Vật liệu silicon không chỉ là một thành phần quan trọng của ngành công nghiệp vật liệu mới thuộc lĩnh vực công nghiệp chiến lược quốc gia, mà còn là vật liệu hỗ trợ không thể thiếu cho các ngành công nghiệp chiến lược mới khác.

Với sự mở rộng liên tục các lĩnh vực ứng dụng, tiềm năng nhu cầu khổng lồ đã khiến silicon trở thành một trong những vật liệu hóa học phổ biến nhất hiện nay.

Phần lớn lượng tiêu thụ silicon trong nước tập trung vào các lĩnh vực như xây dựng, điện tử, điện lực và năng lượng mới, y tế và chăm sóc cá nhân. Trong đó, lĩnh vực xây dựng hiện là lĩnh vực ứng dụng silicon chính, chiếm khoảng 30%.

Bên cạnh sự tăng trưởng liên tục về nhu cầu vật liệu silicon trong các ngành công nghiệp truyền thống, các ngành công nghiệp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường như quang điện và năng lượng mới, cũng như sự phát triển của các ngành công nghiệp mới nổi như xây dựng lưới điện siêu cao áp và siêu cao áp, vật liệu đeo thông minh, in 3D và 5G, đều tạo ra những điểm tăng trưởng nhu cầu mới cho silicon.

Tổng quan về Silicones

Silicones là thuật ngữ chung chỉ các hợp chất hữu cơ silicon, được tổng hợp và thủy phân từ silicon kim loại và clorometan.

Bước đầu tiên trong quá trình tổng hợp silicon là tạo ra methylchlorosilane, sau đó chất này được thủy phân để thu được monomethyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane và trichlorosilane. Dimethyldichlorosilane là loại monome chính của silicon hữu cơ, với các sản phẩm chính là cao su silicon và dầu silicon.

Hiện nay, năng lực sản xuất silicon được đề cập ở Trung Quốc thường đề cập đến năng lực sản xuất methylchlorosilane, trong khi số liệu thống kê sản xuất hiện tại đều dựa trên sản lượng dimethylsiloxane.

Chuỗi ngành công nghiệp silicon

Chuỗi công nghiệp silicon chủ yếu được chia thành bốn khâu: nguyên liệu silicon, monome silicon, chất trung gian silicon và sản phẩm chế biến sâu silicon. Ngành nguyên liệu, monome và chất trung gian có ít doanh nghiệp sản xuất hơn, trong khi khâu chế biến sâu ở hạ nguồn bao gồm nhiều loại sản phẩm và năng lực sản xuất phân tán hơn.

Nguyên liệu thô silicon

Quá trình sản xuất silicon liên quan đến một tỷ lệ lớn nguyên liệu thô. Nguyên liệu thô của silicon là bột silicon công nghiệp, được điều chế trong công nghiệp bằng cách khử thạch anh bằng than cốc trong lò hồ quang điện.

Việc sản xuất silicon công nghiệp tiêu thụ một lượng lớn quặng silicon và năng lượng, đồng thời gây ô nhiễm môi trường đáng kể. Do đó, nguồn cung nguyên liệu silicon công nghiệp ổn định và chất lượng cao đã trở thành yếu tố đảm bảo cơ bản cho sản xuất silicon.

Theo SAGSI, năm 2020, năng lực sản xuất silicon công nghiệp toàn cầu đạt 6,23 triệu tấn, trong đó năng lực sản xuất của Trung Quốc đạt 4,82 triệu tấn, chiếm 77,4%.

Silicon

Monome và chất trung gian silicon

Nguồn cung trong nước các monome và chất trung gian silicon chiếm hơn 50% tổng lượng toàn cầu, biến nước này trở thành nhà cung cấp monome và chất trung gian silicon lớn nhất thế giới. Do tính chất không ổn định của các monome silicon, các công ty thường tổng hợp các monome này thành các chất trung gian như DMC (dimethylsiloxane) hoặc D4 để bán.

Có một vài loại và thông số kỹ thuật khác nhau của monome và chất trung gian silicon.

Dimethyldichlorosilane hiện là monome silicon được sử dụng rộng rãi nhất, chiếm hơn 90% tổng lượng monome.

Ngưỡng gia nhập ngành công nghiệp silicon khá cao, đã được nâng lên mức 200.000 tấn và yêu cầu vốn đầu tư tối thiểu 1,5 tỷ nhân dân tệ. Ngưỡng gia nhập ngành cao này sẽ thúc đẩy xu hướng tập trung năng lực sản xuất monome vào các doanh nghiệp hàng đầu.

Hiện nay, chỉ một số ít công ty có đủ tích lũy công nghệ và đạt được quy mô sản xuất lớn, với hơn 90% năng lực sản xuất tập trung ở 11 doanh nghiệp hàng đầu.

Việc tập trung năng lực sản xuất monome silicon cũng tạo ra nhiều không gian thương lượng hơn cho các doanh nghiệp ở khâu tiếp theo.

Dichlorodimethylsilane

Về nguồn cung, nhiều doanh nghiệp silicon hàng đầu tại Trung Quốc đang có các dự án đang triển khai hoặc kế hoạch mới. Năng lực sản xuất mới sẽ tập trung vào sản xuất từ ​​năm 2022 đến năm 2023, và năng lực sản xuất của ngành đang chuẩn bị bước vào chu kỳ mở rộng nhanh chóng.

Theo dữ liệu từ Baichuan Yingfu, các công ty như Hesheng Silicon Industry, Yunnan Energy Investment và Dongyue Silicon Materials sẽ đầu tư khoảng 1,025 triệu tấn công suất sản xuất silicon trong năm nay. Các công ty như New Special Energy, Asia Silicon Industry và Sichuan Yongxiang cũng đang đầu tư vào công suất sản xuất silicon đa tinh thể, thúc đẩy sự gia tăng nhu cầu silicon công nghiệp.

Hiệp hội các nhà sản xuất silicon metyl monome (SAGSI) dự đoán rằng năng lực sản xuất silicon metyl monome của Trung Quốc sẽ vượt quá 6 triệu tấn/năm vào năm 2025, chiếm hơn 70% tổng năng lực sản xuất silicon metyl monome toàn cầu.

Theo C&EN, Momentive, một công ty hàng đầu nước ngoài chuyên sản xuất silicone, có kế hoạch đóng cửa nhà máy sản xuất silicone tại Waterford, New York, khiến Dow trở thành nhà sản xuất nguyên liệu thô silicone duy nhất tại Hoa Kỳ.

Năng lực sản xuất monome silicon toàn cầu đang được chuyển sang Trung Quốc, và tỷ lệ tập trung ngành công nghiệp này sẽ tiếp tục được cải thiện trong tương lai.

Gia công sâu silicon

Các sản phẩm silicon được xử lý sâu thường tồn tại ở dạng phân tử RnSiX (4-n), và các đặc tính lý hóa ổn định của chuỗi silicon cùng sự đa dạng của các nhóm chức năng mang lại cho các sản phẩm silicon được xử lý sâu nhiều chức năng sử dụng phong phú. Các sản phẩm chính là cao su silicon và dầu silicon, chiếm lần lượt 66% và 21%.

Hiện nay, ngành công nghiệp gia công sâu silicon vẫn đang trong giai đoạn phát triển nhanh chóng, với quy mô tương đối phân tán. Có hơn 3.000 doanh nghiệp gia công sâu ở khâu cuối chuỗi cung ứng chỉ tập trung vào gia công silicon.

Bể chứa nguyên liệu thô của nhà máy Olivia

Cấu trúc sản phẩm silicon gia công sâu tại Trung Quốc:

Các công ty sản xuất silicone ở nước ngoài thiếu lợi thế về chi phí sản xuất monome silicone so với các công ty Trung Quốc, và hầu hết các công ty silicone hàng đầu ở nước ngoài đều tập trung vào phát triển các sản phẩm gia công sâu ở khâu cuối và mở rộng chuỗi công nghiệp.

Các chính sách khuyến khích của Trung Quốc đối với ngành công nghiệp silicon đã dần chuyển từ sản xuất monome sang chế biến sâu các sản phẩm silicon, phát triển các sản phẩm silicon mới, mở rộng các lĩnh vực ứng dụng mới và nâng cao mức độ sử dụng tổng thể.

Silica

Các sản phẩm chế biến từ silicon có giá trị gia tăng cao hơn và triển vọng ứng dụng thị trường rộng hơn. Hiện nay, vẫn còn nhiều dư địa phát triển trong việc tiêu thụ silicon tại các thị trường mới nổi trong và ngoài Trung Quốc.

Silicone

Silicon đa tinh thể