添加磷酸基改变其他蛋白质 性状的酶。磷酸化通过改变目标蛋白质的酶活性、细胞位置或与其他蛋白质的联 系，一般会造成蛋白质的功能变化。 7 8 这表示捕捉仅一个纳米摩尔的蛋白质就足以用于其检测。 自身抗体是免疫系统生成的一种抗体（蛋白质的一种），对抗人体自身的一种或多种蛋白质。 74 全球技术革命–中国，深度分析 激酶被认为能调节大多数的细胞代谢途径。人类染色体包括至少 500 种蛋白 质激酶基因，可能占人体内基因总数的 2%到 4%。激酶活动失调有可能导致包 括癌症在内的疾病。最近研究表明，与一种激酶相关的单核苷酸多态性（SNP） 会使中风的风险增高。（Kubo et al.,2007） 美国英杰公司（Invitrogen）开发出一种芯片，能筛查数千种可能成为特定 激酶的目标的蛋白质。（Schweitzer et al.,2004） 检测具有生物威胁性的病原体。这些病原体包括出血热、痘病毒、炭疽、天 花和瘟疫。（Invitrogen,2006） 芯片实验室。第三种新兴的芯片类型是芯片实验室。这项技术提供了利用微 型设备进行小规模实验室操作的能力。它具有许多优势： • 体积减小缩短了产品合成与分析的时间。 • 液体在微小尺度的独特性能会实现对分子浓度及其相互作用更大程度的 控制。 • 试剂的成本与化学废品的数量大大减少。 • 小型装置将允许样本分析在有需求之处开展，而不必要在集中的实验室内 进行。 微流体是芯片实验室技术的关键（Whitesides,2006）。这是一项利用直径为 数十到数百毫米的管道来处理或操控小量流体（10-9~10-18 公升）的系统科技。 微流体系统必须包括一系列通用元素： （1）导入试剂和样本的方法（可能以流体 形式，理想状况还可以选择粉末形式）；（2）使这些流体在芯片上四处运动、组 合与混合的途径； （3）各种其他设备，例如多数微量分析所需的检测器，以及系 统合成所需的生成物净化部件。 芯片实验室可以有多样化应用： • 筛选并寻找适合蛋白质结晶作用的化学条件。这是目前为止发展最成熟的 一项应用。为理解蛋白质的功能，人们不仅需要掌握蛋白质的构成，还需 要了解其三维结构。蛋白质的三维结构只能通过对蛋白质晶体的 X 射线衍 射研究来了解。现在生产的芯片实验室能在 20 分钟内完成 1300 次结晶试 验（L.Li et al.,2006）。这些试验甚至能在最难结晶的膜蛋白上进行。 • 药物开发的筛选辅助。可以看到这项应用非常具有前景。近年来，制药公 司一直依赖高通量筛选（HTS）来发现潜在的新药，而相应的代价是数据 质量低与检验的复杂性。利用微流体系统，科研人员对检验能实现更好的 实验控制，提高精细度，获得高质量的数据（Hrusovsky and Roskey,2004）。 数据分析毒理学分析芯片（Data Analysis Toxicology Assay Chip）是芯片实 验室的一个变种。这种芯片包括人类细胞，并能对潜在的新药进行副作用 上的筛查（M.-Y.Lee et al.,2006）。这项技术可能结束对新药的动物测试。 与此同时，科研人员还可以在药物开发的早期，即对候选药物进行大量投 入之前，检查其副作用。 • 进行各种形式的生物分析（Sia and Whitesides,2003） 。这些形式包括免疫 分析、酵素分析与电泳分析。芯片实验室允许以多种方式检查和控制单个 细胞（Yue and Yin,2006; Wheeler et al.,2003） ，此外还能对个别分子进行控 制与测量（Craighead,2006）。 快速生物检测 75 芯片实验室还有助于进行一些有机合成。与传统的流通系统相比，芯片实验 室能更好地控制试剂的交叉污染和副反应，且其总产量更高。携带短半衰期放射 性同位素的有机化合物的制备过程已经证明了它们的效用。这类化合物用于正电 子放射断层造影术。（Chung-Cheng Lee et al.,2006） 市场概况 生物芯片的发展对于生物学研究具有重要影响。完全有理由相信，这一重要 性会继续增加。目前发展最广泛的是进行核酸分析的芯片技术。核酸分析技术已 经带来许多了重大发现，而这些基因芯片技术仍在迅速取得进展。Illumina 公司 2006-2007 年的产品目录为 146 页，2008 年已经达到 264 页，几乎翻番。 确实，总体来看，快速生物检测技术发展如此迅速，因此天津滨海新区与经 济技术开发区不应该试图通过硬碰硬的技术对抗来击败竞争者。相反，我们建议 滨海新区和开发区企业采取针对中国市场的技术许可办法。技术许可将创造充足 的融资选择，而这些选择是高科技企业仅仅依靠拥有最佳技术生存时无法获取 的。旨在通过技术进步成为领跑者的高科技企业需要很高的初始资本支出，并且 投资回报具有更大的风险性与长期性。 相比之下，技术许可证持有者能够销售设备与服务，收回投资，并很快赢得 利润。所有类型的投资者都会理解这类许可协定能带来的收益。滨海新区、经济 技术开发区以及来自中国政府的资源可以像支持开发区内其它风险企业一样，资 助快速生物检测技术。而与此同时，对于更信任低风险、快速与可观的投资回报 的私营投资者来说，这样的风险投资同样具有吸引力。 对于滨海新区和开发区而言，这种方法的另一个优点在于，快速生物检测技 术的潜在销量很高，因而技术许可办法使企业更适于在国外市场上筹集初始资 本。 目前，快速生物检测设备的主要市场仍然面向基础研究，并非医学治疗。例 如，《新英格兰医学期刊》最近的一篇评论提出，用 DNA 生物芯片检测代替巴 氏宫颈癌检验法的想法尚不够成熟，还需要对 DNA 芯片进行进一步的测试 （Runowicz,2007）。Illumina 和昂飞公司均仍将主要市场定位于研究者而非临床 医师（Affymetrix,2007a,p.3）。就这点而言，快速生物检测的设备能够出售给制 药公司的研究实验室9，高校，以及政府在公共卫生10、环境保护、食品安全11以 至法医与犯罪学领域开设的研究中心。 但是，尽管该领域的企业分享同一市场，应该看到，不同公司可以使用不同 的芯片制造技术。例如，昂飞公司利用光刻技术来制造基因芯片，而 Illumina 公 司采用微珠芯片技术。哪一种技术将会成为主导还不得而知。事实上，未来两种 技术都可能被现在仍未知的其他技术取代。具有不确定性的也不只有技术。 在这种情况下，试图成为“技术赢家”是不明智的。尽管天津生物芯片技术 有限公司（TBC）已经与昂飞公司合作，但该公司不一定能够存活。2008 年 2 9 快速生物检测能够在药品开发中辅助检查药物副作用，并使高通量筛选得到更好的数据。 10 快速生物检测通过筛查水样本中的致病微生物，能为中国更好地获取安全饮用水的迫切需求做出重要贡 献。 11 快速生物检测能够测试食品中是否存在致病微生物或转基因元素，这一点将引起食品生 产和包装企业的兴趣。 76 全球技术革命–中国，深度分析 月初，昂飞公司和 Illumina 公司之间的一项专利相关的诉讼得到裁定，昂飞公司 被判支付 Illumina 公司九千万美元（L.Li et al.,2006）。投资者明显感到 Illumina 公司具有更好的前景，因为其股价从 2007 年初的 40 美元涨到 2008 年 4 月底的 79.01 美元。与之相比，昂飞公司的股价同期从 25 美元降到 10.68 美元。 利用本领域的全球先进企业的技术许可，天津生物芯片公司与滨海新区、开 发区已有和新建的其他企业将在本地和更大的国内市场上拥有广泛的选择： • 转售生物芯片扫描设备 • 提供扫描设备的维护与维修 • 制造使用核酸生物芯片所需的一次性器材，例如探针阵列和试剂 • 作为小型研究中心的实验室，为客户进行标本测试，或者扫描与分析客户 返回开发区的生物芯片上的测试数据。在开发区建立一个集中性的实验 室，为整个中国市场的客户提供服务的概念适用于这样的情况：扫描设备 昂贵，需要有经验的技术人员，生物芯片和其他一次性器材的运费低廉， 并且测试结果没有时间敏感性。 给定上述所有潜在的医疗应用，最终可能形成另外一个面向临床医学的市 场。这些设备的终端用户包括医院、诊所、医生办公室、康复中心，以及长期看 护机构。 滨海新区和开发区具有的相关实力 天津滨海新区和经济技术开发区在快速生物检测领域的实力存在于天津生 物芯片技术有限公司（TBC）。天津生物芯片技术公司成立于 2003 年，是国家高 技术研究发展计划（863 计划）资助的五个国家生物芯片研发（R&D）基地之一。 更重要的是，“天津生物芯片技术公司是唯一致力于病原微生物检测生物芯片研 发的基地，并且是生物制药技术服务的外包中心”（TBC,undated）。 该公司目前的生物芯片诊断设备用于检测： • 血液和肠道中的病原菌 • • • 志贺氏杆菌 肺炎球菌 B 组链球菌 • 奶粉中的细菌 • 性传播疾病 • 引起断奶仔猪腹泻和水肿的大肠杆菌菌株。12 食品安全是着力的焦点之一。 天津生物芯片技术公司与美国昂飞公司（Affymetrix）合作，该公司仍是生 物芯片领域的全球领先企业，虽然最近股价有所下跌。通过安装昂飞公司的基因 芯片扫描仪 GeneChip® Scanner 3000，天津生物芯片技术公司现在能够在中国提 供基因表达分析与单核苷酸多态性检测服务。该公司还安装了美国珀金埃尔默公 12 该公司的部分研究成果参见： Yayue Li et al., (2006) and ；Weiqing Han et. al.,(2007) 快速生物检测 77 司（PerkinElmer）的生物芯片点样仪 SpotArray 72。由此，公司能够自行生产生 物芯片。 天津生物芯片技术公司还生产用来检测大肠杆菌、志贺氏杆菌和沙门氏菌的 诊断血清。公司其他产品为化学试剂和其他一次性器材13，包括一套 PCR 产品的 净化设备、总 RNA 提取设备和载玻片。 动力与障碍 在第三章，我们确定了八项因素，它们被认为涵盖了滨海新区开发与实施七 种技术应用的最主要动力与障碍。下面将讨论这些因素会如何影响滨海新区对快 速生物检测技术的开发和实施。 国家需求 中国对改进公共卫生与减少环境不良影响的需要将是发展快速生 物检测技术的一个驱动力。对提高国内水供应质量的需求尤为重要。原水利部副 部长翟浩辉指出，中国 1/3 的农村人口——约为 3.6 亿——无法获得安全的饮用 水（Lim,2005）。快速生物检测能够用来识别病原体和其他污染饮用水的微生物， 并能用于监测与评估缓解措施的效果。在公共卫生领域，天津生物芯片技术有限 公司正在为临床测试开发与实施适用于血液和奶粉样本的生物检测方法，包括检 测 166 种不同的血清型大肠杆菌，以及检测引起链球菌疾病、葡萄球菌疾病、肺 炎和新出现的传染性疾病如志贺氏菌痢疾的病原体。公司还为医院提供癌症检查 的生物检测技术（Cao,2007）。 国家研发政策 将是一种推动力。长期以来，中国的研发项目将卫生、医学 和生物技术视为重点领域，而最近对发展商业化的生物技术部门的强调也建立在 这一趋势的基础上（Frew et al.,2008）。 国家的其他政策 特别是对加强食品和药物监管的需求可能成为推动力，因 为快速生物检测具有识别食品和药物中有害微生物的能力，有助于监管的实施。 专家指出，中国制药产业已多年陷于腐败。据新闻报道，腐败是导致大量环境、 公共卫生和公共安全灾难的原因（Pei,2006）。根据香港科技大学教授 David Zweig 的观点，中国的食品和药物缺乏监管（Barboza,2007）。尽管如此，国际上对中国 食品和药物质量安全的批评之声不断增多，似乎已使政府加大了对解决腐败以保 护出口业务的关注程度。14从 2002 年起，中国政府对国家食品药品监督管理局、 浙江省药监局和其他机构的一些高级官员实施了判罚。最突出的一例是前国家食 品药品监督管理局原局长郑筱萸的死刑，他被指控在药物审批上收受巨额贿赂 （Barnes,2007）。 知识产权保护 (IPR)仍然是中国自主创新以及国外资本和人才参与创新型 研发和风险投资的障碍（Davis,2006; OECD,2008）。滨海新区加强现有法律的 执行力度，将有助于状况的改善（S.Jang,2007）。 金融和银行法律法规 也是中国仍面临的障碍。世界经合组织（OECD）指 出，为了改善现有状况，还需要完成大量工作，使法律法规足够地健全、透明和 可靠，从而吸引全球的资源投资最前沿的研发和创新活动（OECD,2008）。上文 关于中国研发政策引用的《自然生物技术（Nature Biotechnology）》上的文章指 13 在这项技术的分析中，可消耗器材被归入一次性器材。 2007 年 6 月底，由于发现受致癌物和过量抗生素残留污染的中国海鲜食品数量急剧上升，美国食品及药 品管理局（FDA）禁止进口了部分中国海鲜，包括虾、鲶鱼和鳗鱼。 14 78 全球技术革命–中国，深度分析 出，不利的投资环境是阻碍中国卫生生物技术企业成长的主要因素。具体来看， 作为天津生物芯片技术公司的合作伙伴，昂飞公司将要建设的亚洲分厂的地址选 在了新加坡（Affymetrix,2007b）。 人力资本 应该成为天津滨海新区的动力，虽然其地理位置靠近不断成长的 大都市北京，会导致对人才的强烈竞争。目前，滨海新区、经济技术开发区和大 天津市的劳动人口提供了具有生产经验的熟练工人的来源，但现在国内学生倾向 于接受大学教育而非技术职业教育（T.Fuller, 2005;Wiseman,2005； “由于熟练技术工人的短缺而减慢的中国制造业发展，” 2002； “中国对于熟练技术人员的严重短缺，”2004）的趋势将是滨海新区扩大生 产时面临的挑战。中央政府已经意识到这一问题，并开始采取措施（J.Wu,2006）。 引进天津市和北京市的大学毕业生，特别是具有科学和工程（S&E）背景的毕业 生，将提供潜在的研发队伍。天津经济技术开发区已经认识到吸引本地、外地和 国际人才的重要性，并已设立了激励计划。15通过发表世界级的研究成果，开发 区已经证明了在这一技术应用上的科研实力。16 研发和创新文化 的发展仍然是滨海新区面临的障碍，这同时也是中国其他 旨在成为最先进的科学工程中心的研究机构存在的问题（CAS,2006）。对于现有 的和新设立的计划，滨海新区应该鼓励冒险精神，鼓励依据技术、经济、政治和 市场的发展灵活改变方向。 可能的发展途径 天津滨海新区的长期目标应是在全球市场上成为最先进的快速生物检测技 术的领跑者。我们建议，滨海新区采取阶段性的计划来实现这一目标，而开始的 重点在于通过技术许可和合作协议来吸引领先企业。在这个阶段，滨海新区和经 济技术开发区将逐步建设从先进生物检测器材和设备的转售者到生产者的能力。 通过本战略，首先关注国内市场，最终达到滨海新区和开发区为全球市场进行生 产制造的目标。 具体而言，我们建议滨海新区和经济技术开发区采取以下行动： • 识别快速生物检测领域的全球领先企业，寻求可能的技术许可与合作协 议。例如，考虑扩大与昂飞公司和珀金埃尔默公司现有的合作关系，以及 向 Illumina 公司、Gen-Probe 公司、Genomic Health 公司和美国英杰公司购 买许可证协议。 • 准备一项基于许可证策略的商业计划。滨海新区和开发区企业应首先瞄准 滨海新区和天津市内的市场，然后扩展到整个中国市场。在开始阶段，这 些企业应在开发区内的一个集中场所提供标本测试和采集芯片的读取分 析。等这些服务在开发区确立起来，就应该在国内各大城市设立服务中心 ——单方或与其他中国企业合作——以缩短响应时间，并且占取时间敏感 性测试的市场。最初的关注点应为转售设备与一次性器材，下一步是生产 15 其中包括为引进博士人才对企业和个人的激励措施和杰出表现的奖励。细节参见第二章第 1 节的“受过 教育的科学和工程从业者”部分。 16 作为一例，天津经济技术开发区生物实验室的研究人员已经发表了在中国北方某深油藏中发现的一种耐 热芽孢杆菌的完整基因序列。（参见：Lu Feng et al, 2007） 。 快速生物检测 79 器材。此后，滨海新区和开发区企业可以开始为国内市场生产设备。最后， 技术出让方应决定是否将在中国的生产投放于全球市场。 • 让滨海新区、开发区和天津市内的 25 所高校和 140 家研究机构了解商业 计划，促使它们为这项投资教育和培训专业人员。 • 鼓励天津生物芯片技术公司大幅度地扩充合作企业的数量。该公司应签订 结构化的协定，以便随着快速生物检测的技术发展增减合作企业。这项战 略能让公司避免锁定在某一个可能很快过时的技术上。但它会增加支出， 因为每个合作企业都有自己的设备。不过天津生物芯片公司有可能采取租 用设备的方式，而不用购买这些设备。 第7章 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 能够获取充足的洁净水是全球各国面临的巨大挑战之一 (Elimelech, 2006)。 随着人口增加及发展从而加大对洁净水的需求加上现存水资源过渡供给，该挑战 将日益严峻。中国面临着世界上最严峻的水资源短缺的挑战 (参见 J. Ma, 2004)。 保证供给其国民安全的水资源将会对中国的发展具有关键性的作用。 提高洁净水供给的一个途径就是发展及应用水质净化技术(Service, 2006)。 该技术可为住宅，工商业及农业提供洁净用水。其关键性的挑战在于用经济上可 行的成本来得到所需的水质(Shannon and Semiat, 2008)。薄膜，过滤器及催化剂 作为新兴技术能够提高水净化效力从而有助于达到此目标。 对于滨海新区和开发区的重要性 中 国 最 近 被 列 为 全 球 前 五 大 水 质 及 废 水 技 术 成 长 型 市 场 (“Reports Highlights Growth Markets for Water Technologies,” 2008)。 位于水资源匮乏区域， 天津滨海新区急需能够最有效利用水资源的技术，特别是在工业及住宅部门 (Y. Zhou, and Tol, 2005)。 通过发展水净化技术，新区及开发区能够努力满足中国对 洁净水资源不断增长的需求，同时将自己定位为一项重要新兴科技领域的前沿。 科技和市场现状及未来前景 新兴水质净化技术有四个主要应用： • • • • 脱盐：从海水或盐水中去除盐分及其他物质 消毒：从水中去除微生物 净化：从水中去除有毒物质 质保：检测水中潜在有害物质 在以上应用中，脱盐需要特别说明。在过去的几十年里，海水脱盐能力持续 拓展。在能源费用相对较低的中东地区，热能脱盐过程趋于主导。而在其他地方， 反渗透技术——一种迫使盐水通过半可渗透性膜从而去除盐分纯净水质的过程 ——最为常用(Y. Zhou, and Tol, 2004)。由于薄膜的完善所导致的成本大幅降低， 反渗透技术越来越成为脱盐的优先选择(Voutchkov, 2007a)。建造一个反渗透厂所 需的资本投资远低于热能脱盐过程所需的投资。然而，需要着重指出的是当与废 热发电技术——利用其他过程的废热——一起应用时，热处理过程能够成为非常 具有成本效益的选择(Junjie Yan et al., 2007; Lin Zhang et al., 2005)。 建造反渗透厂时一个关键决定在于应用哪种反渗透技术。用于反渗透薄膜的 最常用材料是芳香聚酰胺。 这些聚合体中的带电化学群能够逐退盐离子。 同时， 中性水分子被薄膜的无孔表面所吸收并被散播到薄膜纯净水的一方(Service, 82 全球技术革命–中国，深度分析 2006)。 用于脱盐的薄膜的主要权衡在于平衡流入及流出（即吞吐量）(Vainrot, Eisen, and Semiat, 2008)。 设计时着眼于增加盐分排弃量的薄膜往往是以减少流出量为 代价。类似的，着眼于增加流出量的薄膜往往以减少流入量为代价。研究员们面 临的挑战在于开发出能够用于生产同时增加盐分排弃量及流出量的薄膜的新型 材料。同时，脱盐过程的环境影响必须进行仔细评估。海水引入会危及海洋生物， 盐水处理也会对生态系统造成更广泛的威胁(Cotruvo,2005; Voutchkov, 2007b)。 天津滨海新区及开发区坐落在海滨，使得运用反渗透对海水进行脱盐成为其 水管理战略的潜在重要组成部分。新区及开发区是否应该将此项技术视为一项具 有吸引力的投资取决于运营一家反渗透厂目前及未来的成本结构。 有关估计数据指出，如果能够在每立方米1美元价格提供用水的话，投资脱 盐技术对中国而言具有经济上的优势。但是，政府补贴使得水价严重低于上诉数 字（比如说, 2003年天津水价为每立方米0. 313 美元）(Y. Zhou and Tol, 2003)。因 此，脱盐技术对新区及开发区的潜在吸引力大小不仅取决于技术进步，同时也取 决于未来政府水价补贴的状况。 完整的水净化技术范围包括1： • 薄膜 抗氯薄膜 − 薄膜纳米合成膜 − 仿生薄膜 • 过滤器 − 纤维介质 − 碳纳米管 − 纳米渗透陶瓷 • 催化剂 − 纳米催化材料 − 微量杂质探测 − 这些新兴技术的每一项都阐述了上述定义的四项主要应用中的至少一项，参 见表 7.1。 下面各部分描述表 7.1 每种技术的目前状况及未来前景。表 7.1 未列出的一 些反渗透脱盐的替代方法将在一个单独部分讨论。 薄膜 抗氯薄膜。易产生生物垢成为使用反渗透薄膜脱盐的一个重要挑战。当附着 在使用中的薄膜表面的有机物质历时不断积累并降低薄膜渗水能力的时候，生物 垢就产生了(Heng et al.,2008)。生物垢能够用氯水来处理。然而，氯水处理会造 成薄膜表面本身的退化(Henthorne, 2007)。 研究人员已经研究了用于制造芳香聚酰胺的材料对反渗透膜抗氯性的功效。 具有加强抗氯性的薄膜可能可以通过选择在制造特定应用中的最优材料特性来 1 “薄膜”和 “过滤器”有时会交替使用。这是因为薄膜代表一种薄单结构，而过滤器指代这个结构所具有的 功能，比如从水中去除污物的功能。在以下讨论过虑器时，我们相应得使用薄膜来描述某些过滤器的结构。 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 83 制造(Shintani, Matsuyama, and Kurata, 2007)。例如, Woongjin 化学品有限责任公 司（前称 Saehan 工业公司, 参见 “Saehan = Woongjin,” 2008）已经开发出具有5 倍抗氯性的薄膜(“A Chlorine-Resistant RO Membrane,” 2007)。 表 7.1 被新兴技术阐述的水净化应用 反渗透脱 盐 消毒 净化 抗氯薄膜；薄膜纳米 合成膜；仿生薄膜 X 纤维介质 X X 碳纳米管 X X 质保 X 纳米渗透陶瓷 X 纳米催化材料 X 微量杂质探测 X 薄膜纳米合成膜。加州大学洛杉矶分校的研究人员已经开发出能够用于脱盐 的薄膜纳米合成膜。 该过程将超级亲水性的纳米粒子散播到传统的反渗透膜上。 这样产生的薄膜具有传统薄膜的两倍可渗透性，同时具有同等的排弃能力及更强 的防垢特性(Jeong et al., 2007)。NanoH2O 正在参与这项技术的商业化，并有望 在 2009 年面世(“Nanoparticles Boost Water Treatment,” 2007)。制造薄膜纳米合成 膜的成本预计和传统反渗透膜类似(“Today’s Seawater Is Tomorrow’s Drinking Water,” 2007)。 仿生薄膜。仿生膜（即模仿肾功能而设计的薄膜）已经作为一种能够大幅度 提高薄膜效力的潜在技术而被研究(Bowen, 2006)。伊利诺伊大学香槟分校的研究 人员最近开发出具有相对于传统膜 10 倍流出量的仿生膜(“Biomimetic Membrane Announced,” 2007)。该过程将一种蛋白 （Aquaporin Z）整合入一种自组装聚合 体而得到具有加强流量特性的膜。虽然该过程具有潜力，其商业化运用可能还需 要至少 10 年时间(“Kidney-Like Membrane Boosts Desalination,” 2008)。 过滤器 纤维介质。该技术具有多种应用：脱盐，消毒及净化。 反渗透脱盐。纤维介质作为水净化的预先处理已经被使用很多年了。该预处 理过程目的在于将大污染物在源水中的浓度降低到可接受的成分组成。无纺纤维 过滤器 随机排列平均大小 1 微米的纤维。这些过滤器被用作将源水备成更加敏 感同时更具选择性的下流水过程的第一阶段。也有其他替代无纺纤维过滤器的预 处理过程 (比如说絮凝,沉降及沙滤)。但是，有证据显示无纺纤维过滤器能够节 省相当可观的成本。 理论上而言，无纺纤维过滤器能够用于将海水去除盐分及其他污染物的一步 到位过程。但是有多种原因使该项技术的发展还未能接近实现此潜力。第一，目 前过滤器的平均滤孔尺寸过大而不能去除所有污染物。第二，污染物会被截留在 过滤器内并不易清除，造成过滤器需要更换。第三，由于纤维的随机排列，污染 物的排弃特性不能被精确区分。致力于开发小型无纺纤维过滤器的研究可能会提 高他们在水净化应用中的用处。 84 全球技术革命–中国，深度分析 具有加强特性的纳米纤维已经被生产出来。使用纳米纤维能够减小过滤器的 平均滤孔大小。这个过程部分上是通过增加过滤器的过滤层，使介质紧凑而达到。 研究人员已经开发出多种方法来利用纳米纤维去促进分离过程(Kaur et al., January 2008)。 一组研究人员已经在探索通过在聚合前将膜暴露于等离子体而 实现的表面调整。 这个过程产生了在表面具有更小些滤孔并具有更强流出量能 力的非对称膜。研究人员同时也进行表面调整去开发三层功能膜。研究人员已经 应用一个不可渗透的具有亲水纳米合成涂层的上层，一个无纺纳米纤维中层以及 一个无纺微纤维支撑层而开发出合成膜。合成膜具有更大的流出量同时保持相似 的排弃特征。同时，合成膜显示出更强的抗垢性。但是合成膜能否经得起长时间 大规模的应用还不确定(Xuefen Wang et al., 2005)。 消毒。 利用过滤器的另外一个途径就是利用电磁特性来吸引特定材料。 Argonide 公司开发出一种将带阳极电的纳米粉注入纤维介质的名叫 NanoCeram 的商业产品。NanoCeram 能够去除亚微米量级的病原体(Tepper and Kaledin, 2006)。NanoCeram 的生产目前耗费 1 美元每平方英尺。该成本与生产传统过滤 器的成本相近。同时，Argonide 预计它将来能够将生产成本降到每平方英尺 0.30 美元(Tepper, Kaledin, and Hartmann, 2005)。 NanoCeram 同时还具有与传统过滤器相比若干个量级更高的忍耐污垢的能 力 ， 从 而 大 大 减 少 了 更 新 过 滤 器 的 需 要 。 最 近 Argonide 开 发 出 NanoCeram-PAC™ 。 该 产 品 融 入 一 种 粉 状 活 性 碳 以 提 高 过 滤 器 的 吸 收 能 力 (Argonide, undated)。 净化。Inframat 公司开发出一种具有“鸟巢”上层构造的功能性纳米纤维材 料(Inframat, undated).。这种“鸟巢”结构由用于氧化砷的化学添加剂的二氧化锰 多孔结构组成。这种材料目前作为一种从饮用水中去除砷的方法而被研究(“A Soak Cycle at Inframat,” 2004)。 碳纳米管。这项技术同样有若干项潜在应用。 反渗透脱盐。碳纳米管作为一种能够大举改变薄膜在多种技术应用，包括水 净化中的用处的方法而被积极探索。具有 1-2 毫微米大小孔的碳纳米管已经在实 验室中被应用于制作过滤器。其制造过程使用化学蒸汽沉积去形成随后由经过化 学蒸汽沉积的氮化硅 所包裹的碳纳米管。在初始实验室测试中，将洁净水运送 过由此生产的膜仅需 1 个标准大气压（100 千帕）的压力。虽然将盐水运送过该 膜需要更大的压力，该实验最重要的结果在于水横穿膜的速率比预计的高 1000 倍(Holt et al., 2006)。 肯塔基大学的一个小组开发出一种通过在聚合材料内化学蒸汽沉积去制造 碳纳米管的替代方法(Hinds et al.,2004）。由这种方法产生的纳米渗透膜也显示出 比预计高出好几个量级的流量率(Majumder et al., 2005)。将这些有前途的实验室 范围的结果发展成可行的商业产品的关键挑战在于将生产过程扩大到生产能用 于技术应用的足够大的薄膜(Sholl and Johnson, 2006)。 Seldon 实验室公司正致力于将用于水净化的碳纳米管产品的商业化。其过 滤器使用一种由在多孔衬底上的纳米管 组成的纳米网(Meridian Institute, 2006)。 虽然纳米网产品通常是使用于单个净化使用单位而设计，例如为士兵在战场提供 洁净水，Seldon 已经尝试将该技术应用于更大规模的脱盐项目(Leahy, 2005)。 消毒。碳纳米管同时也作为一种水消毒的潜在方法而被探索。单壁纳米管的 消毒效力最近已在含有大肠杆菌的水溶液中测试(S. Kang et al., 2007)。实验结果 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 85 指出对大肠杆菌细胞膜的破化发生在与单壁碳纳米管的物理相互作用中。碳纳米 管同时也在致力于发现 HIV 治疗手段的研究中探索(H. Zhu, 2008)。 纳米渗透陶瓷。太平洋西北国家实验室开发出一种叫做间隙孔支撑的自装配 单层（Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports or SAMMS™） 的新型 材料。这种材料能够从水中去除金属污染物，比如汞和砷(PNNL, 2008a)。在砷 吸收应用中，该材料被显示能够吸收 99% 的目标污染物(“A Soak Cycle at Inframat,” 2004)。该材料表面能够进行改变而实现具有高度选择性的各种污染性 金属的去除。用于去除汞和其他重金属及用于昂贵催化剂回收利用的 SAMMS™ 技术在商业上可以通过 Steward 环境解决办法公司 （Steward Environmental Solutions, LLC）而获得(PNNL, 2008b)。 催化剂 纳米量级催化材料。将大众暴露在较高砷含量危险之下的地表水在中国是一 个严重问题(G. Yu et al., 2007)。零价铁 (zero-valent iron)作为处理地表水中砷的催 化剂已经被应用超过 10 年时间了。研究人员正在通过使用纳米量级零价铁 （nanoscale zero-valent iron (NAZVI) ）来提高其性能(Meridian Institute,2006)。 纳米量级零价铁催化土壤对有毒物质及重金属（如砷）的吸收从而使产出的水中 这些污染物的含量降低。对纳米量级零价铁在除砷方面的测试已经在孟加拉国和 尼泊尔展开(Kanel et al., 2005)。测试结果表明，与传统材料比较，纳米量级零价 铁能够提高应用的易用性并加快反应速度。 目 前 纳 米 量 级 零 价 铁 有 数 家 商 业 生 产 商 。 PARS 环 境 公 司 （ PARS Enviromental Inc.）生产BNP产品；OnMaterials 公司生产 Zloy; CraneCompany (通 过Nanitech公司经销) 生产PolyMetallix™； Toda America生产RNIP(Gavaskar, Tatar, and Condit, 2005)。 Soletex公司也开发出用于除砷的名为ArsenX™的商业产品。ArsenX™将粘 附在聚合物基板上的水合氧化铁纳米粒子作为吸水树脂。该材料能够吸收水中的 砷和其他重金属。ArsenX™由Purolite制造。该公司最近在中国浙江建立了研发 中心(“New R&D Facility to Be Start Up in China,” 2007)。Graver Technologies公司 生产名为MetSorb™的类似产品。ArsenX™和MetSorb™都显示出足够的在运输中 最小化性能退化的物理特性(North, 2005)。Graver估计使用MetSorb™处理水的成 本在每千加仑0.10到0.50美元之间(Graver Technologies, undated)。 微量污染物探测。确保水质纯净到足够的等级使得任何微量污染物（如重金 属，药品，化学品及生物体）的残余量都通过安全标准是至关重要的。探测水中 这些微量污染物是非常昂贵的。在这个方面，基于 DNA 的功能性纳米材料已显 示出很有前景的特性(Wernette,Liu, et al., 2008)。 特定类别的DNA显示出催化特性及与目标分子绑定的能力。这个特性使得 研究人员能够分离出特定DNA类别去与水中的目标化学及生物污染物相反应。 一旦想得到的那种反应DNA元素被分离，这些元素必须被赋予一种在对目标分 子反应时能够传输讯息的机制。 通常情况下，该过程通过荧光感应器完成。功 能性DNA可以通过荧光团来标明以使得当DNA与目标分子反应时能进行荧光探 测。该种材料已被用于具有高度敏感性和选择性的污染物（如铅和汞）探测(J. Liu and Lu, 2006a, 2007)。 86 全球技术革命–中国，深度分析 研究人员已能够通过硫醇-金自组装法将功能性DNA附着于黄金表面2。这种 过程可以降低背景荧光，同时增加一个量级的探测能力(Wernette, Swearingen, et al.,2006)。另外，功能性DNA已被附在金纳米粒子上去产生易于使用并可能用于 住宅用途的比色传感器(J. Liu and Lu, 2005)。 这些方法已被应用于开发化学品 （如可卡因）的测试(J. Liu and Lu, 2006b)。Yi Lu 已成立了一家致力于商业开发 这些技术的公司， DzymeTech公司(Dodson, 2006)。 反渗透脱盐的替代方法 正向渗透。正向渗透是一个利用有浓缩溶质的洁净水将海水拖过薄膜的过 程。有各种拖拉溶液可供使用，但主要的挑战在于膜的效力及脱盐后溶质的清除 (Cath, Childress, and Elimelech, 2006)。正向渗透的主要益处在于它不需要压力或 仅需少量压力，故而降低能源要求。研究人员已在探求各种设计选择去确定正向 渗透的最优膜结构(H. Ng et al.,2006)。 太阳能脱盐。电力费用占一个反渗透海水脱盐厂将近 50%的成本(SNL, 2003)。因此，将可再生资源技术融入脱盐过程将有巨大的成本消减潜力。太阳 能脱盐技术有两类。第一类依赖于蒸馏水的温室效应。该方法已被用于小规模家 用，特别在偏远地区(Bahadori, 2005; Khanna, Rathore,and Sharma, 2008)。有研究 人员已通过使用低压及低温的系统而提高其成本效益(Lalzad et al., 2006)。研究人 员也研究过 将光催化剂整合入蒸馏设备而提高效力和水质(S. Patel et al., 2006)。 第二类太阳能脱盐技术利用光伏电池为反渗透系统提供能源。基于太阳能光 伏的系统已被显示出具有自动将盐水脱盐的能力(Schäfer, Broeckmann, and Richards, 2007)。这个结果显示出为偏远地区提供洁净水的前景。弗罗里达国际 大学应用研究中心与美国军方联合研究开发出一种可移动的太阳能光伏反渗透 脱盐装置以为军事行动，灾后恢复及欠发达地区提供洁净用水(“Solar Powered Purification Technology Unveiled,” 2007)。 风能脱盐。能够给反渗透设备提供能源的风涡已经被考虑作为减少脱盐成本 的一项可持续能源(García-Rodríguez, Romero-Ternero, and Gómez-Camacho, 2001; NREL, 2006)。作为 Ecomagination 项目的一部份，通用电气（GE）已与得克萨 斯科技大学（Texas Tech University）联合研究将反渗透膜系统与风涡匹配的可能 性(“GE Blows the Winds of Change with Renewable Desalination Research,” 2007)。 马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校（University of Massachusetts at Amherst）的研究人 员也在探索结合风能和脱盐的经济效益(Johnson, 2005)。 核能脱盐。将脱盐与核电厂相匹配可能节省能源开支。脱盐核电联合厂利用 核电厂的废热来帮助脱盐过程(Megahed, 2001)。在日本，哈萨克斯坦和印度已有 这样的工厂(Misra and Kupitz, 2004)。 压气蒸馏。最新的脱盐效力的提高来自于合并各种脱盐技术。Dais 分析公司 （Dais Analytic Corporation）目前正在新加坡测试一种新的合并技术。这种称为 NanoClear™ 的 过 程 将 压 气 蒸 馏 和 膜 分 离 相 结 合 去 纯 净 水 质 (“Dais N-Still Product’s New Brand,” 2007)。 滨海新区和开发区具有的相关实力 2 硫醇是一种有机材料。该材料具有与金的附着性从而组装成能够用作功能 DNA 模版的结构。 用于水净化的薄膜、过滤器与催化剂 87 滨海新区，开发区和天津市在薄膜，过滤器，催化剂领域具有重要的能力。 天津经济技术开发区是MOTIAN膜工程技术公司的所在地。该公司已经为工业， 个人，公共水设施和医疗应用生产及提供水过滤膜——包括反渗透脱盐——超过 20年时间了。事实上，MOTIAN正在供应开发区的商业市场。例如，MOTIAN 已与麦当劳签订协议为餐饮业提供产品。它同时也在努力拓展此关系去为麦当劳 在中国和印度所有的店提供服务。在2003年SARS爆发期间，MOTIAN为医院提 供 无 需 漂 白 剂 的 水 处 理 过 滤 器 (Tianjin Motian Membrane Engineering and Technology Company, 2007)。 MOTIAN使用传统过滤器，并据我们所知没有对纳米量级材料和薄膜进行研 发的打算。不过，天津大学化学工程技术学院正在进行由王世昌教授领导的一个 重要的脱盐科研项目。该项目涵括瞬间蒸发脱盐以及正在进行的反渗透膜纳米过 滤器设计，制造和测试的一个示范项目(Shichang Wang, 2007)。而且，位于开发 区的纳米科技公司CNANE具有科技能力对纳米过滤器和催化剂进行研发。用于 水净化的纳米过滤器和用于制造的纳米催化剂是开发区内积极从事纳米技术转 让及商业化运作的组织NIBC(纳米科技工业基地公司)和NVCC（纳米科技风险投 资公司）的核心领域(Ce, 2007)。 动力与障碍 在第二章第一部分，我们指出了我们认为涵盖了新区开发 7 种技术应用的驱 动力和障碍的 8 种因素。我们现在讨论这些因素如何可能影响新区对用于水净化 的薄膜，过滤器和催化剂的开发。 在中国，对于提高公共和个人卫生特别是源于水资源匮乏地区经济和人口增 长的对洁净水的需求将成为该技术应用的推动力。然而，一个不利因素是实行水 净化方案要求很大的投资，虽然反渗透过程通常比其他方法需要少很少的资本投 资(Meridian Institute, 2006)。另外，通过脱盐净化生产的水对终极消费者来说会 更加贵，特别是与政府补贴的水价相比(Boberg, 2005)。基于这些原因，水净化的 研发机遇通常盯准能够降低成本的方面。 中国的国家研发政策将成为一个驱动力。水净化是中央政府已确定的研发资 金投入的关键国家需求之一3。例如，在天津市，天津大学化学工程和技术学院 正在开发用于水净化的纳米过滤器和一个脱盐示范项目（TU, 2003）。 其他国家政策，特别是致力于给国民提供洁净水的政策将成为驱动力。特别 是中国已将水市场对包括国外投资者在内的私有企业开放，并已成功吸引了诸如 Veolia Environment 和 Suez Environment 的大型全球公司(S. Taylor and Leung, 2008)。 然而，在中国知识产权保护对自主创新和境外资本及人才在创新研发及企业 中的参与而言仍然是一个阻碍(参见, e.g., Davies, 2006; OECD, 2008)。滨海新区 加强执法力度将对该情况的改善起到促进作用(S. Jang,2007)。 中国的金融及银行业法律法规仍然是一个阻碍。经济合作和发展组织断论， 虽然情况正在改善，中国还需作很多的努力去达到 吸引全球资本进行研发创新 所需的强健，透明，可信的法律法规环境(OECD, 2008)。开发区的纳米科技风险 基金（Ce, 2007）和清华大学绿色风险基金 （清资本-Tsing Capital）(P. Tam， 2007) 3 例如，在国家高科技研发项目（863 项目）下的水污控制及示范项目。 88 全球技术革命–中国，深度分析 都可以作为新区风险资本的来源。 人力资本应成为滨海新区的一个驱动力，虽然它与北京大都市在地理上的相 近将导致对人才的激烈竞争。目前新区，开发区及天津市的劳动力能够提供现成 的具备生产经验的熟练劳动力，虽然中国学生倾向于上大学而不是职业技术学校 的趋势(T. Fuller, 2005; Wiseman, 2005; “Chinese Manufacturing Slowed by Skilled Worker Shortage,” 2002; “China in Serious Shortage of Skilled Workers,” 2004)将对 新区构建生产能力构成挑战。中国中央政府已认识到这个问题并已采取相应步骤 去解决 （J. Wu,2006）。天津和北京的大学毕业生，特别是有科学和工程背景的 学生将提供所需的研发人员。天津大学化学工程和技术学院的毕业生对该技术应 用尤为相关。开发区已经认识到吸引当地，中国其他地方及国际人才的重要性并 已建立相应得激励机制4。 研发和创新文化的发展对新区和中国其他致力于成为先进科学工程中心的 组织而言仍然是一个阻力(CAS, 2006)。对目前及新的创新项目，新区应当鼓励风 险承担以及跟随技术、经济、政治和市场发展而变化的灵活性。 可能的发展途径 我们为新区建议的长期目标是成为纳米薄膜，过滤器和催化剂的研发中心及 生产用于水净化的先进薄膜，包括反渗透和高级脱盐系统，的生产中心。 我们建议新区和开发区采取以下步骤： • 将 CNANE 目前的研发，NIBC 的技术转让及 NVCC 的商业化努力与天津 • • • • 4 大学的研发项目及 MOTIAN 目前的商业活动相整合。同时再加上为研究 项目提供驱动力和方向的市场评估，尤其是关于新的薄膜，过滤器和催化 剂所需的性能水平和条件的评估。 建立一个能让天津大学和 CNANE 研究人员 在相互的实验室及 在 MOTIAN 工作的项目，并向该项目提供资金。 这个交互培育过程能促进 各研究小组构建最新概念和结果（无论源于何处）的能力，同时也能为整 个产业提供可能产生新产品和项目的想法和概念。 参与加强与本章中提到的主要个人，研究所及组织之间的讨论。这些讨论 的目的在于为新区和开发区指明能够成为新薄膜，过滤器和催化剂发展及 脱盐项目上的合作伙伴的机会。其中特别相关的研究机构包括加州大学洛 杉矶分校（UCLA），太平洋西北国家实验室（PNNL），伊利诺依大学 （University of Illinois）, Woongjin 化学品公司和生产纳米零伏铁的 SoleteX 和 Graver。 开发在新区开发区内满足日益增长的薄膜，过滤器和催化器的需求的生产 能力。生产商和研发小组必须有很强的关系以使得新型组件的商品化。中 国面临从国际生产巨头而来的激烈竞争。随着全球技术进步，当地的生产 能力需要不断更新提高从而保持竞争优势。 检测并解决随着水脱盐能力的提高而出现的环境问题。保持及改善生态环 境将成为脱盐技术持续发展的重要因素(Lin Zhang et al., 2005)。这种情况 下，也许值得考虑将脱盐工厂和能源生产厂并列放置。 这些激励机制包括鼓励企业和个人吸引具有博士学位的人才及奖励卓越的工作表现。具体参见第三章。 第8章 分子级药物的设计、开发与给药 纳米技术以及生物技术的新进展革新了传统的药物设计、开发和给药的模式 （Wagner et al.,2006） 。由于能在纳米级上控制与设计药物，科学工作者得以开发新 的医疗方法和程序，解决从前无法应对的医学难题。例如，纳米技术和生物技术的 综合运用可以得到创新性的药物疗法，将纳米级材料的性质（如提高药物在血液中 的溶解度和可吸收程度）与最先进的药物生物运输和功能上的方法相结合 （Caruthers,Wickline,and Lanza,2007）。生物纳米技术也加强了对病体的诊断。其可 以产生更具对比度的核磁共振图像（MRI），更加精确地定位与评估肿瘤肿块及其血 管组织。 对于滨海新区和开发区的重要性 纳米医疗这一领域还处在初级发展阶段，它的潜能估计会在数十年之后才能完 全被发挥。然而，这项新兴的技术应用(TA)可以在天津滨海新区和经济技术开发区 发展，因为两者在纳米技术和生物技术上已具备一定的科技研究基础，并且已计划 建设生命科学园。该技术的实现可以给滨海新区和开发区的制药产业的持续发展提 供推动力，并能给当地及中国其它地区乃至世界范围内的病人提供新的治疗手段。 科技和市场现状及未来前景 分子级药物设计、开发及给药重点关注提高药物的药效能力，并同时将治疗过 程中的不良效果减到最低。为了达到最佳性能，药品必须有效的供给。本领域的大 多数研究集中在发展提高给药效率的技术。这些研究的基本目的在于开发具有以下 特征的治疗方法：（1）对人体特定部位的给药； （2）最小化药物剂量； （3）达到所 期望的活动状况；（4）避免副作用。 研究正在四个主要领域积极展开： • 给药及成像的靶向性载体 • 药物可控释放 • 药物投放 • 药物可溶性 研究领域一：给药及成像的靶向性载体 针对人体内特定位置的靶向性药物与显像药剂（即改进医疗影像质量的材料， 如核磁共振的造影剂）是药物研究最有前景的领域之一。这方面技术在改进癌症治 疗上特别具有潜力。传统癌症治疗在作用于癌细胞的同时对非癌细胞也一样有伤害， 因而存在局限性。研究者已设法开发了多种能定位在局部并主要作用于癌变组织的 药物。这种定位能力可以极大的改进药物效果并且减少它们的毒性。它甚至可以“解 89 90 全球技术革命–中国，深度分析 救”之前已经因为毒性而被弃用的药物。这是因为如果能够靶向定位药物，就可以 使用低浓度的药物，而且一些带毒性的伴随物质也不再是使药物生效的必需。 癌症治疗的靶向制药包括被动和主动制剂两大类别。 被动靶向制剂。被动靶向制剂利用了肿瘤的两个独特性质：一是其浸透性的血 管结构（Senger et al.,1983），二是其较差的淋巴引流性。这两方面给了药物进入肿 瘤结构并驻留的机会，称为加强渗透性和保留效果。由于药物大小直接影响其进入 血管结构的能力，直径小于 200nm 的纳米级药物载体被看作最有效的给药平台 （Peer et al.,2007） 。 主动靶向制剂。主动靶向制剂定位依赖于药物识别并选择性地联结目标细胞 （如肿瘤细胞）的能力。其实现方式是在药物中加入配体，使其与目标细胞表面特 有的受体相粘合。 这些纳米载体（Nanocarriers）可以通过多种方式设计，其配置包含四个要素： • 载体平台在靶向药剂的引导下，将药剂阵列运送到体内的目标位置。它可以 防止阵列在到达目标前就降解，并且可以在阵列在到达目标位置时控制药物 释放。 • 靶向药剂负责引导载体平台到达体内相应的部位（例如肿瘤处） 。经常使用的 靶向药剂有抗原适配子（aptamers） 、缩氨酸（peptides） 、叶酸盐（folate） 。抗 原适配子即 DNA 或 RNA 寡核苷酸探测剂， 可以选择性地黏附在目标抗原上。 这种药剂对目标具有高亲和性与针对性，且高度稳定，并不会触发免疫反应， 因此是非常好的选择（Nimjee,Rusconi,and Sullenger,2005） 。2004 年，美国食 品及药品管理局（FDA）通过了第一批抗原适配子为基础的药物 Pegaptamib （商业用名 Macugen®） ，用来治疗老年黄斑变性症（Proske et al.,2005）。缩 氨酸近来作为靶向药剂吸引了更多注意，部分原因是组合库筛选 （ Combinatorial Library Screening ） 方 法 的 应 用 。 抗 癌 药 物 西 仑 吉 肽 （Cilengitide®）是一个缩氨酸正在用于肺癌与胰腺癌治疗的例子（Gu et al.,2007） 。叶酸偶联也被作为靶向药剂进行开发，因为肿瘤倾向于过度表达叶 酸受体（Müller et al.,2006）。 • 治疗药剂是直接在目标处施放以治疗疾病的物质（如各种药品） 。它们能被引 入载体内部或者在载体表面进行结合。 • 显像药剂提供或加强来自目标处的信号。例如，它们可以被用来对肿瘤定位。 将药剂定位在特定部位的关键是选择合适的能被目标细胞上的特有分子（即被 “过度表达”的分子）吸引的靶向药剂，从而使载体阵列有选择性地和目标细胞联 结。 治疗剂和显像剂可以使用同样的载体，甚至可以同时使用。最近的一篇评论文 章描述了治疗癌症的纳米载体（即纳米级的载体平台） ，这种载体同时具备在商业和 临床上的应用（Peer et al.,2007）。尽管许多纳米载体的设计包含了混杂的方法，看 不出一致的设计方向，但主要的类别可以概括如下： 分子级药物的设计、开发与给药 91 • 聚合物（Polymers） • 脂质体（Liposomes） • 蛋白质（Proteins） • 胶束（Micelles） • 树状高分子（Dendrimers） • 纳米壳（Nanoshells） • 富勒烯（Fullerenes） • 纳米角（Nanohorns） • 量子点（Quantum dots） 聚合物（Polymers）。药物与蛋白质能通过设计好的聚合物材料输送。这些聚合 物在药物设计中最经常使用，主要因为很多可以进行生物降解并且大多是具有高分 子结构的生物体分子。将药物载入聚合物的方法包括两大类：配位与诱捕。 聚合物药物为药物设计提供了许多可能性方案，其中很多都包含了其他载体的 合成版本（Qie and Bae,2006） 。药品的聚合物特性使其倾向于加强或者对其他种类 的载体进行综合模仿，这里我们并不举出具体的例子。特定聚合物的应用将在后文 相应的载体介绍部分进行讨论。 脂质体（Liposomes）。脂质体有规律的脂质分子排列形成球状结构，可以捕捉 所需要的药物。目标分子可以合并在其表面上（Jesorka and Orwar，2008） 。 靶向给药应用。基于脂质体的治疗药物已经在市场上进行商业销售。美国奥索 生物技术产品公司（Ortho Biotech Products,L.P.）所生产的 Doxil 就是一种已经商业 化的聚乙二醇（PEG）脂质体治疗药物，它基于抗生素类药多柔比星（Doxorubicin） ， 用于治疗卵巢癌（Ortho Biotech,undated）。Caelyx 与 Myocet 同样是商业化的基于 Doxorubicin 化合物的产品，适用于卡波西式肉瘤、卵巢癌和乳腺癌。Inex 制药公司 与 Enzon 制药公司合作生产的脂质体药物 Onco TCS 适用于非何杰金氏淋巴瘤。另 一种商业化的脂质体药物是柔红霉素（Daunorubicin） ，商业名称为 DaunoXome。它 适用于与艾滋病相关的卡波西肿瘤，并被作为对一线药物无效的白血病患者的治疗 手段进行开发（Clavio et al.,2004）。此外，将脂质体柔红霉素附着在聚乙二醇上 （pegylated，聚乙二醇化），能够降低药物毒性，增加药物周期时间，并加快生物分 布（H.Song et al.,2006） 。 显像应用。脂质体成像已被研究用于在活体内的释放特征描述。这些研究着眼 于理解脂质体治疗的药物动力学特性。更好的理解人体对不同的脂质体治疗如何反 应，是确定这种疗法的潜在价值和风险的关键。加入核磁共振（MRI）造影剂的脂 质体已被用来研究药品释放特征（Port et al.,2006） 。另外，脂质体还被金属铕标记， 用来研究该种疗法的生物分布特性（Mignet et al.,2006）。 蛋白质（Proteins）。蛋白质载体包含了作用于癌细胞的抗体碎片以及一种杀死 癌细胞的免疫毒素（Kreitman,2006） 。 靶向给药应用。一种和蛋白质融合的名为地尼白介素（Denileukin diftitox，商 业名称 Obtak）的免疫毒素已经在美国通过检验，用于皮肤 T 细胞淋巴瘤（CTCL） 的治疗，其在第三阶段的临床试验达到了 30%的回应率与 10%的完全缓解度（Pastan 92 全球技术革命–中国，深度分析 et al.,2007） 。 许多其它的免疫毒素还在进行第一阶段和第二阶段的临床试验。紫杉醇纳米制 剂（Abraxane）是一种具有紫杉醇约束蛋白的纳米微粒结构（即水溶性蛋白质） 。利 用能够携带蛋白质的构成，它可以不使用可能带有严重的、毒性很大的副作用的溶 剂。Abraxane 已经过美国 FDA 验证，进行乳腺癌的治疗，并且正在接受针对肺癌 的第三阶段临床试验（Abraxis Bioscience,2007） 。 胶束（Micelles）。胶束是一种自我组合的脂单层胶质，具有疏水核和疏水壳用 于搭载药物。因其稳定性、生物适应性与增强一些可溶性差的药物的溶解度的能力， 它们展现出作为给药载体的优势（Torchilin,2007） 。其中，高分子胶束是一种极有前 景的载体平台，由于可以控制施放时机和降低生物毒性，药物的生物分布得以加强。 靶向给药应用。当前市场上还没有商业销售的基于胶束的药物。但多种利用胶 束得药物正在进行临床和临床前试验。NK105 是正在进行第一阶段试验的一种高分 子胶束，它已经表现出了输送紫杉醇（Paclitaxel）的良好能力（Hamaguchi et al.,2007） 。 另外一种高分子胶束是 NK911（Matsumura et al.,2004），可以封装药物多柔比星 （Doxorubicin） 。 同时，胶束用来增加疏水性药物溶解性的可能性也在得到研究。其中一个例子 是抗炎症药物（Djordjevic et al.,2005）吲哚美辛（Indomethacin） 。 显像应用。基于胶束材料的系统已经被研究用于核磁共振血管成像(MRA)技术。 树状高分子（Dendrimers）。树状高分子是具有支状结构的合成高分子，可以封 装药物与目标分子（即抗体） 。研究表明，树状高分子载体平台具有毒性的问题可以 通过在表面结合聚乙二醇（PEG），成为“隐性树状高分子”来得到解决。但是，在 设计的过程中还要确保这种 PEG-树状高分子的结合能够最大化药物托载的容量 （Yang et al.,2008） 。 靶向给药应用。目前市场上还没有商业销售的树状高分子药物。一些药物正在 进行临床前试验。例如，多柔比星（Doxorubicin）被用来和聚乙二醇化的树状高分 子进行生物结合。在患 C-26 结肠癌的白鼠实验中，这种结合的肿瘤摄取比是普通多 柔比星的 9 倍，肿瘤完全消退时间为 8 天（Cameron et al.,2006）。另外一个例子是 甲氨蝶呤（methotrexate），是和聚酰胺树状高分子结合的治疗恶性肿瘤的一种抗癌 药剂。白鼠实验显示，结合树状高分子后的甲氨蝶呤明显降低了细胞毒性（G.Wu et al.,2006） 。 显像应用。树状高分子已经被研究用于核磁共振中的造影药剂。它们的周期时 间更长，是造影药剂的一项富有吸引力的备选材料。它们在肝脏中的停留时间较长 则是一个挑战，但人们认为通过细致的设计可以克服这个缺点（Svenson and Tomalia et al.,2005） 。 Magnevist®是一种聚（胺）（PAMAM）树状高分子，由 Dendritic 纳米技术公 司开发，拜耳医药保健公司（Bayer Healthcare）进行商业推广。Magnevist®以及类 似材料已经展示出良好的生物相容性特征和最小的细胞毒性（NCL,2006） 。 纳米壳（Nanoshells）。纳米壳是一种纳米材料，由包裹着一层很薄的金属膜的 硅片（如 100-200 纳米）内核组成。这种结构形成的光学性质使纳米壳十分适合显 像应用。纳米壳易于选择性地在肿瘤处积聚，且不用再额外携带治疗药物。完成在 分子级药物的设计、开发与给药 93 肿瘤部位的积聚后，可以利用激光局部加热法（Hyperthermia） ，消除肿瘤。这种光 热反应将特别适合治疗不宜做外科手术的病例（Hirsch et al.,2006） 。 与纳米壳类似，纳米笼也可以被应用在这种光热反应的肿瘤治疗。纳米笼相对 纳米壳要更小一些（小于 50nm），可以仅仅由纯金属纳米粒子构成。 靶向给药应用。目前市场上没有经过检验的基于纳米壳的药物，但一些临床前 试验已经在进行。使用光热去除法对白鼠进行试验，经治疗的白鼠在试验期间（35 天）存活比为 55%，而对照组的老鼠全部死亡（James et al.,2007） 。 显像应用。纳米壳被研究用作显像药剂。较高的可调光谐振率使它们能够吸收 或散播光谱上几乎任何一点上的光。纳米壳在显像技术中可以被设计用于散播光线 （Portney and Ozkan,2006） 。 富勒烯（Fullerenes）。富勒烯是一类单纯由碳组成的具有不同的形状的分 子结构。这里讨论两种富勒烯：碳纳米管（Carbon Nanotubes）与巴克敏斯特富勒烯 （Buckminsterfullerenes）或者说巴克球。 碳纳米管展现出了作为靶向定位、治疗与成像药剂的多种功能潜力。碳纳米管 可以辅助减低药物的毒性。但它在临床上是否能成功还有很多不确定性因素 （Prato,Kostarelos,and Bianco,2008） 。此外，最近一篇报道特别指出，单壁的碳纳米 管并非天然具有针对癌细胞的毒性（Yehia et al.,2007） 。 碳纳米管必须先克服相当多的挑战，才能有希望得到商业化。这些挑战包括改 进其卸载治疗药剂的机制，以及查明碳纳米管在人体代谢和排泄的特点 （Endo,Strano,and Ajayan,2008）。 靶向给药应用。目前没有商用的基于碳纳米管的药物，一些临床前试验正在进 行。例如，最近研究者考察了碳纳米管用于肿瘤治疗所特有的性质。活体肿瘤被注 射了单壁结构的碳纳米管，然后暴露于射频（RF）电磁场中。射频电磁场引起碳纳 米管中的热反应，可以杀死周围的癌细胞（Gannon et al.,2007） 。 巴克球是 60 个碳原子（其他排列可能包括更多碳原子）通过一定排列组成的球 状分子。1它们的独特性质使得该球状排列能被表面的复合物包围，类似于一个针垫 （S.Wilson,2002） 。特别的，富勒烯还能和树状高分子相结合，有望进行生物医学上 的应用（C.Wang et al.,2004） 。 靶向给药应用。碳纳米科技公司（Carbon Nanotechnology, Inc.）开发了一种树 状富勒烯（DF1） ，以使其细胞毒性具有选择性。一种功能性的富勒烯衍生物（C3） 也出于同样的目的得到开发（NCL,2007） 。 纳米角（Nanohorns）。碳纳米角是新开发的材料，它其实是碳纳米管的一种特 殊形式，一头被扩大，一头被收紧，这样组成了一个角状结构，这种材料在医疗上 有很大的应用前景。它们相对纳米管更好的毒性特性使它们比纳米管更具吸引力。 低的毒性被认为是由于在生产纳米角的过程中不用添加有毒性的金属催化剂，这些 催化剂通常用来激发碳纳米管的生长。 美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）和田纳西大学的研究 人员最近研究了碳纳米角对肺的潜在危害性。研究结果表明，碳纳米角是一种“相 1 C60 与其相关替代物通常用来指富勒烯，本节中我们采用这种说法。 94 全球技术革命–中国，深度分析 对无毒的纳米材料” （Lynch et al.,2007）。 天津大学（TU）的研究人员也处在这一新兴领域的前沿。他们最近证明了碳纳 米角可以通过共聚体的空间稳定作用被隔离开来，这样生成的纳米角显示出很好的 生物相容性，并且具有进入细胞结构的能力（Xiaobin Fan et al.,2007） 。这些性质使 碳纳米角成为非常有前景的给药系统的平台。 量子点（Quantum Dots）典型的量子点是尺寸为数十纳米的半导体纳米晶体。 它们高度可调的发光能力已被发现可以应用在肿瘤造影上（Michalet et al.,2005） 。虽 然量子点是一项富有前景的显像技术，但还有许多安全性方面的挑战需要克服，特 别是将其从人体内排出的途径（Choi et al.,2007;Cai et al.,2007） 。 研究领域二：药物可控释放 能够控制给药的药物可以在合适的时间以合适的速率发挥作用，因而具有更好 的性能。这有助于降低药物剂量，并减轻潜在的不良副作用。聚合物经常被用来实 现更好的药物释放特性（Qiu and Bae,2006） ，其混合物有时能进一步改善药物释放 性能（Siepmann et al.,2008） 。 法国 Flamel 生物技术公司专门从事可控释放的药物给药开发。该公司生产的给 药平台 Medusa®，是一种可以搭载缩氨酸或蛋白质的氨基酸聚合物。Medusa®已经 有多种应用。其中之一是用于制造治疗糖尿病的长效胰岛素（Flamel Technologies， 2008） 。研究者基于 Medusa®平台制造了长效人体胰岛素 FT-105，可以保持基础状 态（Basal）达 48 小时。FT-105 最近已完成第一阶段的试验（Flamel Technologies， 2007a）。 Medusa®还被用来为白细胞介素-2(IL-2)充当给药平台，以治疗肾细胞癌和转移 性黑素瘤。尽管 IL-2 展现出了治疗其他癌症类型的潜力，但是它的毒性导致的副作 用使得很难进行这方面的应用。在第一阶段的试验中，利用 Medusa®平台对 IL-2 给 药，研究人员证明其不仅可以降低毒性，并且能提高药物的效率（Oudard et al.,2006） 。 ® Medusa 的 另 一 个 应 用 是 配 置 药 物 IFN-alfa-2b-XL 以 治 疗 丙 型 肝 炎 （ Flamel Technologies，2007a） 。 Flamel 公司另一个主打的平台产品是可以延长和延缓给药的 Micropump® 。 Micropump® 通过延长小分子药物在小肠里停留的时间发挥作用。迄今最著名的 Micropump®的应用是 COREG CR® 。它经过美国 FDA 验证，授权葛兰素史克公司 生产，是一种治疗高血压、心功能衰竭和心脏病的药物（GSK,2007）。 研究领域三：药物投放 药品投放的研究主要集中于将药物导入体内的新方法。通常，能够投放到特定 位置的药物可以减少用量并增加药效。此外，如果药物投放导致的患者疼痛减轻甚 至达到完全无痛，则针对用药的行为障碍也能够降低。 微针药物投放。微针技术是未来很有前景的给药方法。肯塔基大学药学院和佐 治亚理工大学的研究者最近探明了基于微针的人体给药模式（“Future Injections Point to Microneedles”,2008） 。他们将微针阵列添加在人体皮肤上，再将其移除， 分子级药物的设计、开发与给药 95 在皮肤表层留下一个小孔所组成的阵列。每个微针长 620 微米，基础宽度 160 微米。 这项研究的受试者无法分辨出微针阵列带来的感觉和具有平滑表面的对照材料带来 的感觉有任何区别。 纳曲酮药膏是一种用于抑制鸦片与酒精成瘾的药物，在移除微针阵列之前，将 它涂在一小块皮肤表面。纳曲酮本身不具有透过皮肤的能力，然而微针留下的穿孔 使它能得以进入人体血液并且维持 48 小时的临床显著性水平（Wermeling et al.,2008）。研究者发现，利用微针阵列，纳曲酮的用量只用以前的五分之一就能够 达到血液中所需的水平。 另外，研究人员测出，纳曲酮代谢产生的不良副产品也有所减少。同时，相对 于口服用药，微针辅助给药方法可以避免药物初始用量过大的情况。 这项研究首次证明了微针可以用来改进药物投放。它也向利用微针投放其他药 物打开了大门，这些药物包括胰岛素、利多卡因和疫苗。 肺部和鼻腔投放。通过肺部与鼻腔投放新型治疗材料的方法正在得到研究。人 们一直研究这些方法，是因为它们较以前静脉注射的方式提供了更简单的药物投放 途径。有许多设计方案对新型的吸入式疗法进行优化（Chow et al.,2007）。对通过鼻 腔输送胰岛素与生长激素的方法研究也已进行（Türker,Onur,and Ózer,2004） 。例如， 基于乳胶的将纳米晶体分散在液体里的产品，即纳米悬浮剂（Nanosuspension），展 示出了通过肺部和鼻腔输送难溶性药物的前景（Gao et al.,2008）。最近，一种吸入 式的西妥昔单抗（Cetuximab）被开发出来用于肺癌的治疗。通过肺部给药使药物可 以进行局部投放，从而避免代谢性降解（Maillet et al.,2008）。 与此同时，吸入式治疗的商业化仍然面临相当多的挑战。例如，吸入式的胰岛 素在肺部给药疗法领域已经研究了很久，但它的效用却在最近遭到质疑。2007 年 10 月，辉瑞制药（Pfizer）公司停止了对可吸入式胰岛素 Exubera 的生产。尽管 Exubera 与注射胰岛素效果相似，但这种用药方式仍然很麻烦（Mathieu und Gale et al.,2008） 。 患者必须接受常规肺部检验以监测药物的长期效果，而且用药剂量要比注射药物大 很多才能达到同等效果（Black et al.,2007） 。 2008 年 1 月，诺和诺德（Novo Nordisk）公司也停止了对其名为 AERx iDMS 的可吸入式胰岛素的第三阶段的临床试验（Opar,2008）。市场能力确实是吸入式的 胰岛素面临的挑战，因为它们的利润相比常规用药方式（即每日多次注射）并没有 明显优势。此外，长期的安全性问题也没有得到解决。 然而，新型胰岛素配置有可能改进鼻腔或肺部给药方法。载有胰岛素的金纳米 粒子在通过鼻腔和口腔给药的临床前试验中展示出了更好的吸收特性。传统的胰岛 素无法口服，因为它们容易受到消化道水解作用和消化作用的影响（Bhumkar et al.,2007） 。 研究领域四：药物可溶性 药 物 研 究 发 现 的 新 化 学 物 质 约 有 40% 表 现 出 弱 的 水 溶 解 性 。而药物材料必须有足够的溶解性才能有效 （Heimbach,Fleisher,and Kaddoumi,2007） 发挥作用。现有解决这个问题的方法之一是使用溶剂。一种商用的紫杉醇 Taxol 用 。 聚氧乙基代蓖麻油（Cremophor® EL）作为溶剂，以加强可溶性（Yeh et al.,2008） 96 全球技术革命–中国，深度分析 另外一种方法是制备药物时对其进行研磨（J.Kim et al.,2008） 。可溶性差的药物与一 种可溶性很强的物质共同研磨也能增强其溶解性（Fukami et al.,2006） 。 增强难溶性药物的可溶性的一种新方法是制造纳米药物晶体，以增大纯药物材 料的表面积（Gao,Zhang,and Chen,2008） 。制造纳米晶体已有多种方法。第一个美国 FDA 验证的纳米晶体配方是 1999 年的西罗莫司（Sirolimus） ，有时也称作纳巴霉素 （Rapamycin）。它由美国惠氏制药（Wyeth）公司进行商业生产，通常称作雷帕鸣 （Rapamune）。雷帕鸣是一种防止器官移植排斥反应的免疫抑制药物，也能用来治 疗癌症。最近，有报道介绍使用高分子胶束对纳巴霉素的改进能降低其神经毒性和 改善生物分布特性（Yáñez et al.,2008） 。 滨海新区和开发区具有的相关实力 天津经济技术开发区已经有一些领先的制药企业，例如葛兰素史克 （ GlaxoSmithKlein ） 公 司 ， 诺 和 诺 德 （ Novo Nordisk ） 公 司 以 及 丹 麦 诺 维 信 （Novozymes）集团公司（TEDA Investment Promotion Center,2004,2006,2008）。中 国纳米技术与工程研究院（CNANE）作为开发区的纳米科技中心，进一步提供了进 行分子级药物设计、开发以及给药研究的能力。实际上，CNANE 已经在为当地的 一家制药公司生产产品（Wei,2008） 。一般生物制药和生物纳米材料给药是该研究院 的研究的重点领域。同样，该研究院的技术转移合作伙伴国家纳米技术产业化基地 （NIBC） ，以及商业化合作伙伴 NVCC 公司也专注于这个领域（Ce,2007）。 最近，天津大学的张凤宝教授与南开大学的同行在这个领域上取得了一项重要 进展：碳纳米角的分隔及其能够应用于给药的验证实验（Xiaobin Fan et al.,2007） 。 最后，天津经济技术开发区还有一个小型企业，即于在林教授创建的天津溥瀛生物 技术有限公司（TSB）。该公司正在开发一种长效的白蛋白链接干扰素,以及针对癌 症 肿 瘤 的 腺 病 毒 基 因 注 射 疗 法 。 两 项 开 发 都 在 临 床 前 试 验 阶 段 （ Tianjin SinoBiotech,2007）。 动力与障碍 在第三章，我们确定了八项因素，它们被认为涵盖了滨海新区开发与实施七种 技术应用（TA）的最主要动力与障碍。下面将讨论这些因素会如何影响滨海新区对 分子级药物设计、开发与给药的研发和实施。 国家需求 中国对增进公共卫生和个人健康的需要将是驱动力之一，因为这项技 术应用旨在改进癌症等疾病的治疗手段。未来的发展趋势大概由三部分组成： （1） 继续提高现有药物的纳米制剂的效果； （2）发展分子级药物； （2）利用靶向和功能 化的生物纳米材料将诊断、治疗和监测相结合。然而，新药的临床测试和市场销售 也切实面临着障碍。 《自然生物技术（Nature Biotechnology） 》在 2008 年 1 月刊出的 分子级药物的设计、开发与给药 97 关于中国生物技术制药的产业和市场报告对这些障碍作了详细论述。2报告指出，以 生物技术为主的药物仅占中国药品市场很小的份额。与此同时，通用药占市场份额 超过 90%，完全处于主导地位。但尽管存在障碍，报告撰写者仍认为中国的这一市 场“正开始起飞” （Frew et al.,2008）。研究者建议，改进投资者的退出机制，培训企 业家和业务经理，进行财务申报，实施监管，保护知识产权（IPR） ，建设卫生系统 的基础设施，以及建立药品分销机制。 国家研发政策 将是一种推动力。十一五规划（2006-2010）将生物医学列为重 大科技计划，包括如下重点：建设一批主要疾病疫苗和转基因药物的商业生产示范 项目；改进现代中医系统；增强新药发明和生产的实力。本技术应用对上述重点都 具有促进作用。 国家的其他政策 尤其是对新药的监管将成为一项障碍。尽管监管制度能够保护 人们不受具有潜在危害性的治疗的影响，但同时也提高了开发成本。同时，监管制 度还使新药通过验证变得非常困难。例如在美国，通过验证始终是新药面临的难题： 最近的一项研究指出，1990 年到 2006 年新药的申请数量增加了一倍以上，而通过 率仍保持在 8%的水平（Reichert and Wenger,2008）。对于中国来说，如何使监管制 度跟上作为新兴领域的纳米生物材料的快速发展步伐，将是一个挑战（Dobrovolskaia and McNeil,2007）。 知识产权保护 仍然是中国自主创新以及国外资本和人才参与创新型研发和风 险投资的障碍（Davies,2006;OECD,2008）。滨海新区加强现有法律的执行力度，将 有助于状况的改善（S.Jang,2007） 。上文提到的《自然生物技术》的文章强调了加强 知识产权保护对发展这项技术应用的重要性（Frew et al.,2008） 。 金融和银行法律法规 是中国仍面临的障碍。世界经合组织（OECD）指出，为 了改善现有状况，还需要完成大量工作，使法律法规足够地健全、透明和可靠，从 而吸引全球的资源投资最前沿的研发和创新活动（OECD,2008）。上文提到的《自然 生物技术》的文章强调了财务申报和监管的重要性（Frew et al.,2008） 。 人力资本 应该成为天津滨海新区的动力，虽然其地理位置靠近不断成长的大都 市北京，会导致对人才的强烈竞争。目前，滨海新区、经济技术开发区和大天津市 的劳动人口提供了具有生产经验的熟练工人的来源，但现在国内学生倾向于接受大 学教育而非技术职业教育（T.Fuller, 2005;Wiseman,2005； “由于熟练技术工人的短缺 而减慢的中国制造业发展，”2002； “中国对于熟练技术人员的严重短缺，”2004）的 趋势将是滨海新区扩大生产时面临的挑战。中央政府已经意识到这一问题，并开始 采取措施（J.Wu,2006）。引进天津市和北京市的大学毕业生，特别是具有科学和工 程背景（S&E）的毕业生，将提供潜在的研发队伍。例如天津溥瀛生物技术有限公 司的于在林教授，从美国回国后，联合在北京大学的过去和现在的学生，建立了研 究团队（Z.Yu,2007;TSB,undated） 。天津经济技术开发区已经认识到从本地、外地和 国际吸引这些人才的重要性，并设立了激励计划。3 2 Frew, Sarah E., Stephen M. Sammut, Alysha F. Shore, Joshua K. Ramjist, Sara Al-Bader, Rahim Rezaie, Abdallah S. Daar, and Peter A Singer, Chinese Health Biotech and the Billion-Patient Market, Nature Biotechnology, vol. 26, no. 1, pp. 37-53, January 2008. 这篇报告的详细数据来自与 22 家中国“本土”健康生物技术企业的访谈，包括天津溥 瀛生物技术公司。报告撰写者指出，这仅占“本行业数千家企业”的很小的一部分。 3 其中包括为引进博士人才对企业和个人的激励措施和杰出表现的奖励。细节参见第三章的“受过教育的科学 98 全球技术革命–中国，深度分析 研发和创新文化 的发展仍然是滨海新区面临的障碍，这同时也是中国其他旨在 成为最先进的科学工程中心的研究机构存在的问题（CAS,2006）。对于现有的和新 设立的计划，滨海新区应该鼓励冒险精神，鼓励依据技术、经济、政治和市场的发 展灵活改变方向。 可能的发展途径 天津滨海新区的长期目标应是成为生物纳米技术药物的研发和生产中心。仅仅 通过生物技术进行药物开发的前景则不够确定：国内在生物技术领域存在激烈的竞 争。天津经济技术开发区目前只有一家小企业，而深圳、上海等地区的发展更为成 熟，一些公司已经在美国上市。 天津滨海新区和开发区要成为在这类生物医学技术应用上的创新者，仅仅着力 于吸引国外企业是不够的，而应该积极地建设自身的研发实力，从而实现治疗手段 和技术国产化， （也即以中国纳米技术与工程研究院（CNANE）和天津大学（TU） 进行的研究开发作为基础）。在实现这一目标的过程中，滨海新区和开发区将需要在 获得国外企业投资和自己争取成为该领域的领先者之间达到精妙的平衡，而前者主 要关注的是短期回报。因此，区内研发活动的目标应该在于新型医疗手段的最终商 业化。 具体而言，我们建议滨海新区和经济技术开发区采取以下行动： • 细致地考察 CNANE 正在开展的对纳米生物技术制药的研究，同时考察当前 国家纳米技术产业化基地（NIBC）的技术转移活动和 NVCC 公司在商业化上 的努力。查明这些活动的成熟阶段，目标产品和市场，以及支持性研究的广 度和深度。 • 在这项考察的基础上，发展一项商业计划，旨在使滨海新区和开发区的研发 活动逐渐符合本章介绍的载体平台、靶向和可控给药、药物投放和可溶性领 域的最前沿趋势。这项商业计划应该包括建立必要的相关生产基地。 • 与上文介绍的天津大学和南开大学的研究团队合作，以详细地考察在他们的 碳纳米角研究的基础上建立药物开发项目的成本和潜在收益。开发项目可以 涉及滨海新区、开发区、高校、CNANE、其他政府和私人部门合作伙伴，以 及本地、地域性、全国范围和全球性金融机构之间的合作。由于天津的研究 团队在碳纳米角上的研究位居世界前沿，这个项目的实施能够使滨海新区和 开发区在国际竞争中获得抢先优势。 • 将分子级药物设计、开发和给药定为天津经济技术开发区生命科学园的重点 领域。为此，与制药企业进行商讨，包括开发区内已有的制药企业（如葛兰 素史克与诺和诺德公司），以及正在开发纳米药物的较小的企业（如 Abraxis Bioscience 公司、奥索生物技术公司、Inex 制药公司、Dendritic 纳米技术公司、 碳纳米科技公司和 Flamel 公司）。与此同时，使分子级给药技术成为滨海新 和工程从业者”部分。 分子级药物的设计、开发与给药 99 区和开发区生物制药产业基地持续发展的一部分。 • 基于全球技术的最新发展，支持建立一个响应性的监管机制。在国内和国际 正在形成的监管框架之内开发产品的制造工艺，这些产品来自上面的 1、2、3 点提出的研发活动，这些活动使滨海新区和开发区能够将其在本地开发和生 产的药物销往国内和国外市场。 • 实施与维持一项公众沟通策略，向人们通告最新开发的医疗手段及其相关的 效益和风险。其中可以包括定期的简报、媒体新闻、在滨海新区和开发区网 站上的公告，以及激励和奖励研究进展的措施，尤其是对于滨海新区和开发 区内成功生产的新产品。 第9章 电动与混合动力汽车 混合动力车是一种“已经大规模投放市场，以内燃能量和其他动力来源作为动 力系统的车辆”(GTR 2020 In-Depth Analyses, pp. 27-28)。在世界范围内，它已经发 展成为一个领先的新型汽车市场。最初，公众对减少内燃机排放的关注激发了它的 市场潜力，最近，石油价格的上涨又使得它的市场前景大好。电动车构成了另一个 子市场，但是随着“插入式混合动力车”的发展，两者的差异正在逐渐弱化。在插 入式混合动力车中，电机可以独立于内燃机进行充电。 对于滨海新区和开发区的重要性 生产混合动力车和电动车以及它们的零部件，都可以成为天津滨海新区和开发 区发展高新技术的驱动力。这项技术应用在解决中国的城市污染方面具有关键性作 用，同时赋予了滨海新区和开发区在开发区内建立一个支柱产业的机会。 科技和市场现状及未来前景 技术概况 目前，混合燃料车的主要问题在于它是否能够像电动车和燃料电池车一样，成 为广泛应用的内燃机车的低污染替代品。关于氢和燃料电池的大量的研究以及一些 实证项目正在进行之中，混合燃料车的真正广泛传播则很有可能是一个到 2020 年之 后的远景。但是，目前很多领先的汽车制造商已经开始生产或者计划生产一些类型 的混合动力车，包括运动型多功能车（SUV）和小型载货卡车这类的稍大型车（See EERE, undated） 。 目前，汽油中只有 15%的能量传送到轮胎，换句话说，85%的能量属于浪费能 量而没有对交通运输产生贡献(Valdes-Dapena, 2008)。正是基于这个原因，大量的正 在进行中的创新致力于提高燃料利用效率，减少客运车辆和卡车的温室气体排放。 这些研究中，有一部分是增量型的，一部分是创新型的。 四个类别的车辆在不同阶段的发展之中： • • • 传统混合动力车（HEV）这类汽车已经在商业上成熟，用作客用车。 纯电动汽车（EV）这类汽车也已经在商业上成熟，用作客用车。 插入型油电混合动力车（PHEV）这是下一代汽车。它应该在 2010 年做到商 业上成熟。PHEV 可以通过插入电能平台对车载电池进行充电。这台车载电 池能够提供大部分驾驶所需的能量，尤其是当汽车达到一定速度（对 PHEV-40，这个速度是 40 英里/小时）的时候。 • “串联”混合动力车 这类汽车也被称为“长程电动车”或者“增程型电动车” 。 在插电型油电混合车之后，这将是下一代科技的发展方向。这种类型的车辆 功能上与电动车类似，但是有一个车载能量源来为电池充电(Bullis, 2007a)。 101 102 全球技术革命–中国，深度分析 卡车和公共汽车这类大功率汽车也是一个重要的市场部门。因为它们虽然只占 车辆总数的 10%，却消耗着 50%的能量。1999 年，通用汽车（GM）获得了一种双 模混合动力公共汽车变速器的专利，这种变速器目前已经商业化。通用电气（GE） 目前正在进行一种燃料电池/油电混合公共汽车的研制，这种公共汽车使用两种电池 来减小燃料电池能量源的体积(Fairley, 2006)。目前，通用电气正在针对两种不同动 力进行电池研发，对于短时间爆发性的动力，它正在评估 A123 系统的电池的应用； 对于长时间持续性能量存储，它正在研究氯化金属钠电池（sodium-metal chloride batteries）(Bullis, 2006k)。 公共汽车在美国由于联邦补贴而获得特别的关注。虽然液压混合动力系统也被 证实可应用在其他大功率车辆上，但是这些车辆受到关注依然较少(Bullis, 2006h)。 汽车零部件。所有这些创新都增加了对新的高技术零部件的需求。这些零部件 不仅需要高效可靠，也需要能够成功的整合到整个车辆系统之中，满足顾客对于性 能、舒适度、安全性、价格和其他方面特性的要求。所以不管是在个别零部件和子 系统上，还是在整个车辆系统的层面上，很多领域仍然需要研发和制造上的突破。 以下技术分析集中在我们认为滨海新区和开发区已经占据市场领先地位的领 域。这些领域包括： • 电池（batteries） • 电力电子和电机（power electronics and electrical machines） • 传动系统（power trains） • 内燃机和排放控制（internal combustion engines and emissions controls） • 车辆系统分析（vehicle system analysis） • 燃料电池和氢能储备（fuel cells and hydrogen storage） 另有一些重要领域，滨海新区和开发区没有显示出特别的竞争优势。这些领域 包括燃料和润滑剂，高性能轻重量材料。 电池（电力存储装置）。电力储备或者说电池技术对于 EV、HEV、PHEV 以及 串联混合动力车的能量储备都非常关键。但是，每种车辆对于能量密度、功率密度、 重量、充电时间、质量以及其他重要指标的需求不同。比如，据《MIT 技术评论》 载： 插入式混合动力车比一般的混合动力车对电池的要求更高。对于一辆类似丰田普 锐斯的汽车来说，它的电池会保持一半的电量并且只有百分之几的上下浮动，这 是因为它能够吸收刹车能量并且将其转化为短时间爆发性能量提供给发动机。通 过插入，电池能够充电达到至少 95%的电量，然后在前二十公里的驾驶中实现深 度放电，然后才调到普通油电混合模式。这种深度放电会缩短电池寿命。汽车制 造者希望电池寿命能够达到最少十年，这样消费者才不会在买车的头几年就需要 更换电池(Bullis, 2006l)。 由于需求的广泛性，各方面研究都在进行，包括提高每个单项技术、将这些技 术应用到适合的汽车上以及应用多种电池来满足不同需要。 铅酸蓄电池依然应用于传统汽车，而纯电动汽车和油电混合车开始越来越多的 电动与混合动力汽车 103 使用多种不同材料的电池，包括镍氢电池（NiMH）和锂电池（LiIon）1。锂电池重 量轻并且能量密度大，因此成为高性能的保证，它已经成为研发焦点。但是最新的 商用锂电池同时散发大量的热，这导致了安全方面的隐患。因此，锂电池在车辆上 的应用需要冷却系统和过度充电保护。同时，研究人员也致力于研发能够在低温环 境下工作的正负极。 现有的电池技术同时受制于充电量随时间递减的事实。纳米科技的发展展示了 如何设计新技术来提高能量密度和功率密度，以及大幅度降低充电量随时间递减的 速度。这些成果中的很多还都停留在实验室阶段或者仅用于飞行员用品生产，因此 在此领域还存在着大量的研发机会以及将这些技术扩展到商业生产层面上的机会。 对于电动车和混合动力车的成功来说，尤其重要的一点在于车辆电池的安全性。 现在的锂电池可能过热并引起着火，尤其是在有物理损坏的时候。所以一个工厂必 须具备极高的生产能力才能进行这部分汽车零部件的生产(Bullis, 2006i)。因此，致 力于提高生产质量的革新非常重要。 在这些领域进行研发和生产的厂家和其他组织包括： • A123 • • • • • 1 系统（Watertown, Mass.）在开发新型高能锂电池方面已经获得了巨大成 功。A123 最近与通用汽车签订合同共同为通用汽车研发专利性的纳米磷酸盐 锂电池(“A123Systems Receives $30M to Scale Up to Nano-Enabled Batteries,” 2007; Bullis, 2007b, 2008b)。 Altair Nanotechnologies Inc. (Reno, Nev.)在开发一种钛酸锂电池，这种电池在 防止温度过热方面利用纳米钛酸粒子来替代传统的石墨(“Car Makers Seek Battery That Keeps Going,” 2008)。同时 Altair 也在为美国海军研究一种用于全 电动驾驶船只的高级电池(“Senate Approves Altair Nanotechnologies’ Battery Systems for Use in the Navy,” 2007)。 比亚迪汽车公司（广东深圳)生产了两种插入式混合动力车型，这两种车型均 使用比亚迪自己生产的电池磷酸盐锂电池（Fe 电池） 。这种使用磷酸铁盐作为 主要电极材料，所以不会达到危险的高温，避免了爆炸的风险(Millikin, 2008)。 这家公司有将利用这种电池的一款全电动汽车推向大众市场的计划(Shirouzu, 2008)。 尼桑（东京）在研发一种稳定的锰基材料，这种材料更薄并且比传统电池散 热更快。尼桑启动了一个和 NEC 的共同风险基金来大量生产以这种材料为基 础的电池并且将其应用于未来的车辆(“Car Makers Seek Battery That Keeps Going,” 2008)。 由材料科学和工程教授崔屹领导的斯坦福大学研究团队研发了一种锂电池负 极材料。这种材料用以纳米线为基础的硅材料制成，其特殊形状能够承载普 通锂电池十倍的电量，同时减缓了充电量随时间的减少(Stober, 2007)。如果能 够研发一种相应正极材料以及低温生产工艺，这项技术有潜力使得电池比现 在增加三倍存储能力，同时提高安全性和寿命(Fairley, 2008)。 阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）授权日本户田技术服务股份 至少有一家企业也在进行传统铅酸电池的改进，这家企业叫做萤火虫能源公司（Firefly Energy） 。(Bullis, 2006k). 104 全球技术革命–中国，深度分析 • • • • • • 有限公司生产一种锂电池的专利复合正级材料。这种复合正级材料由锂锰混 合金属氧化物制成，提供更高稳定性、更高电压以及更高存储能力(ANL, 2008)。 电动车公司 ZAP（Santa Rosa, Calif．）和位于中国的高级电池公司在北京设立 了一个共同的发展办公室来扩大使用纳米电池的电动车的研究、生产以及市 场拓展(“Zap Opened a Joint Development Office in Beijing to Expand Research in Nanotechnology,” 2007)。 Valence Technology (Austin, Tex．) 生产锂离子电池。 Compact Power (Troy, Michigan) 被通用汽车选中来测试其电池以确定是否能 为 GM Volt 所用(Bullis, 2007b)。 Compact Power 作为韩国 LG 公司的补充， 被通用汽车选中来为其第一代 Volt 生产电池 (Bullis, 2008c)。 Continental Automotive Systems of Germany（Frankfurt,德国）同样被通用汽车 选中来测试其电池以确定是否能为 GM Volt 所用，这家公司的电池是以 A123 系统为核心的(Bullis, 2007b)。 Cobasys(Orion, Mich.) 是一家雪佛龙公司拥有一半股权的公司。这家公司在研 发汽车用镍氢电池(Gold, 2008)。 英里电动车公司（Miles Electric Vehicles）(加州圣莫尼卡 Santa Monica, Calif．) 使用镍基电池而不是锂离子电池来生产各种电动车。这些汽车在天津生产并 且已经在美国投放市场(Dosh, 2008)。 电力电机和电机。汽车的复杂化和电气化使得汽车工业对发动机、转换器、传 感器和控制系统的需求更加明显。高效的变速电发动机的需求有所增加，比如，在 电模式下作为车辆推进力。高效匀速发动机/发电机对将来的串联式混合动力车尤为 重要。为满足这些需求，很多关于发动机、永磁发动机和开关磁阻发动机（这些发 动机都存在一定的缺陷）的研究在进行之中(EERE, 2008)。这其中一个领域是能在 高温（最高可达 200 摄氏度）下运行的高性能永磁铁。这些需要可以通过新材料的 研发来满足(“Better Electric Cars Need Better Magnets,” 2008)。 复杂的电池管理系统（Complex Electronics for Battery Management） 电池重要 性日益增长，因此需要复杂的电子器件来控制电池的充放电，保证过程的合理和安 全。这些电子器件的复杂程度可以从特斯拉汽车公司（Tesla Motors）研发的电动车 中略窥一二，这种电动车的电池组中有多达 7000 个不连续的锂单元。这需要一个高 级控制系统来优化效率并保障安全(Bullis, 2006i)。设计高级电池管理（也包括 PHEV(Bullis, 2006f)的电池）技术领域的公司包括： • 位于加州圣卡洛斯的特斯拉汽车公司（Tesla Motors） • 位于康涅狄格州丹波瑞的（Danbury）电镀能源公司（Electro Energy） • 位于加州蒙诺维亚的 EnergyCS 公司 • A123 Systems Hymotion (Watertown, Mass.) 超级电容器（Ultracapacitators）。超级电容是一个仍处在起始阶段的技术，这 项技术在将来会给混合动力车带来很大的价值。与普通电容能够短时间储存一定电 量的特点类似，超级电容能够非常迅速的充电和放电。另外，它还能存储大量能量。 电动与混合动力汽车 105 这些特点使得它们成为短时间存储刹车再生能量和在加速时为电发动机提供能量的 绝佳装置。 虽然这项技术在某些领域已经投入使用，但是目前其价格仍然非常昂贵。所以 要使这项技术投入汽车市场的应用，还需要成本和性能方面的改进。这就是说，超 级电容有潜力允许设计者减小燃料电池或者其他能量来源的体积使之达到原来的百 分之二十五，从而使得高级车的价格下降(Bullis, 2006c)。 此领域的相关企业包括： • AFS Trinity Power (Medina, Wash.)在最近一次底特律车展中展示了一项技术。 通过这项技术，一辆改装过的土星 Vue（Saturn Vue）的油耗降低，从每加仑 80 英里降至每加仑 150 英里2。改装成本大约在 9000 美元(“Ne Plus Ultra,” 2008)。 • EEStor (Cedar Park, Tex.)研发了一种钡钛电子能量存储单元，这种存储设备为 洛克希德马丁公司（Lockheed Martin）在军方和安全设施方面所用。EEStor 预想扩大这种存储设备的使用范围，利用它来存储非峰值状态下的能源供以 后使用。位于多伦多的 Zenn 汽车公司已经与 EEStor 建立合作，它已经不在 小型、低速城区用车中使用铅酸电池(“Ne Plus Ultra,” 2008)。 • ISE Corporation (Poway, Calif.)研发基于电池和超级电容的混合动力公共汽车 系统(Bullis, 2006h)。 • 最佳科技（Maxwell Technologies）是一家位于美国的超级电容的研发和制造 者。 “智能充电”电子器件（“Smart charging” power electronics）。 要将“智能充 电”电子器件应用于 EV 和 PHEV 的充电，这个领域需要革新和技术专业化。基于 美国市场的 GridPoint 公司是一个在这方面领先的企业。GridPoint 与福特、南加州 的爱迪生公司（Southern California Edison）以及电力研究院（Electric Power Research Institute）共同进行这个领域的研究(GridPoint, 2008; EPRI, 2008)。 热电材料和热光伏材料（Thermoelectric and thermophotovoltaic materials）。在目 前的讨论中，热电材料和热光伏材料等新型技术都被认为有潜力应用于汽车(Bullis, 2005)。这些材料有将废热再利用的能力，能够有效率的产生电能，所以能够提高能 源效率，具备替代交流发电机的潜力。由于这些技术的潜力，丰田在 MIT 投资进行 热光伏材料的研发(Bullis, 2006g)。 这两项技术在商业上尚未成熟。如果继续进行研发并扩大生产能力，这些技术 在未来的车辆中都可能起到重要的作用。 能量传动系统（Power Trains）。传统的内燃机与电动机结合使用使得汽车能量 传动系统变得越来越复杂。能量传动系统是指包括发动机和变速器在内的为车轮提 供动力的部分。丰田普瑞斯混合动力车使用了新型的能量传动系统，这个系统对于 这个车型的成功非常关键(Fairley, 2006)。最近，克拉斯勒、通用、奔驰和宝马发布 了一种称为“双模混合动力车”的研发情况，这种车在市区行驶时，能够将燃料经 2 2008 款的土星 Vue 混合动力车的油耗经 EPA 检测，定为市区每加仑 25 英里，高速公路每加仑 32 英里。参见 (EPA and DOE, 2008, p.15)。 106 全球技术革命–中国，深度分析 济性提高 50%。据美国能源局(DOE)：这个系统“在变速器中加入了两个小电机， 制造了电力无级变速器。这种变速器有两种工作模式：一种模式在低速低负荷状态 下使用，另一种在高速状态下使用。 ” (EERE, 2007) 在这种双模系统之下，电机在 低速状态下提供了转矩，起到了非常关键的作用。但是在高速状态下，电机会成为 能量传动系统的阻力，因此双模混合动力车变速器将其排除在能量传动系统之外， 除去了其对能量传动系统的拉力。这使得电机在低速状态下提供了效率，同时也不 成为高速状态下的负担。另外，电机在高速状态下被排除在能量传动系统之外，因 此可以使用小型发动机。所以，据通用负责这项技术的总工程师 Tim Grewe， “混合 动力车变速器不会比传统的变速器更大。” (Fairley, 2006) 车辆系统分析。一辆汽车需要集合大量的技术，因此汽车系统分析的位置变得 越来越重要。通过这样的分析，设计者可以获得电池、超级电容、发动机、电机以 及燃料电池的最佳平衡。这些零部件需要用到昂贵的原材料，而且性能随时间会发 生很大变化，因此这些优化就成为了满足消费者关于里程范围、加速度和价格需求 的关键。系统分析工具也可以用在公共政策分析领域，进行关于提高客用汽车、重 型卡车、公共汽车、功能性汽车以及其他汽车的可能节能（或减少温室气体）方案 的讨论。 阿贡国家实验室在开发这类系统分析工具方面保持领先。比如，它发明了一项 叫做传动系系统分析工具包（PSAT）的技术。天津的中国汽车技术研究中心 (CATARC)以及位于经济技术开发区的天津清源电动车公司已经开始使用这个工具 包，这是一项开发区已有的技术优势。阿贡同时发展了运输中温室气体、常规排放 和能量使用模型（GREET）。这项技术有潜力用来评估不同技术在降低温室气体和 其他排放方面的能力。 燃料电池和氢存储。燃料电池通过化学反应来产生能量。因此，它们有进一步 提高效率的潜力，也有可能在 HEV、PHEV 和串联混合动力车中替代内燃机。但是， 现在的燃料电池在成本上与其他替代品相比没有竞争力，所以很多正在进行的研究 致力于降低其成本。 在这方面，一个备受关注的革新领域是提高燃料电池质子交换隔膜的薄膜质量。 提高现有薄膜的强度或者研发新的薄膜都能够提高能量密度、减小燃料电池的体积， 并且降低成本(Bullis, 2006d)。 发展中的汽车燃料电池是以氢作为燃料的。氢的燃料转换过程不仅需要降低燃 料电池的成本，也需要确定一种不昂贵并且可实际操作的方法来生产和输送并在汽 车里存储氢3。麻省理工学院汽车实验室（MIT’s Sloan Automotive Laboratory）的约 翰·海伍德（John Heywood）观察到：“人们越来越多的感觉到，氢能不太适合作 为这类能源。” (Talbot, 2006) 但是，通用汽车对于其燃料电池科技持非常乐观的态度。2007 年，通用汽车的 董事长和首席执行官瑞克·瓦格纳（Rick Wagoner）宣称“通用汽车已经在燃料电 池设计方面已经进行了足够的研究，下一步，我们打算用三四年的时间来进行生产 工艺方面的工程性研究。 ”他继续论述道：中国“可能非常适合成为第一个拥有广泛 的燃料电池基础设施的国家。 ”值得注意的是，钢的生产过程中会向大气中排放大量 3 政策制定者也需要在氢的生产方式方面作出决策（比如，从哪种原料获得） 。目前的低成本氢生产是从化石燃 料之中获得氢，因此使用氢能作为能量源在现阶段来说可能不是一个环保的方式。 电动与混合动力汽车 107 的氢气。钢工厂传统的做法是将这些气体直接排放至大气当中。但是这些气体实际 上可以储存起来用作汽车燃料。中国目前已经是世界领先的钢生产者(Bradsher, 2007a)。 其它不大受关注的生产、传输和存储氢的方法包括使用甲醇作为车载的能量媒 介进行分解来产生氢。美国能源局认定车载重整不是一个经济的方法(Bullis, 2006b; Shekhar, 2006)，但是关于这个方法的研究仍然在进行。 内燃机和排放控制。内燃机可以使用以下燃料：汽油、柴油、氢以及混合乙醇 和其他生物燃料。要增加燃烧效率、控制相应排放，工程师需要利用燃烧化学，利 用催化剂和其他材料来精确控制燃烧和燃烧之后的清理。提高燃料的质量和成分都 会对内燃机效率和低排放有帮助4。 有关内燃效率和排放控制的技术在过去三十年内有很大进步，并且存在继续发 展的余地。比如，“均质压燃”(homogenous charge compression ignitio, HCCI) 还 有潜力将汽油机效率提高 15%。HCCI 通过以下机制作用：当汽油机运转时，通过 使燃料在压力和机器的温度下燃烧，而使其像柴油机一样工作5。 提高柴油机的使用率也有潜力可挖。柴油机本质上比现在的汽油机更有效率， 混合柴油机则具备更高的效率潜力6。 新型商业运作模式。一个名为更好的世界（Better Place）的启动基金开发了一 个重要的新型商业模式。这项革新是由 SAP 前总裁 Shai Agassi 领导的。更好的世 界启动了一个从事租车业务的新的电动车公司（这些车由雷诺，Renault 生产），这 个公司同时负责车辆的保养和充电。这种商业模式的基础是建立一个电池充电站的 网络，当车辆电池耗尽时，可以在不增加正常租车费用的前提下方便的更换一个充 满电的新电池。 这种商业模式使得电动车能够在更广大的地区适用，而且驾驶者个人不需要自 己买车，也不需要受电池里程的限制。这家新的公司将在以色列和丹麦试行其运作 模式。这两个国家均具备高油价的特点，其税收政策也使得电动车大受欢迎(Bullis, 2008a)。 市场概况 继日本和美国之后，目前中国的汽车产量排世界第三7。2007 年，中国生产了 888 万辆汽车，比上一年增长了 22%8。同年，车辆销售在中国也增长了约 22%，达 到 879 万台。中国的客用车消费量占世界的百分之四十，95%的商业车辆在中国生 产。这些因素使得中国成为仅次于美国的世界第二大车辆市场。大约 83%的在中国 4 在中国，提高燃料质量对于提高汽车技术和空气质量非常重要，尤其是在柴油燃料方面。这是因为低质量燃 料会污染燃油喷射系统并且腐蚀催化剂。这就提高了维修成本并限制了空气质量的提高。据《北京周报》 ，低质 量柴油降低了大家对柴油汽车的兴趣，虽然这类车还具备其他优点。(Yunyun Liu, 2007). 5 Valdes-Dapena(2008). 商业化的柴油机效率大概为 45%，汽油车辆为 30%。科技发展能够使柴油机的效率达 到 55-63%。但是，柴油机会产生高水平的氮氧化物(NOx)和渣滓(particulate matter, PM)排放。 6 在煤液化领域有一项先进的柴油相关的技术。具体来说，罗格斯大学的 Alan Goldman 和北卡大学教堂山分校 的 Maurice Brookhart 研发了一种新型催化剂。这种催化剂能够降低通过费托合成（F-T）工艺将煤转化为柴油 燃料的成本。另外，这项工艺能产生一种更清洁的不含芳香族物质的柴油，这些芳香族物质会带来不利影响。 (Bullis, 2006e). 7 资料来源：国际汽车制造商协会（International Organization of Motor Vehicle Manufacturers） （参见 OICA, 2008） 。 8 自 2006 年，美国产量下降了 4.5%，日本下降了 1%。 108 全球技术革命–中国，深度分析 销售的汽车是 1-2 升排量的小型车(Du, 2008)。中国也是一个汽车出口中心。比如， 中 国 公 司 奇 瑞 汽 车 的 销 售 量 在 2007 年 增 长 了 25% ， 在 出 口 方 面 则 增 长 了 132%(Hongjiang, 2008)。 2008 年第一季度，中国汽车销量剧增。福特汽车公司（包括福特、沃尔沃、马 自达、Jaguar 以及陆虎的品牌）销售量增长了 47%。欧洲最大的汽车生产商大众汽 车销售量增长了 32%。大众的高端品牌奥迪增长了 25%。宝马公司生产的宝马和迷 你销量第一季度跃升了 43%。奔驰也增长了 40%(Hongjiang, 2008)。在第一季度， 中国总的汽车销售量增长了 16%(Bradsher, 2008b)。中国汽车消费的趋势是在向稍大 型车、 SUV 以及全长豪华汽车转变。在 2008 年前两个月，SUV 的销售量增长了 38%， 豪华型汽车则比去年同期增长了 30%。 目前中国面临的最大挑战是平衡工业化过程中的经济（以汽车拥有者的上升为 标志）的利益分配，这样就能支撑整个经济体（通过燃料汽车和工业）并且保护公 民和环境（通过减少污染）。世界石油价格在 2008 上半年迅速飙升，但是这并没有 使中国的石油产品消费减少。在 2008 年前三个月，中国的汽油和柴油消费量增长 了大约 16%，原油的消费量增长了 8%。很多人推测正是这项政策导致了石油消费 量的增长(Yao, 2008)。根据预测，到 2010 年，汽车将占中国全部石油需求的 43%， 到 2020 年这个数字将上升至 57%(“China to Levy Tax on Cars with Higher Exhaust Emissions,” 2005)。 近期石油价格有所上升，而且根据预测会持续上升，因此中国政府督促汽车制 造者通过电动车或油电混合动力车来减少燃料消耗。中国政府同时关心预测的汽车 销售量增长，因为这将增加石油需求以及排放等级。目前在中国有 0.8 亿辆汽车在 中国投入使用。到 2020 年，这个数字将增加 0.3 亿，致使总数超过 1 亿。据通用汽 车的 Volt 插入式电动车生产线总监 Tony Posawatz 观察， “这些车辆不可能都是石油 燃料的，……我们相信电动车。它已经遍布世界，而且它可以使用不同燃料。”(Smith, 2008) 随着丰田普瑞斯混合动力车在美国的成功，世界汽车制造商推进了混合动力和 电动车在各种车型中的应用。2007 年下半年，通用和克莱斯勒发布了 2008 年新车 型，包括混合动力型的 SUV、小型卡车和轿车(EERE, 2007)。底特律自由报（Detroit Free Press）最近登载：“在四年之内，至少两家日本汽车制造商计划在美国推广全 电动汽车。世界范围内的其他几家汽车制造商，包括福特在内，也在研发类似的车 型。” (Hyde, 2008) 三菱汽车计划在 2009 年在日本销售其 iMiEV，并且在 2010 年在美国试销售 (Hyde, 2008)。与之类似，尼桑宣布将在 2010 年在美国和日本发布电动车，并且预 期在 2012 年形成一个“大众市场” (E. Taylor, 2008)。一些报告显示尼桑最先会在 2010 年以美国和日本的顾客作为目标顾客群体，到 2012 年之前也会努力拓展世界 市场(E. Taylor, 2008; Hyde, 2008)。 通用汽车目前是在中国的最大的海外汽车提供商。2007 年，通用汽车在中国的 销售量增长了 19%，而它在美国的销售量则降低了 11%。但是，在 2008 年第一季 度，由于顾客对这家公司的老车型失去兴趣，它在中国的销售量增长率减少为 7%。 因此，通用汽车计划在中国每年用 10 亿美元来改良车型、扩大生产(Ying, 2008)。 今年，通用发布了其第一辆混合动力车：别克君越。这个新的混合动力版本使得每 电动与混合动力汽车 109 加仑汽油英里数从非混合动力车的 24 增加到 28(“Hybrids for China, 2008”)。在 2009 年，通用计划推出双模混合动力车卡迪拉克凯雷德。在 2010 年它将推出其第一台插 入式电动车雪佛兰 Volt(Ying, 2008)。 2007 年秋季，通用宣布它将在上海设立一个高级研究中心，特别用来研发混合 动力车和其他高级设计。其他汽车制造商，比如本田、福特和大众，最近也宣布要 在中国设立研究中心(Bradsher, 2007b)。这些消息都随中国政府发布了的一项发改委 草案而来，这项关于修改汽车生产补贴的草案将提高对中国生产的其他燃料车主要 零部件取得补贴的要求(Bradsher, 2007b)。 通用的新的研究中心是对其亚洲研究中心的补充。它在上海雇用了 1400 位工程 师和设计师，并且计划在 2008 年再雇用 250 位(Ying, 2008)。通用亚洲研究中心是 一 项 与 上海 汽 车 的共 同 风 险投 资 ，新的 研 究 中心 则 归 通用 自 己 所有 (Bradsher, 2007b)。 英里电动车公司（Miles Electric Vehicles）是美国加州一家不太知名的公司。与 其它公司不同，它生产采用镍基电池的电动车，而不是采用锂电池。这些车辆由一 汽的天津夏利制造并且已经在美国销售(Dosh, 2008)。 一些中国工厂也已经加入了增长中的电动车市场： 天津清源电动车有限公司 位于天津经济技术开发区，生产包括轿车、公共汽 车和货车等一系列电动车。该公司的产品销往美国和其他国家，主要是批量订购。 比如，美国宇航局（NASA）曾经购买过清源的产品供室内使用。另外，清源参加 了一些国际研发项目，还是一项美国的共同风险投资的成员(Rong, 2007)。 清源 2006 年推出的 ZX40 车型在最高速度之下能达到每加仑 25 英里、每次充 电维持 40 英里。它计划推出的 XS200 则能达到最高速度下每加仑 80 英里、每次充 电维持 200 英里(Millikin, 2006)。它的一些车型使用传统的铅酸电池，其他一些则使 用价格更贵、性能也更高的高功率锂电池。 比亚迪汽车有限公司 开发了两款插入式混合动力车型。其中第一款将在 2008 年在中国上市。比亚迪计划在 2010 年向大众市场推出一款全电动车型，并最终将其 出口北美和欧洲(Shirouzu, 2008)。 中国青年汽车集团 是中国领先的豪华客车和商用卡车的制造商。青年集团最 近加入了与零空气污染公司（Zero Air Pollution）合作的共同风险投资，这家公司 （ZAP）是一家美国公司。这项风险投资将在北美市场进行混合动力车和电动车制 造、市场策划和推广(ZAP, 2007)。 济南飞宝精机有限公司 目前在美国市场销售一系列低速和高速电动车。其低 端产品达到每加仑 45 英里，每次充电维持 70 英里。这家公司称它的高端车型彗星 （Comet）能够达到高于每加仑 90 英里，每次充电维持 200 英里(“Chinese Flybo Electric Car Coming to America,” 2007)。 长安汽车 位于重庆，它开发了一种混合动力小型货车，这个车型将在 2008 年投入生产并且投放中国市场(Bradsher, 2007a)。 滨海新区和开发区具有的相关实力 据我们所知，截止文章写作时，混合动力车尚未在滨海新区和开发区投产。我 110 全球技术革命–中国，深度分析 们读到一篇天津伊利萨尔客车制造有限公司的报告说它正在生产一种以压缩天然 气为燃料的节能公共汽车。这些公共汽车将用于公共交通。伊利萨尔客车期待为北 京、上海、重庆、广州和深圳生产同样的车型(“Environment-Friendly Vehicles Used to Cut Pollution,” 2004)。 滨海新区和开发区已经具备了进行电动车研发和制造的能力。位于开发区的清 源电动车公司就是一个这方面例子。 清源并不在其天津工厂进行电池研究，但它的一个赞助者 EV 电池在为其进行 相关研究。位于天津经济技术开发区的纳米科技中心国家纳米技术与工程研究院 （CNANE）已经具备了纳米级电池的研究能力。 位于天津的中国汽车技术研究中心（CATARC）为汽车制造业制定标准和进行 认证（比如，安全性、能源效率、排放、电动车）。由于天津滨海新区和开发区的 企业期望达到更严格的西方市场标准，这个研究中心具有非常重要的意义。八十个 汽车部件工厂设在开发区，其中有五十个已经成为丰田的直接供应商。这些部件公 司应该具备向遵循与丰田类似标准的企业来推广自己的产品。另外，中国商业局和 国家发改委认为天津经济技术开发区是一个国家级的汽车和汽车零部件基地。 动力与障碍 在第三章，我们认为经济技术开发区要发展和应用七项科技，重要的动力和阻 碍包括八个因素。我们现在来论述这些因素将如何影响天津滨海新区发展和应用电 动车和混合动力车。 中国在提高能源效率、减少环境污染方面的需求将成为一个动力。比如，2006 年，中国中央政府发布了鼓励使用环境友好、低排放汽车的通知。这项通知提出了 政府机关将使用的对于燃料高效率车辆的大量激励条件(“Green Light Given to Eco-Friendly Vehicles,” 2006)： • 提高了小型车的限制。大约 80 个中国城市禁止或限制小型车的购买和使用。 • 使用税收杠杆和有利的油价政策来鼓励消费者购买节能车。 • 降低小型车的停车收费。 • 带头使用燃料高效率的车辆。在 2004 年，45%的车辆（包括卡车）是政府所 有的(Gallagher, 2006)。 目前，中国在考虑通过税收激励来鼓励混合动力车的消费的可能性(Bradsher, 2007a)。但是，中国现有混合动力车的价格比传统的使用内燃机的汽车要高很多。 比如，丰田普瑞斯在中国的售价是 288,000 元，这个高价9的部分原因是汽车及零部 件 10%-28%的高关税(Gallagher, 2006)。中国的比亚迪公司将于 2008 年推出一款价 格为 150，000 元的插入式混合动力车(Shirouzu, 2008)。虽然中国的电动车和混合动 力车消费者将会获得大量补贴，但是高价格依然会成为这类汽车广泛使用的阻碍。 中国的国家政策鼓励制造和购买节能汽车，这将成为混合动力车的一项推动力。 比如： 9 在中国低端汽车价格仅为 3 万元。参见(Lan Xinzhen, 2007)。 电动与混合动力汽车 111 • 在 2007 年 3 月，中国科学院一个专门问题小组推荐采用一种新的动力传动系 统，这种系统更加节能并且使用多种能源(“Hybrids from China and What They Could Mean,” 2007)。 • 2006 年，中国建立了一个新的汽车消费税收体系。对于排量 1.0 升以下的汽 车消费税从 3%降至 1%。但是对排量大于 3.0 升的汽车收税则从 8%升至 15-20%(“Green Light Given to Eco-Friendly Vehicles,” 2006)。 • 2005 年，国家发改委颁布了第一个燃料经济性标准。这个标准以车重为基础， 分两个阶段实施。第一阶段开始于 2005 年，要求实现的标准与欧洲和日本类 似。开始于 2008 年的第二阶段将进一步提高这些标准。到那时，最轻的汽车 需要达到每加仑 43 公里，2005 年的标准则是 38。重量最重的汽车将达到每 加仑 21 公里，2005 年的标准是 19(Wellington and Sauer, 2004)。 但是，另有一些法律和政策将会成为电动车和混合动力车的阻碍。比如： • 中国进口汽车及零部件的高关税会极大提高混合动力车的价格(Gallagher, 2006)。 • 丰田和本田拥有大量关键的混合动力车的关键性部件的相关专利(Gallagher, 2006)。 • 政府控制下的低油价不能构成对节能汽车的激励(Gallagher, 2006)。 • 一些大城市对电动车进行限制。一些城市只允许电动车在自行道上行驶，比 如，地方汽车管理机构不为它们颁发牌照(Ash, 2007)。 另外，中国的汽车工业在达到工业标准方面仍然落后于西方，比如安全方面和 环境方面的标准。这可能成为中国公司打入北美和欧洲市场的另一个阻碍(“Hybrids from China and What They Could Mean,” 2007)。 知识产权保护在中国对于自主创新依然是个阻碍，也不利于涉及国外资本和智 力的创新研发和风险投资(see, e.g., Davies, 2006; OECD, 2008)。开发区如果严格执行 现有法律将能够促进情况好转(S. Jang, 2007)。 金融和银行法律法规在中国依然构成阻碍因素。经济合作发展组织（OECD） 断言：尽管情况不断好转，但要实现引进国际资本进行尖端技术研发和创新的目标， 在建立完备、透明、可信的法律法规方面还有很长的路要走(OECD, 2008)。 虽然与成长中的大都市北京临近会造成不可避免的智力竞争，人力资源依然将 会成为天津滨海新区的发展动力。滨海新区和开发区，以及天津市的劳动力提供了 具备熟练技能和制造业生产经验的劳动力来源，但中国现阶段学生倾向于选择上大 学 而 不 是 职 业 技 术 学 校 的 趋 势 (T. Fuller, 2005; Wiseman, 2005; “Chinese Manufacturing Slowed by Skilled Worker Shortage,” 2002; “China in Serious Shortage of Skilled Workers,” 2004)可能会成为经济技术开发区扩大再生产阶段的障碍。中国政 府已经意识到并着手解决这个问题(J. Wu, 2006)。天津北京两市的大学毕业生，尤其 是有科学技术背景的毕业生，能够提供滨海新区所需的研发人员。开发区已经意识 112 全球技术革命–中国，深度分析 到了吸引本地、外地以及国外智力资源的重要性并且建立了相应的激励项目10。 研发创新文化的发展状况对于天津经济技术开发区发展高新技术的目标而言， 依然是一个阻碍因素(CAS, 2006)。在现有和未来的项目中，滨海新区应该鼓励风险 和灵活性来改变科技、经济、政治和市场发展共同决定的现状。 另外，在中国，目前混合动力车和电动车与传统汽车还存在着性能差距（比如， 大小和设计、加速能力、电动车的最高里程） ，这也将成为一个阻碍。因为很多中国 消费者更看重性能而不是节能性。2006 年，哈佛大学和中国汽车科技研究中心在北 京组织的一个圆桌讨论证实了混合动力车在中国的发展还存在很多其他阻碍，比如， 中国公众对混合动力车的了解较少，而且也并不了解燃料高效率对于未来能源节约 的价值(Gallagher, 2006)。 中国混合动力车基础设施建设的薄弱也是一个阻碍。目前，由于很少有中国公 司具备相应的生产和研究能力，也很少有公司具备整车装配的能力，这类汽车的关 键零部件仍然需要进口(Gallagher, 2006)。但是，滨海新区和开发区在设计和制造电 动车及其零部件方面的能力将减轻这个阻碍，尤其是对于 EV，也有可能在 PHEV 方面，甚至能将其转化为动力。 可能的发展途径 我们对天津滨海新区长期发展的建议是成为一个电动车和混合动力车及其配 件的顶尖科技研发和制造中心。我们建议采取以下三方面具体行动： • 加强已有的并且开拓新的研发能力 • 增强已有的并且发展新的工业基础 • 将滨海新区和开发区定位于为世界市场生产电动车和混合动力车的层面。 建立研发能力 • 使得清源电动车公司扩大已有的与阿贡国家实验室(Rong, 2007b)在电池和动 力传动系统方面的合作。 • 在电池、电力电子以及其他零部件技术方面，寻找其他与公司和研究机构在 研发方面的合作机会。比如，与以下组织取得联系协商在其专业范围内的可 能合作(Embassy of the United States Beijing China, 1998)： − 中国科学院电子学研究所，他们从事电机和电机控制系统方面的研究 − 清华大学汽车工程系，他们从事车载充电和电池管理系统的研发 − 天津电源研究所（中国电子科技集团公司下属单位），他们致力于高级 电池和燃料电池的研究，包括镍氢电池、锂电池和直接使用乙醇的燃料 电池。 发展工业基地 • 尼桑和三菱联合日本工厂控制了 70%的锂离子电池生产(Hyde, 2008)。我们建 10 其中包括对企业和个人进行激励来引入博士毕业生，并且对突出表现进行奖励。具体细节参见第三章。 电动与混合动力汽车 113 • • • • • 议滨海新区和开发区与这些公司或者他们的合作公司寻求合作，来获得这个 领域的生产能力。 设立与滨海新区和开发区境内的电力电子制造商、清源电动车公司以及滨海 新区和开发区境内电子设施的对话机制，来讨论以下可能性：（1）在滨海新 区和开发区境内开展 EV 和 PHEV 的生产， （2）在本地生产价格低廉“智慧 充电”电力电机，通过电力网来生产 EV 和 PHEV 所需的充电仪表。 大量企业宣布了生产混合动力车和电动车的计划。比如，通用汽车和它的合 作者上海汽车工业公司，吉利，大众（同样是上海汽车工业公司的合作者） 以及奇瑞汽车。丰田也与中国一汽合作在吉林生产 2.0 排量的普瑞斯混合动力 车(Qiao, 2007)。滨海新区和开发区应该联系这些企业来确认其已有工厂和合 作者是不是能够达到这些厂商的零部件、子系统和车辆分析的需求，并且确 认这些供应商是不是有意愿在滨海新区或者开发区设厂。 中国汽车技术研究中心报告说他们已经在混合动力车方面进行研发，并且已 经设计出了理论上具备与普瑞斯竞争能力的车型(Jiangyong and Sheng, 2007)。 我们建议滨海新区和开发区确定中国汽车技术研究中心的哪家公司设计了这 种车型，并且寻找与之合作的机会。 与“设计更好的世界” 、尼桑/雷诺以及 NEC 取得联系，确定以下合作的可能 性： （1）在滨海新区或开发区生产他们的电池以及（2）以滨海新区或开发区 作为第三个试验基地来推广他们的新的商业运作模式。并且寻求与这些企业 在电池回收方面合作。 中国汽车技术研究中心的高科技公司（CAH）和天津市环科机动车尾气催化 净化技术有限公司致力于催化转化剂的研究。他们关于欧洲 II、III 催化剂的 研究表明他们已经具备了在高级催化剂方面的制造和研发能力。在中国和世 界范围，随着汽车拥有者数量的增长，污染控制的需要也只可能增长，这将 成为一项重要的本地生产能力。我们建议天津滨海新区和开发区用它来吸引 高级投资者。 为滨海新区和开发区在全球市场定位 • 亚洲汽车资源的麦克·邓恩（Michael Dunne）在 2005 年向中国日报透露： 混合动力车在中国的发展需要政府部门两方面的扶植：中央或者地方政府购进一批混合 动力车作为出租车，或者为混合动力车购买者提供税收优惠，或者同时提供以上两方面 的扶植(Qiao, 2007)。 我们建议滨海新区和开发区在这些目标的方向上进行努力，或者通过大批车 辆购买或者为消费者提供减税。 • 基于北京市委 2007 年 8 月发布的北京市政府关于在汽车生产方面强制进行 “绿色生产”的通知(Yunyun Liu, 2007)，滨海新区、开发区以及 CATARC（它 有责任推进这些标准的制定）可以合作来加快这些标准的发展和执行。 • 在满足工业标准方面，中国的汽车工业仍然落后于西方，例如关于安全和环 境方面的标准。CATARC 是中国汽车行业标准的统一归口管理部门，具有制 定标准和认证的职能。滨海新区和开发区的公司可以使用 CATARC 的标准。 114 全球技术革命–中国，深度分析 • 与 CATARC 合作，来在滨海新区和开发区境内对专家进行传动系统分析工具 包（PSAT）的使用培训，确保其设计完备并且达到性能方面的要求。 • 汽车科技信息研究所是 CATARC 的子机构，它对电动车的回收和循环使用进 行研究，这些研究对清源和滨海新区和开发区的其他公司都可能有所帮助。 我们建议滨海新区和开发区与这个机构合作来进行“车辆回收”服务使已经 落户和即将落户的公司获利。 • 结合滨海新区和开发区境内 EV, HEV 和 PHEV 的使用程度，来与本地电力设 施讨论对 EV 和混合动力车夜间充电采用特别收费标准的可能性。另外，与 网点公司（在以上的电力部分讨论过）取得联系，将其作为一个可能的投资 者和落户者。 • 评估已有的吸引新的制造公司在滨海新区和开发区落户的政策（比如，税收 优惠，提供博士后研究的资金） ，确定其中最有效的条件，并结合已落户的和 潜在的滨海新区和开发区公司的建议，考虑加入新的吸引条件。 第10章 绿色制造 致力于发展和应用减少或消除垃圾排放和有毒原料使用的生产工艺，叫做绿色 制造。随着公众对于环境恶化和稀有原料增加的关注日益增长，政府和跨国公司采 纳了逐步实施绿色制造技术的趋势1。 2008 年 6 月 3 日至 5 日，在纽约举行的绿色制造业展览会上，可持续制造业 被定义为“使用无污染、节能以及自然的工艺来生产产品，是经济上合理的，对员 工、社区和消费者来说是安全的” (see Canon Communications, undated)。这个定义 与我们对绿色制造业的理解一致。 对于滨海新区和开发区的重要性 推行绿色制造业与滨海新区促进循环或“环形”经济的目标是相符的。在这种 经济中，每个生产部门使用其他部门的产品或者生产垃圾作为自己的原料，所以不 会产生净损失2。与此同时，它也会将滨海新区置于一个重要的正在形成的科学技 术领域的前沿，以及可持续经济发展的前沿。它使得滨海新区能够领先的建立起一 个利润更高，更环保的企业群，这些企业的产品能够出口到日本、美国、欧盟国家， 以及其他具有严格环境和产品安全方面规章和标准的地区。 绿色制造工艺能够通过以下更广泛的途径来增强滨海新区和开发区的竞争优 势： • 在过时的技术逐渐被淘汰的时期降低近期成本； • 在环境规章不断完善、垃圾处理和能源成本日益上升，以及过去的环境损害 • • • • • 逐渐修复的过程中降低长期成本； 降低有毒气体处理、垃圾处理、危险材料处置等方面的基础设施投资； 为专利性的制造工艺提供基础； 改善工人的工作条件以及健康和安全状况； 通过消除有害杂质和有害成分保证产品质量； 促进 ISO 14001 标准的实现（下文有详细论述）。 绿色制造业能带来的收益是相当可观的。2007 年一个绿色化学方面的会议3上， 辉瑞制药的一位代表预测一项绿色工艺每年能够为制药工业节约一百亿美元，在某 1 案例参见： Holliday, Schmidheiny, and Watts (2002).本书作者都是公司总裁。本书前言为可持续发展商业协会 主席所撰写。 2 具体细节参见： Salonen (2007), 这是 2006 年 10 月 22 至 23 日在天津举行的第三届循环经济国际会议的一篇 报告。 3 绿色化学商业峰会于 2007 年 10 月 31 日在美国召开，由北埃塞克斯社区学院（Northern Essex Community College）主办。这次会议旨在通过绿色化学发展在清洁制造业方面的经济上和就业上的机会。 115 116 全球技术革命–中国，深度分析 个特定产品的全部生命周期中，能够节约七亿美元。 另外，通过绿色制造业带来的更健康、更令人愉悦、更安全的环境，将更容易 的吸引研发机构、大学、公司以及技术人员在滨海新区和开发区落户。随着绿色制 造获得更广泛的关注并且成为了中国某些工业领域的基本要求，一些天津附近的公 司，以及滨海新区和开发区范围内的公司已经因此受益4。 科技和市场现状及未来前景 技术概况 绿色制造业是由生产企业来选择对个人和环境都无害的生产工艺。这样的生产 工艺涉及大量先进的技术和工艺： • 绿色化学 • 绿色工程技术 • 本质安全的流程设计 • 生产质量管理规范/优良制造 绿色化学（Green chemistry）。绿色化学致力于设计对环境无害的化学工艺和 产品。七项科技可以用来研发这类工艺。十二条原则指导着这些科技的应用(see, e.g., EPA, 2008b; ”Green Chemistry,” 2008)。绿色化学被应用于研发绿色工艺方 面，这些工艺广泛应用于在化学制剂、药品、纸浆和纸张、半导体和制造业部门。 绿色工程技术（Green engineering）。绿色工程技术是对可行并且经济的工艺 和产品进行设计、使其商品化，以及应用的过程。同时，绿色工程技术减少源头产 生的污染和对人类健康和环境的威胁。绿色工程技术涵盖了以下的概念：尽早在产 品的设计和研发阶段作出保护人类健康和环境的决策，能够使积极影响最大化(see EPA, 2007b)。 本质安全的流程设计（Inherently safe process design）。本质安全的化学过程 涉及到减少危险性原料的用量、避免使用危险性原料，以及利用替代性的化合途径 或生产条件(see RSC, 2007)。其目标是减少溢出热量的化合反应、火、爆炸以及毒 性物质的产生和排放。过去，这类事件都曾造成过多起死亡、严重财产损失、环境 污染和商业损失5。 生产质量管理规范（Good Manufacturing Practices）。生产质量管理规范 4 比如，SMTA(表面贴装设备制造商协会)和 TEDA 共同主办的绿色制造第三届国际博览会于 2006 年 5 月 13 至 14 日在天津召开。这次会议的目的是推进绿色电子制造业的发展，为回收废弃电子设备提供信息(see “SMTA Co-Sponsors Conference on Green Manufacturing in China,” 2006)。 5 需要指出的是，在某些情况下，为了改善环境而做出的改变在本质上削弱了设计的安全性。比如，在焚化或 者碳床吸收中，收集排气口排放的气体可能会引起爆炸，这些爆炸发生在排放的气体组成达到了燃烧标准的时 候。 绿色制造 117 （GMP）适用于生产中使用的生产方式、设备和控制方式，力图对可再生产品质量 进行控制，使其达到该产品涉及的规章和制度的规定。例如，美国食品及药物管理 局（FDA）颁布了医疗设备的生产质量管理规范(see Medical Devices, 1996)。 在符合以上四项的技术条件之下生产出来的产品和服务不一定是“绿色的”或 者打上“安全”标签的。但是通过这四项“绿色”方式中的一项生产出来的产品和 服务更有可能成为“绿色” 的以及“安全”的6。 兰德公司 2003 年一个报告7中总结道：绿色生产方式能够“在某种情况下去除 危险性物质的使用和生成，并且不增加边际成本”。实际上，兰德公司研究中涉及 到的绿色生产下的生产工艺有几乎一半都能够节约成本。这些工艺包括： ® • 将超临界二氧化碳作为聚合溶剂（杜邦-特氟隆 ） ； • 基于“原子经济原则”的三步生产工艺来生产布洛芬（异丁苯丙酸） ； • 很多关于生物技术方面的生产工艺； • 一些不使用漂白粉的水净化方法； • 对铝产品适用的惰性正极（耐蚀铝合金） ； ® • 一项重新设计的生产抗原的工艺（Roche-Cytovene ） ； • 在电路板和电装配、检测中消除氟氯碳的使用（IBM） ； ® • 一种生产草甘膦的“零浪费”工艺（孟山都公司- Roundup ） 。 以下两个例子提供了对目前尖端科技的更深入的剖析： 在 印 刷 电 路 制 造 中 使 用 更 清 洁 的 生 产 方 式 （ Cleaner production in printed circuit manufacture）。中国发改委在这方面进行的一项案例研究 描绘了绿色生产工艺的几个步骤： 1. 2. 3. 4. 5. 采用弹药磺化（ammo-sulphonate）方法而不是氟硼酸盐方法来进行锡/铅电 镀； 回收反应物； 采用相反的反应流程和冲洗技术； 采用酸性高锰酸钾溶液而不是铬酸盐和磺酸除去冲洗残留物； 利用无电铜处理来避免螯合物的产生。 生产铬混合物（Manufacture of chromium compounds） 铬混合物对于 很多工业部门来说都是一种重要的基础化学材料。在传统生产工艺当中，原料和能 量的利用率很低。大量的含有铬的毒性固体废料和气体被排放掉，从而造成了严重 污染。 中国科学院(CAS)工程研究所研发了一种高效、零污染的铬混合物生产工艺。 这项生产工艺包括对相关化学反应过程的改良、对反应物和操作的改进、对反应物 的再生和回收利用，以及对资源进行综合利用。河南一家采用这种生产工艺的示范 6 7 反之，被称作“绿色产品”的产品也可能是由没有全面采用绿色化学或绿色工程技术的公司生产的。 Lempert et al.(2003, p.13). 兰德分析了二十五个基于绿色化学七个领域和绿色工程技术原则的生产工艺案例。 118 全球技术革命–中国，深度分析 工厂拥有 10,000 万吨的生产能力。 监管概况 国际标准化组织（International Organization for Standardization, ISO）是一个由 各国标准机构代表组成的跨国组织。ISO 14000 标准给出了自愿性的国际环境管理 标准。达到标准的企业会获得第三方的 ISO 14000 认证，而这是在国际市场中竞争 的重要优势(see Praxiom Research Group Limited, 2008)。ISO 14001 2004 是环境管理 方面的自愿性国际化标准。它指定了一系列对环境管理系统的管理要求。这项标准 旨在帮助各类组织保护环境、防止污染，以及提高其在环境方面的表现。 2006 年以来，欧盟采纳了以下两项重要规章来管理出口产品，特别是在消费者 电子产品方面： 废弃电气电子设备指令（ Directive on Waste ：2007 年 8 月，欧盟通过了这项 Electrical and Electronic Equipment, WEEE） • Directive 2002/96/ECDirective 标准。它旨在减少电子设备产生的垃圾。同时，其中的条款也对消费者在再 利用、循环以及修复日用电子器件方面进行教育，以帮助减少垃圾。 • Directive 2002/95/ECRestriction 危害性物质限制标准（Restriction on Hazardous Substances，RoHS)：这项欧盟标准于 2006 年 7 月通过。它主要对使用具有潜 在危害的物质进行规范。比如在很多电子装置和医用器械中常见的水银和铅。 近期，由于南方的包装设备供应商在集成其自身和用户的生产方法过程中的需 要，中国也颁布了自己的条例。2007 年，中国国家发改委颁发了关于六个行业的清 洁生产评估标准。这些标准旨在减少空气和水污染。它们包括了能源消耗、资源消 耗以及在一些生产部门中的污染物排放指标。这些生产部门包括：水泥、发酵、纯 碱、机械、硫酸以及皮革。这些标准主要集中在节约原材料和能源、避免使用有毒 有害原料，以及减少工业垃圾排放（参见中国互联网信息中心，2007）等方面。 中国的环境条例也与银行条例相结合来促进污染控制和健全的环境操作。比如， 公司的环境记录将作为中国中央银行发放贷款时的一个考虑因素(Zhiming, 2007)。 这表明中国中央政府对于不注意环保规章的企业已经失去耐心。另外，中国银监会 呼吁银行领导减少或收回对使用过时生产设施的企业的贷款，并且勒令银行对已经 发放给高能耗企业的贷款再行严格审查。所有这些符合中国的十一五计划 （2006-2010）中保证将环境保护政策放在各方面经济政策首位的论述。 据香港新进科技集团有限公司主席兼董事经理、香港绿色制造联盟8荣誉主席陈 其镳(2005)称，中国电子行业的绿色生产多直接遵照欧盟标准，以及最近的中国和 韩国危害性物质限制标准。其他工业生产部门也存在类似现象。中国科学技术部设 立了中国机械工业联合会基金来召开研讨会，研究启动中国绿色制造技术产业创新 联盟。这个联盟旨在加强中国制造工业的核心竞争力。 8 这个组织于 2005 年 2 月成立，其职责是对香港公司在如何采用绿色生产和达到更高标准方面提出建议。 绿色制造 119 市场概况 当今，主要的跨国公司都应用了绿色制造。通用公司（GE）的“绿色创想”就 是一个突出的例子。其他的公司，如陶氏化学（Dow） 、通用汽车（General Motors） 、 巴斯夫（BASF）以及之前的戴姆勒-克莱斯勒9，也加入了绿色制造的行列。自从 1996 年以来，美国环境保护局（EPA）曾向以下公司颁发了美国总统绿色化学挑战奖: 赫 克力士集团公司（Hercules）、默克公司（Merk） 、陶氏化学（Dow）、百时美施贵宝 （Bristol-Myers Squibb）、杜邦（DuPont）、辉瑞制药（Pfizer）、PPG 和诺维信 （Novozymes）10。其中几家公司设计了“绿色生产过程评分卡”来衡量他们生产过 程中的绿色程度11。 很多这样的杰出的美国和欧洲化学公司试图通过多样化的操作来获得低成本的 生产。因为印度和中国已经以其低于西方竞争者的生产成本在活性医药成分和反应 中间物的世界市场上占有大量份额，这些公司都希望在亚洲，尤其是印度和中国， 找到供应商和合作者(Chemical and Engineering News, 2008)。这些西方公司不仅在寻 找有才华的化学家和工程师，也常常要求生产质量管理规范（GMP）的应用。 根据一些统计数据，与中国相比，目前印度在 GMP 生产和产品研发方面处于 一个更有利的位置(Chemical and Engineering News, 2008)。但是，随着中国通过新的 GMP 标准以及西方企业在中国建厂，这种情况将有所改变。旧金山商业时报（San Francisco Business Times）称， “中国是一片对绿色科技开放的土地，每个人都想要 去开垦它” 。世界范围内的风险投资家和清洁科技经营者越来越多的在中国建立办公 室、工业园区，寻找清洁科技启动机会(L. Wilson, 2007)。其中包括：凯鹏华盈（Kleiner Perkins Caufield & Byers），科斯拉风险投资（Khosla Ventures），应用材料公司 （Applied Materials） ，Miasolé，以及元素风险投资（Element Ventures） 。 元素风险投资是德丰杰（Draper Fisher Jurvetson）的清洁科技团队。其总经理 约翰·罗克韦尔（John Rockwell）曾经乐观的展望过中国的未来： “这是一个大好的 机遇。作为使用者和潜在的科技研发地，中国目前已经成为一个关键点。”江苏省中 心的清洁科技工业园有六个风险基金公司，罗克韦尔的团队是其中之一。这项由江 苏省和以密歇根为基地的清洁技术产业投资集团共同进行的风险投资计划最终开办 20 个清洁技术公司。这些公司涵盖了以下领域：水净化、能源效率以及新一代燃料 (L. Wilson, 2007)。 其他中国公司和国际公司的例子还有很多： 中国风能。2008 年初，中国风能在无锡市完成了高自动化、尖端的“绿色”制 造设备的建造。它在此设备方面的策略分为三个阶段： • 在初始阶段，中国风能会生产直径达 6 米的轧制环件，以及其他风车组件， 比如偏航轴承、主轴和风轮桨叶。 9 这些公司在 Holliday, Schmidheiny, and Watts(2002)中均有论述。 参见 EPA(2008)。澳大利亚、加拿大、意大利、日本和英国也设立了类似的奖项，这些奖项和 EPA 的总统绿 色化学挑战奖的获奖者都在附录 C 中列出。 16 11 百时美施贵宝的绿色生产过程评分卡使用加权标准来为 项生产方面的指标评分，包括溶剂恢复比例、固液 体垃圾量、试剂数量以及可能的排放。这种评分卡使得全面评估企业的环境影响成为可能。参见(EPA, 2007c)。 10 120 全球技术革命–中国，深度分析 • 在第二阶段，这个公司将组合轧制环件至偏航轴承。 • 在第三阶段，这个公司将生产其他风车组件，比如轮叶。至此阶段，它应该 已经具备高级生产能力，能够生产直径达 8 米、重量达 150 吨的轧制环件， 以及直径达 8 米、重量达 500 吨的主轴。这些组件可以满足风能工业不同应 用和生产工艺的需求(see “China Wind Systems Begins First Phase of Expansion Plan,” 2008)。 中国风能已经购进了一些预计在第一阶段生产的组件的设备，包括一台 6 米直 径轧制环件的打磨机和一台 4500 吨榨油机。它将在第二和第三阶段购进其他设备。 北京谱尼实验室。2005 年摩托罗拉中国科技研讨会上，谱尼实验室主任宋薇称： 通过和摩托罗拉公司的合作，我们建立了一个对电子器件和产品的材料进行测试的尖端科 技实验室。我们能够非常荣幸的成为国际电工委员会规范 IEC 标准团队的一员，有赖于 摩托罗拉公司技术专家开发的对危害性物质限制标准（RoHS）之外的材料进行测试的全 球标准。同时我们非常高兴通过摩托罗拉公司提供的培训和支持，我们对中国的多家公司 进行了关于最新的报废电子电气设备/危害性物质限制（WEEE/RoHS）欧洲标准的培训 (Motorola, 2005)。 在同一个研讨会上，北京科技大学材料工程学院的夏志东教授描述了与摩托罗 拉中国实验室合作的关于处理电子电气制造垃圾的项目操作： “我们研发的所有技术 都将遵循绿色设计理念来达到低成本、低能耗、无污染、高效率以及高收益。” (Motorola, 2005) 国际文具有限公司（World Wide Stationery Holding Co., Ltd） 2007 年，国际文具有限公司获得了中国办公用品奖和企业责任奖。作为世界最大的金属 装订部件生产商，国际公司通过以下步骤建立了一个绿色生产环境： • 研发了环境保护系统，努力获得了 ISO14001 认证； • 建立了污水处理系统； • 在厂区降低噪音等级使其达到 GB12348-1990（工业噪音标准）的第 III 级标 • • • • • 准； 建立了废金属处理系统； 建立了污染气体处理系统； 建立了资源使用控制体系和节能体系； 着手进行原材料成分分析，比如，分析原材料的化学组成来避免对环境造成 损害； 建立原材料高效利用机制。 基于以上这些成绩，2002 年，东莞市政府授予国际公司无毒企业奖。该企业承 诺“继续投资加强软硬件建设，遵循国际环境保护标准（比如，ISO 14001）以及其 他地方政府设立的标准。” (see World Wide Stationary Holding Co., Ltd., 2007) 奥的斯电梯公司（Otis Elevator Company）。 设在开发区的奥的斯电梯 公司是联合技术公司（United Technologies Corporation）的子公司，它拥有世界上第 一台“绿色”电梯生产设备，生产环境友好的电梯系统。其生产的第二代电梯系统 绿色制造 121 在环境保护方面获得了广泛赞誉，自 2000 年以来销售量达 100,000 台。2005 年，这 个电梯系统使得奥的斯公司成为获得中华环境保护基金会颁发的“绿色产品奖”的 第一家电梯公司。2006 年，第二代电梯系统被著名经济杂志 Actualidad Económica 授予西班牙“100 个最佳创意”称号。中国政府也将其归为中国“十大建筑科学技 术成就”之列(see Otis Elevator Company, 2007)。 美国一个绿色制造项目可以为开发区提供有益的模型。美国化学工程师学会 （AIChE）和美国环境保护局合作推进以下方面的项目：环境效率、环境保护、发 展可持续发展的绿色生产工艺以及促进环境效率、环境保护在相关工业和公司企业 管理系统中的应用。这两家单位合作建立项目来帮助工业部门在全球经济中获得竞 争力并获得可持续发展的动力，而这些都需要通过彻底改变原有的生产工艺和产品 设计来实现。 这个项目有三个主要推进机制： • 建立一个评估新的绿色工程技术和绿色化学过程的框架，来评价其潜在的商 业可行性和对工业部门的价值； • 为工业生产部门建立工具和方法来支持可持续生产工艺和产品的设计，包括 来自工业生态学、生命周期评估和环保设计的理念； • 在相关利益群体中（比如研究机构、高级企业管理者、生产基地建造者、实 践工程师、工艺设计管理者以及技师）促进这些理念和生命周期商业效益的 推广。 滨海新区和开发区具有的相关实力 滨海新区和开发区在汽车、电子、化学和生物制药领域的工业循环成果中已经 实施了绿色制造原则。举例如下： • 天津丰田对回收废轮胎的再利用 • 泰鼎环保科技有限公司对 IBM 的电子废料进行循环利用 • 天津东邦铅资源再生有限公司 • 诺维信公司将废水再利用于灌溉并且利用残渣作为肥料。 开发区的一些公司（比如奥的斯，摩托罗拉）已经在绿色化学方面设立项目并 将绿色制造投入应用。同时，很多美国总统绿色化学挑战奖获得者，比如 PPG 工业 和诺维信也在开发区建立了分公司。 动力与障碍 在第三章，我们认为经济技术开发区要发展和应用七项科技，有八个因素构成 了其重要的动力和阻碍。现在我们来论述这些因素是如何影响经济技术开发区实施 122 全球技术革命–中国，深度分析 绿色制造的。 中国提高能源效率、降低环境影响的需求将成为动力之一。这是绿色能源、绿 色工艺以及可持续发展的国际趋势的一部分，反映在中国的法律和政策以及数量不 断增长的采用这些生产流程的公司之上。但是，成本可能会成为一个阻碍，尤其是 当已有企业需要更新换代的时候。事实上，有些时候成本提升可以使得企业避免采 用绿色制造技术。比如，有一项技术需要引入原有的生产环境，采用旧的技术将更 方便、经济，因为它的回收流程、能量流以及废品处置需要是已知的或者可计算的。 一项新的未经使用的流程将引入风险和新的培训项目。不过，如前文提到的 Lempert et al. (2003)报告所言，绿色制造技术可以在很多特别的情况下提供竞争优势。是否 在新的工厂投资绿色制造技术或者更新已有设备，这些判断都需要基于这些优势。 中国的促进资源节约、减少污染以及推行绿色制造工艺的国家政策也将成为动 力之一。比如，2007 年，中国国家发改委发布了针对六个工业部门的清洁生产评估 标准。这些标准旨在减少空气和水污染。它们包括了针对以下部门的能源消耗、资 源消耗和污染物排放指数：水泥、发酵、纯碱、机械、硫酸以及皮革。其主要关注 点在于节约原材料和能源、避免使用有害或者毒性原料以及减少工业废品的排放(中 国互联网信息中心，2007)。 知识产权保护在中国对于自主创新依然是个阻碍，也不利于涉及国外资本和智 力的创新研发和风险投资(see, e.g., Davies, 2006; OECD, 2008)。开发区如果严格执行 现有法律将能够促进情况好转(S. Jang, 2007)。但是，很多绿色制造技术的开发是最 优化方法的采用，而不一定涉及知识产权的应用。 金融和银行法律法规在中国依然构成阻碍因素。经济合作发展组织（OECD） 断言：尽管情况不断好转，但要实现引进国际资本进行尖端技术研发和创新的目标， 在建立完备、透明、可信的法律法规方面还有很长的路要走(OECD, 2008)。在这方 面，绿色制造技术可能带来某些好处，因为近期中国环境规章已经与国家的银行规 章结合来促进污染控制和完善的环境制度。比如，现在中国中央银行在进行贷款审 批时会将公司的环境纪录列入考虑范围(Zhiming, 2007)。另外，中国银监会呼吁贷 方减少或收回对使用过时生产设备的公司的贷款，并且勒令银行对已经发放给高能 耗企业的贷款再行严格审查。这些举措也可能促进绿色制造技术的推广。 虽然与成长中的大都市北京临近会造成不可避免的智力竞争，人力资源依然将 会成为滨海新区的发展动力。滨海新区和开发区，以及天津市的劳动力提供了具备 熟练技能和制造业生产经验的劳动力来源，但中国现阶段学生倾向于选择上大学而 不是职业技术学校的趋势(T. Fuller, 2005; Wiseman,2005; “Chinese Manufacturing Slowed by Skilled Worker Shortage,” 2002; “China in Serious Shortage of Skilled Workers,” 2004)可能会成为经济技术开发区扩大再生产阶段的障碍。中国政府已经 意识到并着手解决这个问题(J. Wu,2006)。天津北京两市的大学毕业生，尤其是有科 学技术背景的毕业生，能够提供滨海新区所需的研发人员。开发区已经意识到了吸 引本地、外地以及国外智力资源的重要性并且建立了相应的激励项目12。 12 其中包括对企业和个人进行激励来引入博士毕业生，并且对突出表现进行奖励。具体细节参见第二章第一部 分。 绿色制造 123 研发和创新文化的发展状况对于滨海新区建立高新技术中心的目标而言，依然 是一个阻碍因素(CAS, 2006)。在现有和未来的项目中，滨海新区应该鼓励风险和灵 活性来改变科技、经济、政治和市场发展共同决定的现状。 可能的发展途径 我们对滨海新区发展目标的建议是要成为一个绿色制造业的中心，首先依靠吸 引顶尖绿色化学和工程技术公司加入，然后最终依靠在滨海新区和开发区发展和示 范新的绿色制造工艺。考虑到面临的动力和阻碍，我们推荐滨海新区和开发区在吸 引新建工厂时强调绿色制造业方面的创新，关注成本节约型的生产工艺，对于已采 用绿色化学的公司中也是如此。 我们建议滨海新区和开发区采取以下措施： • 与已经在滨海新区和开发区落户和可能在滨海新区和开发区落户的企业进行 • • • • • 13 沟通，签订实施绿色制造的协议。这个协议可以认为是滨海新区和开发区对 回收再利用和循环经济的再次强调。这对已经实施了绿色制造原则的企业将 是一个特别的吸引。同时，它也能够对滨海新区和开发区在提供清洁、健康 环境方面产生推动作用。 可以成立一个与香港和其他地区类似的绿色制造业联盟13来共同努力逾越绿 色制造业面临的阻碍。2005 年，其荣誉主席在一次演讲(Chan Kei-biu, 2005) 中建议了以下的步骤： − 评审制造业过程中每个部分的环境影响; − 在各种生产工艺比如无锡焊接、削减重金属使用、无卤材料使用中建立 衡量标准; − 遵守欧盟要求和推荐的标准; − 获得 ISO4001 认证; − 持续地为员工提供环境保护意识的培训。 对已经在滨海新区和开发区落户的企业在采用绿色化学和绿色工程技术方面 设置激励条件。这些激励条件可以包括年终奖、返税，数额根据这些企业通 过减少浪费和消除毒性材料而对滨海新区和开发区市政设施经费的节约来确 定。比如，根据百时美施贵宝公司（Bristol-Myers Squib）研发的“生产工艺 绿色度评分卡” ，或者对获得 ISO 14001 认证的公司进行奖励。 考虑在生物科技园设计生物工艺来推进绿色制造业发展。 利用本地机构（比如，天津大学的化学工程科技学院）来发展绿色化学和工 程技术方面的顶尖科技研发项目。这些项目可以在与美国化学工程学会以及 美国环境保护局的合作项目完成之后进行。 在绿色制造研发项目中，聘请专业的化学家和工程师作为顾问，这可以从附 录 D 中所列的个人和机构开始。另一个资源是在中国举行的第八届绿色化学 这个组织于 2005 年 2 月成立，其职责是对香港公司在如何采用绿色生产和达到更高标准方面提出建议。 124 全球技术革命–中国，深度分析 研讨会的发言人和与会者，这个研讨会于 2007 年 5 月 21 至 24 日在北京科技 大学召开。 第三部分 建筑滨海新区的未来：将天津经济技术开发区建成先进的 科学与工程中心 125 第11章 结论 天津滨海新区正在为天津经济技术开发区追寻一项雄伟的战略展望。今天， 天津经济技术开发区是一个具有传统型制造业基地的成功地工业园区综合体。明 日，它将成为高度影响力新兴技术的先进科学和工程中心。依托着目前先进技术 机会带来的机遇，天津滨海新区朝向在未来20年内建设成为全球科学工程中心的 目标而努力。实现这个目标的同时，它将成为天津市，渤海湾地区乃至这个华北 地区的创新经济发展的源泉。天津经济技术开发区将在这个宏伟目标中起到关键 作用。 战略性展望是重要的第一步。现在，天津滨海新区正在为下一步制定为实现 上述目标的全面战略计划而奠定基础。我们相信我们指出的七项技术应用会成为 该计划的核心部分。所有技术应用都与最有前途的国际趋势相符合。所有技术应 用都被期望到2020年能够有商业产品并有着广阔的全球市场前景，同时也对社会 的多个部门产生深远影响。同时，该七项技术应用特别与新区目前生产能力相符， 能够帮助新区达到其独特的经济发展需求，并支持中国发展优先事项。简单而言， 我们为新区推荐的这些有广阔前景技术应用将有助于新区实现其未来发展的期 望。 我们并不期望新区未来的发展和经济增长完全依赖于这七项技术应用在新 区及其他地方的发展。在发展这些应用的同时，新区应该不断扩大其目前的制造 领域，同时发展其他有前景的新兴技术。但当新区在制定近期战略部时，这七项 技术应用能够成为其核心。 天津经济技术开发区的广阔制造业基础为新区发展这些推荐的技术应用提 过了坚实的平台。这七项应用能够整体融入一个综合计划，因为他们都源自开发 区现有支柱产业中的一个或多个。这将让平稳的转型成为可能。在平稳转型中， 新的进步源于并扩展现有生产能力，例如开发区的汽车和半导体制造基础；开发 区和天津地区纳米科技研究，发展和商业化努力; 中国，天津，新区和开发区内 生物科技和生命科学的新兴发展1。 在第二部分，我们为每个技术应用推荐了详细的行动指南。这七项技术应用 能够通过三项主要活动融入新区总体战略方案中： y y y 在与这些技术应用相关的新兴、交叉学科技术领域建立先进的研发项目 在与这些技术应用相关的领域，发展扩大新区和开发区制造业及工业基 础 采用有利于发展与这些应用相关的产品的机制和市场创新项目，使得新 区在全球市场上有高度竞争优势。 上诉三种主要活动相互支持并协同加强。先进的研发能力为更好的制造业基 础提供平台，同时有益于全球具有竞争力产品的开发。一个更新、扩展的制造业 基础将为源于科研进步的创新产品提供机会。满足国际规范的监管和标准，以及 1 Frew et al. (2008). 该报告的数据源于对 22 家中国本土卫生-生物科技公司-包括 Tianjin SinoBiotech-的采 访。作者指出这些公司只是“该产业中几千家公司”中的一小部分。 127 128 全球技术革命–中国，深度分析 扩大当地市场的法律和政策，都能够新产品更具国际竞争力并为将性能提高到国 际标准提供测试的机会。 在新区管理部门进行这项努力的同时，开发区应当自始自终保持其研究和制 造部门之间的密切联系。这两个部门的成员应当经常互动，如通过定期相互访问 及人员交换。两个部门的计划，目标和目前状况评估应当在计划和管理层面上整 合。只有通过这种途径，研发才能与发展制造基础的需求相一致。 坐落在水资源匮乏地区，加上中国减少环境污染的经济增长的优先考虑，新 区的战略部署应该强调能源，水，和其他资源的有效利用。我们推荐的一些技术 应用能够成为这项考虑的一部分：如绿色科技、廉价太阳能和电动与混合动力汽 车。使用先进的过滤器和催化剂来净化水也是一个例子。使用生物检测来发现危 害环境的病原体也会做出贡献。最后，资源管理手段，包括绿色制造的推广，将 对这项努力起关键作用。 在目前基础上为滨海新区和开发区的未来定位 我们推荐的技术应用的每一项都能够在新区、开发区和天津地区现有能力的 基础上建立。 开发区目前在汽车产业有很强的制造能力，能够生产传统内燃引擎机车和电 力机车及其零部件。发展电力和混合动力机车及其零部件将是现有生产能力的自 然拓展和合并。将其汽车零部件制造拓展到生产电力和混合动力机车部件的同 时，开发区同时能够加强另一个现有能力：电池和纳米材料的研究能力。 廉价太阳能和先进移动通讯和无限频率识别都能够从开发区在制造半导体 和电子产品的广泛经验和能力的基础上发展。 每一项应用都包括一系列活动， 从现有生产能力的扩大到新的产品线到给予当地研发进步的全新能力的开发。 用于污水处理的过滤器和催化剂能够直接在开发区现有的，特别是与薄膜相 关的，材料，化学方面的现有生产能力的基础上发展。他们同时可以建立在当地 研发，示范活动及天津地区工业脱盐项目的基础上。 快速生物测试和分子药品设计，开发和递送将开发区化学，材料，制药方面 的经验和能力和其先进的生物科技和纳米科技的研发相结合。这些领域也能够给 开发区Watson生物科技园区一个重要推动，将开发区内研究和制造部门更加紧密 地联系。 绿色制造涵括开发区所有的现有生产基础。开发区及中国其他地方的公司已 经采纳绿色化学的原则，从而在增强国际市场竞争力的同时减少环境影响。 将具体行动计划融入到综合战略部署之中 第二部分中描述的具体行动方案能够融入到依赖三大支柱的总体战略部署： 建立先进研发项目；加强并拓展新区和开发区的生产基础；将新区和开发区定位 于国际市场。滨海新区在如上每个领域可能采取的步骤将描述如下。 建立先进的研发项目 结论 129 在建立实施七项技术应用所需的研发项目时，滨海新区既要有效利用现有研 发能力又要拓展目前研发项目，满足应用所需的目前尚未满足的需求。其核心及 侧重点取决于技术应用相关的特定研发领域的当地能力的质量和数量。然而，滨 海新区无论决定采纳那种技术应用都需要采取这项措施。 有效利用当地研发能力。滨海新区具有其自身的纳米科技中心（中国国家纳 米技术工程科学院或CNANE）和当地（天津）大学内的现有研发项目，两者均 可直接支持新兴技术应用的开发。例如，CNANE能够为如下领域研发提供人员， 技术和设施：第三代太阳能接收器；先进的用于污水处理的膜，过滤器和催化剂； 分子药品设计，开发和递送。第二部分科技前瞻有关章节具体描述了这些领域内 的新兴发展。绝大多数这些发展牵涉到在纳米量级上理解材料的特性及制造，操 纵，修改这些材料的能力的开发，以达到满足商业应用所需的特性和水平。幸运 的是滨海新区与在相关技术应用领域领先的大学研究小组在地理位置上很接近。 最值得注目的是天津大学研究碳纳米管的小组。碳纳米管已经显示出作为靶向药 物递送平台的应用潜力。其他例子还有天津大学纳米过滤器和脱盐示范系统研究 小组和南开大学联合北京太阳能研究所进行第二代太阳能收集器研究的小组。 拓展现有研发项目的范围或开始全新的研发项目。 天津开发区具有一些可 以拓展的现有合作项目。它也可以寻求与世界级研究机构或新兴科技公司进行新 的研发项目。例如，开发区可以加强Qianyuan电力汽车公司和美国Argonne国家 实验室之间现有的合作项目的深度和广度。另一个例子是与开发第二代第三代太 阳能收集器，纳米过滤器和薄膜，以及纳米药品的公司发展伙伴关系并将这些公 司与新区，开发区和天津地区的相应研究机构相联系。 更新和拓展滨海新区的生产基础 为了更新和拓展其生产基础，滨海新区必须在现存基础上继续发展，同时引 进新的能够提供技术应用所需的先进设备，处理，和新的生产能力的公司和设施。 与发展研发能力一样，其核心及侧重点取决于技术应用相关的现有生产能力的质 量和数量。然而，滨海新区无论决定采纳那种技术应用都需要采取这项措施。 与已在开发区建有设施的公司合作去确保这些设施生产最新的产品线并使 用更新的制造工艺。这项努力包括鼓励大型汽车制造商在开发区的工厂生产电力 和混合动力机车。也包括旨在将新区，开发区和天津及其他地方的研发进步融入 新区生产的产品的技术转让努力，如纳米结构电池和用于水净化和脱盐的薄膜。 吸引在新兴科技领域拥有先进生产能力的新公司。一个例子就是在天津生物 芯片公司和第二章描述的世界领先的快速生物测试公司之间建立新的关系。另一 个例子是建立在与相关处于领先位置的公司的新的联系的基础上，建立如下方面 的生产厂：第二代第三代太阳能收集器，纳米过滤器，薄膜和催化剂，以及靶向 及控制药品递送。最后，对现有或新的公司，新区提倡和奖励绿色化学手段和绿 色制造，从而确保开发区内设施使用最先进最有效的生产工艺。这些奖励可以包 括现有税收优惠的拓展，研发支持，设备补贴或者像第十章及附录C中描述的奖 励。 将滨海新区和开发区定位于国际市场 130 全球技术革命–中国，深度分析 这里描述的措施项目可以作为实施新区战略计划的中心，以确保已经供应国 际市场（如移动电话）的公司继续生产具有竞争力的产品同时产出的新产品也在 国际市场上有竞争优势。 鼓励或奖励新区内厂商重视健康和环境保护。近日一项重要全球趋势就是重 视健康和环境保护2。新区在这方面进行的努力将会提高其在国际市场的位置和 良好印象。一个例子是采用或发展有关标准及支持或要求诸如ISO 14001的认证。 另外也可以为工人提供 制造电力及混合动力机车或建立并维持生产零部件公司 所需生产技能的培训。 使用新区的当地市场作为最终向国内及国际市场推销的产品的实验地。为了 达到这个目标，新区应该选择能够以国际市场标准测试产品的当地市场。新区可 以购买供当地使用的符合美国及欧盟最严格的排放及油耗标准的电力及混合动 力车。另外也可以使用新区开发的生物实验去检测符合美国或欧盟标准的食品和 水的病原体标准。通过提供一个供示范和测试的当地市场，新区可以让其内的公 司推出雏形产品并从消费者体验中获益，这样既可以不断改善产品又可以建立在 现实条件下的效力。这样的测试市场，加上新区对能源，水和其他资源有效利用 的重视和研究机构和训练有素的劳动力的存在，将会与现有旨在发展商业环境以 吸引公司的商业激励制度相辅相成。 2 从公司的角度，参见 Holliday, Schmidheiny, and Watts (2002)。 附录 131 A. 兰德公司“天津滨海新区科学技术愿景”研讨会 2007 年 8 月 8 日－2007 年 8 月 9 日 兰德公司“天津滨海新区科学技术愿景”研讨会，中国天津 2007年8月8日－2007年8月9日 研讨会目的： • 确认天津滨海新区/天津经济技术开发区科技发展和创新所面临的主要促进和阻碍 因素； • 讨论这些主要促进和阻碍因素的解决难度，并找出那些最紧迫、最关键的问题； • 研究天津滨海新区/天津经济技术开发区关于这些问题的解决方法，即如何增强促进 因素和减少阻碍因素，以及在此过程中需要寻找哪些合作伙伴，如大学、工业界、 国际组织和中国政府的其他机构。 2007年8月8日 星期三 第一天 第一部分 : 总括和简介 这部分内容介绍天津滨海新区与经济技术开发区的经济发展概况，以及技术与革新在经 济发展中发挥的作用，探讨天津滨海新区与经济技术开发区的发展与中国以及亚洲东北部的 联系。 8:30 a.m.–9:00 a.m. 天津滨海新区/天津经济技术开发区领导王先生致词（约30分钟） ――经济发展的愿景，以及技术和创新在其中所起的作用 9:00 a.m.–9:15 a.m. 兰德介绍本研究项目的目的和目前进展 9:15 a.m.–10:00 a.m. 中国科学院研究生院柳卸林博士的主旨发言（暂定） ――中国经济发展中的科技和创新，以及在环渤海地区的应用 10:00 a.m.–10:30 a.m. 提问时间 10:30 a.m.–10:45 a.m. 休息 10:45 a.m.–11:15 a.m. SEGUCHI Kiyoyuki 先生（日本银行驻中国首席代表）演讲 “中国东北地区和东北亚的地区合作及其环渤海地区的未来经济发展” 11:15 a.m.–11:45 a.m. 提问 11:45 a.m.–12:15 p.m. 由黄子君博士和Richard Silberglitt博士对兰德公司五月/六月采访结果 进行总结和对相关科学技术应用进行初步分析（每人10到15分钟左右） 12:15 p.m.–12:30 p.m. 提问时间 133 134 全球技术革命–中国，深度分析 12:30 p.m.–2:30 p.m. 午餐 经济技术开发区自助餐 午餐谈话: “我们可以让天津拥有蓝天—高级清洁燃料技术 清洁能源 和环境保护技术”（约30分钟） 天津大学化学工程与技术学院 高压力吸收实验室周礼教授 第一天 第二部分：构建人力资本和技术能力 这一讨论着重探索天津滨海新区/天津经济技术开发区构建创新所需的人力资本和技术 能力的重要因素和问题。该讨论还将探讨最急需、最关键的行动领域和可选方案。 主持人： 兰德公司Richard Silberglitt博士 3:00 p.m.–3:15 p.m. 由兰德公司黄子君博士介绍兰德有关人力资本和技术能力构建、变革的 重要研究 3:15 p.m.–3:30 p.m. 专家组一: Jimmy HUANG先生（天津海蓝德能源技术发展有限公司总经 理） 介绍技术人才和管理人才在建立成功的小型科技企业中的重要性 3:30 p.m.–3:45 p.m. 专家组二：李新先生（天津经济技术开发区泰达国际创业中心、生产力 促进中心主任） 介绍评估小型科技企业的有关标准（例如领导层、工作团队、商业计划 以及技术与市场需求的结合程度） 3:45 p.m.–4:15 p.m. 休息 4:15 p.m.–4:30 p.m. 自由讨论时间，主持人总结讨论要点，回顾探讨的主要话题 4:30 p.m.–5:15 p.m. 提问时间 5:30 p.m.–7:30 p.m. 招待会 2007年8月9日 星期四 第二天 第三部分：构建基础设施和机构组织能力 这一讨论主要探讨天津滨海新区/天津经济技术开发区构建创新所需的基础设施和机构 组织能力的关键因素。该讨论还将探讨最急需、最关键的行动领域和可选方案 主持人：兰德公司Richard SILBERGLITT博士 9:00 a.m.–9:15 a.m. 由兰德公司Anny WONG博士介绍有关基础设施和机构组织能力构建、 变革的研究成果 9:15 a.m.–9:30 a.m. 专家组一: 程魁玉先生（天津环科机车科技研发有限公司总经理） 探讨有关技术/生产与市场需求的互动关系 930 a.m.–9:45 a.m. 专家组二: 孟策先生（国家纳米技术产业化基地常务副主任，纳米技术风 险投资有限公司总经理） 探讨有关创新与融资的互动关系 9:45 a.m.–10:00 a.m. 专家组三: 郑香君女士（北京沙东生物科技有限公司经理） 探讨有关研发和政府支持的互动关系 兰德公司“天津滨海新区科学技术愿景”研讨会 2007 年 8 月 8 日-2007 年 8 月 9 日 135 10:00 a.m.–10:15 a.m. 专家组四: 段文彬博士（南开大学经济学教授） 谈谈有关研发与产业界的互动关系 10:15 a.m.–10:45 a.m. 休息 10:45 a.m.–11:00 a.m. 自由讨论时间，主持人总结讨论要点，回顾探讨的主要话题 11:00 a.m.–12:00 p.m. 提问时间 12:00 p.m.–1:30 p.m. 午餐 经济技术开发区自助餐 第二天 第四部分：总结研讨结果 提出下一步计划 随着经济的发展，探讨对技术创新融资的对策经验，总结两天的研讨会讨论内容。 主持人：兰德公司Richard SILBERGLITT博士 2:00 p.m.–2:45 p.m. “经济增长的革新融资” Anne女士 STEVEN SON-YANG, JP McGregor and Co公司主管, 原美国信息技术办公室北京处主管 2:45 p.m.–3:15 p.m. 提问时间 3:15 p.m.–3:45 p.m. 休息 3:45 p.m.–4:30 p.m. “绿色技术投资” Dr. Patrick TAM, 合伙人, 青云创投中国环境基金 4:30 p.m.–5:00 p.m. 提问时间 5:00 p.m.–5:15 p.m. 兰德公司Richard SILBERGLITT博士和黄子君博士总结研讨成果，提出 下一步计划 研讨会结束 B. 经济技术开发区会议议程，2007 年 12 月 5 日，以及与会者名单 137 138 全球技术革命–中国，深度分析 - 305 - 滨海新区/开发区 – 2007 年 12 月 5 日 会议议程 0900-0930 签到和早餐 0930-0945 会议目标和内容 0945-1045 Dawnbreaker 公司副总裁 John Servo 进行 “对高科技发展和加速建议”的报告，并进行小组讨 论 1045-1100 休息 1100-1200 兰德关于滨海新区和开发区和研究 1200-1230 午餐（播放兰德公司历史和发展的影片） 1230-1400 科技应用和可持续发展 1400-1430 休息 1430-1630 创新衡量 1630 结束 经济技术开发区会议议程，2007 年 12 月 5 日，以及与会者名单 139 - 306 - 滨海新区-开发区会议与会者 姓名 职位 Shoshana Avertick 外事官 Jocelyn Chan 副主任 Patric Chen 简要介绍 美国中国总商 部 美国商务部的中国事务部，Jocelyn 负责金融服 务改革和工业政策工作。在此之前，她在香港金 融管理局负责银行规章和政策。 开发区政策分 析部 Keith Crane 资深经济学家 Andreas Goldthau 国际关系和安 全跨大西洋博 士 后 （ Transatlanti c Postdoctoral Fellow） John Grayzel 公司 泛 神 教 （Baha'i）世界 和平主席 兰德公司 2003 年，Keith Crane 是伊拉克巴格达临时管理 机构的经济政策分析师。最近的兰德报告有“The Beginner's Guide to Nation-Building” 和 “Encouraging Trade and Foreign Direct Investment in Ukraine”。 兰德公司 Andreas Goldthau 是国际关系和安全领域的兰 德博士后。他在柏林的自由大学取得了政策科学 博士学位。他目前的研究兴趣包括俄罗斯、CIS 和中国的能源安全以及能源市场治理。 马里兰大学国 际发展和冲突 管理中心 John Grayzel 在 USAID 从事多个领域的研究长 达 27 年，包括政策改革、技术革新以及提高发 展中国家基础和高等教育等方面。目前他已经退 休。他曾任全球化的创新“Education for All”的 UNESCO 派出的美国科技代表，还曾任 OECD 减少贫困项目的美国科技代表。 第 1/3 页 140 全球技术革命–中国，深度分析 - 307 - 滨海新区-开发区会议与会者 Walter Howes Kent Hughes Evan Michelson Parry Norling Erich W. Schienke John Servo Lance Sherry 执行合伙人 Verdigris Capital 公司 Walter Howes 是 DOE 能源管理办公室的首席顾 问，负责在这个部门的私有化和知识获取改革中 对其形成、指导和实施提出建议。他有 20 年以 上的银行和风险基金工作经验。 主任 Woodrow Wilson 中心， 研究科技、美 国和世界经济 Kent Hughes 曾任商业副秘书长、竞争力委员会 主席、众议会领袖 Robert C. Byrd 的首席经济学 家。他目前在 Woodrow Wilson 国际中心领导一 个科技项目。 研究助理 Woodrow Wilson 中心， 发展中的纳米 科技研究 Evan Michelson 在科技政策领域做过广泛的研 究，包括科技对国际发展的影响、公众对科技和 科技前景的理解以及科学和流行艺术之间的关 系。 公司技术顾问 （Ret.） 杜 邦 （DuPont） Parry Norling 在杜邦公司工作了 33 年，担任过 各级研发和生产管理的职务，包括公司健康和安 全主任。他同时是兰德公司的 AAAS 员工和杜邦 首席科技官的科技顾问。 博士后 宾西法尼亚州 立大学洛克伦 理学院（Rock Ethics Institute） Erich Schienke 研究当前中国的生态。他致力于 研究处于科学和生态学之间的决策怎样发挥更 大的产能。 副主席 Dawnbreaker 公司 John Servo 帮助客户收集市场信息、做战略计划 和组织谈判。Dawnbreaker 公司为高级科技企业 提供商业上的帮助。John 有超过 20 年的销售和 管理经验。 执行总裁 乔治梅森大学 空气转化系统 研究中心 Lance Sherry 做过以下领域的研究：飞行模拟、 人机交互和新技术的研究。他目前是 GMU 的空 运系统研究中心执行主任。 第 2/3 页 经济技术开发区会议议程，2007 年 12 月 5 日，以及与会者名单 141 - 308 - 滨海新区-开发区会议与会者 Paul Tseng WANG Kai 主席 Advanced Building Performance 主任 开发区政策分 析部 Payl Tseng 是顾问。他在高性能建筑设计、能源 管理和可持续设计方面有 30 多年的经验。目前 他从事绿色建筑设计顾问工作和高级可再生能 源技术在建筑方面应用方面的工作。他的工作与 一些国家级组织紧密联系，包括美国绿色建筑委 员会（U.S. Green Building Council）、美国制冷 制 热 和 空 调 工 程 学 会 （ American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers）、建筑科学研究会（National Institute of Building Scienses）和节能联盟（Alliance to save Energy）。 第 3/3 页 C. 各国政府绿色化学奖 美国环境保护局(EPA)资助的总统绿色化学挑战奖是奖励美国个人和公司对于绿色化学 创新的一个奖项。一般每年颁发五个奖，分别在以下五个领域：学术，小型企业，绿色合成 途径，绿色反应条件和设计绿色化学品。在一年前接受提名，并由美国化学学会的专家小组 进行独立评估。EPA(2008a)报告称，1996 年至 2008 年的获奖技术总计已减少 11 亿镑的有 害化学品和溶剂，节约了 210 亿加仑的水，减少了几乎 4 亿磅的二氧化碳排放。 澳大利亚皇家化学研究所(RACI)颁发澳大利亚绿色化学挑战奖。这个奖项与 EPA 的相 似，尽管 RACI 除小型企业和学术、政府领域外还包括绿色化学教育。 加拿大绿色化学奖是一年一度的给那些促进和发展加拿大和全球绿色化学个人或集体 的奖项。获奖者会获得一个塑像和对他们成就贡献的引用。 意大利的绿色化学聚焦于来自一个名为 INCA 的校际联盟，成立于 1999 年，INCA 每 年为三个应用绿色化学的企业颁发奖项，并在 INCA 年会上授予徽章。 在日本，绿色化学与可持续网络(GSCN)成立于 1999 年，是一个由化学生产企业代表所 组成的组织。在 2001 年，该组织开始了一项奖励项目。GSCN 奖授予积极为绿色化学进行 研发和产业化贡献的个人、集体和公司，由相关政府部门的负责人授予该项奖励(INCA, 2008)。 在英国，Crystal Faraday Partnership，一个成立于 2001 年的非营利性组织，每年奖励参 与绿色化学的企业。Crystal Faraday 从 2004 年开始颁布这个绿色化学奖，在此之前，该奖 项由英国皇家化学学会颁发。 瑞典皇家科学院意识到了绿色化学的重要性，并在2005年颁发诺贝尔化学奖给了Yves Chauvin, Robert H. Grubbs和Richard R. Schrock，以奖励他们在“开发在有机合成的分解方 法。”中的贡献。学会称： “这将是‘绿色化学’的一大进步，将通过更智能化的生产减少潜 在的危险废物。分解是如何使用基本的科学来造福人类、社会和环境一个例子。”(KVA, 2005)。 美国EPA总统绿色化学挑战将得主（EPA, 2008d） Kaichang Li, 俄勒冈州立大学；Columbia Forest Products; and Hercules Incorporated 环境友好型复合材料木材粘合剂的开发和商业应用。创新和效益。用于制造胶合板及 其它木质复合材料的粘合剂往往含有甲醛，这是有毒的。Li研究出了一种大豆粉制成的粘合 剂。该环境友好型粘合剂比原有技术更强劲也更节约成本。在2006年，哥伦比亚使用了这个 大豆粉制成的粘合剂，以替代超过4700万磅的传统的含甲醛的粘合剂。 河源技术创新组 通过选择性纳米触媒技术直接合成过氧化氢。创新和效益：过氧化氢是氯气和含氯漂 白剂和氧化剂的环境友好型替代品。二者不但贵，且含有有害化学品。河源技术创新组(HTIG) 开发了一种先进的金属触媒，从氢气和氧气中直接合成过氧化氢，减少有害化学品的使用， 且只副带产生水。HTIG已证明了该项技术的可行性且与Evonik Industries (原Degussa)共同建 造了生产过氧化氢的基地。 143 144 全球技术革命–中国，深度分析 嘉吉 BiOH™多元醇。创新和效益：家具和被褥中使用的泡沫缓冲是由聚氨酯合成材料所构成 的。用来制造聚氨酯的两个化学品之一是多元醇。多元醇一般是由石油产品中提炼出来的。 嘉吉的BiOH多元醇是由可回收的生物制品中提取的，如菜油。BiOH多元醇制造出的泡沫可 与传统多元醇产生泡沫相比。结果是，每100万磅BiOH多元醇可节约近70万磅原油。此外， 嘉吉的工艺减少了23％的总能耗和36％的二氧化碳(CO2)排放。 NovaSterilis 使用超临界二氧化碳的环境友好型医疗消毒。创新和效益：消毒生物组织对于安全和成功 的移植是至关重要的。大多数情况下，现有的消毒技术使用环氧乙烷或伽马辐射，这是有毒 或有安全问题的。NovaSterilis 发明了使用 CO2 和一种过氧化氢的技术，消毒各种细致的生 物材料，如组织移植、疫苗和生物聚合物。其 Nova2200 ™灭菌既不需要危险的环氧乙烷也 不使用伽马辐射。 Arkon Consultants and NuPro Technologies 柔版印刷业中的环境安全溶剂和回收。创新和效益：柔版印刷在印刷行业中广泛使用，尤 其是在食品包装盒方面，但其工艺需要每年使用百万加仑的溶剂。Arkon and NuPro 开发了 一种安全的化学工艺系统，可减少溶剂的使用量。新系统降低了溶剂的风险，减少爆炸可能 性和在溶剂回收中的排放量，并增加柔版印刷业工人的安全性。 Galen J. Suppes, 教授，密苏里大学哥伦比亚分校 生物丙二醇和天然甘油单体。创新和效益：Suppes 开发了一种廉价的方法来转化废弃甘油， 这种生物柴油燃料生产的副产品，到丙二醇，它可以取代汽车防冻液的乙二醇。这个高价甘 油副产品可以降低生产成本，帮助生物柴油成为一个具有成本效益，可行的替代燃料，从而 减少排放量和节约化石燃料。 巴斯夫 SE 紫外线固化、单组分、低挥发性有机化合物油漆底漆：驱使生态效率的提高。创新和效益： 巴斯夫开发了一项新的汽车油漆底漆，相比传统的底漆含有不到一半的挥发性有机化合物 (VOCs)。新的底漆也步含有二异氰酸化物，这是职业性哮喘的原因根源。修理设施的使用 已经表明，相比传统底漆只需要三分之一多的量，且废弃物将减少 20％至几乎为零。 Archer Daniels Midland 公司 Archer RC™ ：一个以减少乳胶漆的挥发性有机化合物为目的的非易失性、反应凝结剂。 创新和效益： 乳胶漆需要凝结剂帮助油漆粒子在一起流动，并很好地覆盖表面。Archer Daniels Midland 开发了 Archer RC™，一种新型生物凝结剂，代替传统的含有挥发性有机化 合物的凝结剂。这个新的凝结剂也有其它性能上的优势，如低气味，耐摩擦，好的不透明性。 Robin D. Rogers，教授，阿拉巴马大学 利用离子液体溶解并加工先进新材料的纤维素的平台战略。创新和效益：Rogers 研究了一 项新方法，对木材、布、甚至纸张中的纤维素进行化学改良，制成生物可回收或生物相容性 材料。他的方法也可使纤维素和其它物质，如染料，进行混合，或经过简单的处理从溶液直 接成形。这些方法结合起来将会节约资源、时间和能源。 各国政府绿色化学奖 145 Engelhard Corporation（2006 年 6 月被巴斯夫公司收购） Engelhard Rightfit™有机颜料：对环境的影响、性能和价值。创新和效益：Rightfit 偶氮颜料 含有钙，锶，或钡；它们代替传统的含有铅、六价铬、或镉等重金属的颜料。由于其低毒性 低迁移的特性，大多数 Rightfit 偶氮颜料得到美国食品药品监督局(FDA)和加拿大卫生保健 局(HPB)(现为 Health Canada)的认可间接应用于食品产品。至 2004 年，Engelhard 预计已将 Rightfit 颜料替代其所有 650 万吨重金属颜料。 Charles A. Eckert 和 Charles L. Liotta，教授，乔治亚理工大学 良性可调溶剂的偶合反应和分离过程。创新和效益：Eckert 和 Liotta 发现了一种将良性溶剂 代替传统有机溶剂的方法，如超临界二氧化碳或通过仔细选择温度和压力 “调整”水。这些 方法将反应和分离结合起来，在各种工业应用中提高效率并减少浪费。 Süd-Chemie 合成固体氧化物催化剂的无废水工艺。创新和效益：Süd-Chemie 的新工艺可以合成生产氢 气和清洁燃料的氧化物催化剂，且几乎是零废水排放，零硝酸盐排放和氮氧化物零排放或少 量排放。每 1000 万磅新途径生产的氧化物催化剂将减少大约 7 亿 6 千万英镑废水的排放， 2900 万磅硝酸盐的排放和 760 万磅的氮氧化物的排放量。这一处理过程还将节省水和能源 的消耗。 SC Fluids SCORR－超临界二氧化碳抵制除尘器。创新和效益：超临界二氧化碳抵制除尘器(SCORR) 技术清除制造中残留在半导体晶片。SCORR 改进了传统技术：它最大限度地减少有害溶剂 和浪费，对工人较安全，成本较低，且使用较少的水和能源。SCORR 也无需超纯水清洗和 随后的干燥。 Eric J. Beckman，教授，匹兹堡大学 关于无氟、高二氧化碳可溶性材料的设计。创新和效益：二氧化碳是无毒化学品，是可被 用于多种工业的溶剂。Beckman 开发了一项新的技术，可使多种物质溶于二氧化碳。任何现 有使用二氧化碳的工艺都可以减少或消除使用有害溶剂。 Chi-Huey Wong，教授，Scripps Research Institute 酶在大型有机合成中的应用。创新和效益：Wong 开发了一项技术代替传统需要有毒金属和 有害溶剂的反应。他的方法使用酶、环境友好型溶剂且需要温和的反应条件。他的方法也使 得那些在工业中不可能或不实际的反应成为可能。Wong 的方法将可能在各种化学工业中进 行使用。 Karen M. Draths 和 John W. Frost，教授，密歇根州立大学 使用微生物作为环境友好合成催化剂。创新和效益：己二酸（尼龙基石）和儿茶酚（药品 和农药基石） ，是两种工业中重要的化学品。Draths and Frost 使用环境无害、遗传工程的微 生物，合成了来自糖的己二酸和邻苯二酚。这两种化学品过去是由苯，一种石油产品，中获 得的，它们现在可以从对人类健康和环境风险较低的物质中获得。 Legacy Systems ColdStrip™，一种革命性的有机去污和湿清洗技术。创新和效益：在制造过程中，基于硅的 146 全球技术革命–中国，深度分析 半导体和平板显示器需要清洁以消除生产残留物，且通常使用腐蚀性溶液。Legacy Systems 开发的 Coldstrip 工艺只使用水和氧气清洁硅半导体。 Coldstrip 有可能每年减少数十万加仑 腐蚀性溶剂和数百万加仑水的使用。 Joseph M. DeSimone，教授，北卡罗莱纳大学教堂山和北卡罗莱纳州立大学 二氧化碳表面活性剂的设计与应用。创新和效益：DeSimone 开发了一种新的洗涤剂，使二 氧化碳这种无毒气体，在许多工业产品中得以使用。利用二氧化碳作为溶剂，使得制造商能 够取代传统的往往是危险的化学溶剂和工艺，且可以节约能源，减少工人接触有害物质。 D. 部分中国近期的绿色制造会议和学术研究 2008 年绿色博览会：国际绿色制造博览会，能源保护，污染排放控制和绿色能源，深 圳会展中心，深圳，广东省，2008 年 9 月 17－19 日。这次会议的目的是要充分利用广东省 强大的制造业部门和大众对先进环保技术的市场需求(Environmental Expert, undated)。 第八届国际中国国际绿色化学研讨会(8th ISGCC’ 2007)，北京理工大学，北京，2007 年 5 月 21－14 日。中国国际绿色化学研讨会(ISGCC)由中国科技大学(USTC)赞助，并与国 际绿色化学协调委员会相协调。ISGCC 和美国年度绿色化学与工程会议和欧洲戈登绿色化 学研究会议一起，是重要的国际绿色化学会议(8th ISGCC’s 2007, undated)。 中国机械工程前沿：中国高校选刊旨在为广泛融合了同行审查的学术论文提供一个论 坛，以促进国内外科学家的快速沟通和交流。绿色制造是许多领域的其中之一(Frontier, various dates)。 最新生物和绿色化学研究的进展：郭庆祥等，化学与材料科学学院，中国科技大学。 郭庆祥领导的生物有机化学实验室的描述性研究重点是分子识别、分子系统的电子转移反应 以及绿色化学。与绿色制造的研究最为相关的是旨在提高效率和选择性，并减少废料在有机 合成反应中的产生(Guo et al., 2005)。 147 参考文献 “21-5 Number of New Students Enrollment by Level and Type of School,” Allcountries.org: China Statistics 2005, revised April 26, 2006. 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